一种汽车轮毂的制作方法

本发明涉及汽车设计和制造的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种汽车轮毂。

背景技术：

汽车轮毂是指汽车轮胎内以轴为中心用于支撑轮胎的圆柱形金属部件，即车轮中心安装车轴的部位。汽车轮毂是连接制动鼓、轮盘和半轴的重要零部件，其通常由钢或铝合金铸造或锻造而成。钢制轮毂由于重量大、外形粗糙，虽然价格较低但目前已经较少使用，而铝合金轮毂具有重量轻、舒适性好、造型美观等特点，目前在轿车上的应用比例已经超过了90％。铝合金轮毂的表面硬度较低，耐磨性较差，而汽车车轮上容易附着粉尘、污垢等杂质，容易通过装饰孔、工艺孔等进入铝合金轮毂的内外表面从而发生磨损、腐蚀而导致外观产生蚀孔以及生锈，虽然采用铬酸盐处理可以显著提高耐磨、耐腐蚀性能，但六价铬为一类致癌物质，目前铬酸盐的使用已经收到严格限制，现有技术开发了替代铬酸盐的非铬酸盐化学处理工艺，但处理形成的膜层难以满足严酷条件下的使用要求，其耐蚀性能难以满足长期的耐久性防护要求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种汽车轮毂及其制备方法。

一种汽车轮毂，其由铝合金制成并且包括用于连接车轴的轮盘和用于安装轮胎的轮圈，所述轮盘的中间设置有中心孔，所述中心孔的外侧沿着圆周方向等间隔的设置有多个螺栓孔；所述轮圈由外侧向内侧依次设置有外轮缘、胎圈部以及内轮缘；其特征在于：所述胎圈部以及所述内轮缘之间形成有沿着所述轮圈外周向分布的环形空间，所述环形空间通过位于其内的侧壁分隔形成多个气室，每个气室的上壁上均设置有可连通至车胎内部空间的通孔。

其中，所述铝合金为Al-Si-Mg系铝合金，作为优选地，所述铝合金的元素组成为：6.50～7.50wt％的Si、0.35～0.45wt％的Mg、0.05～0.20wt％的Zr、0.10～0.25wt％的Sb、0～0.10wt％的Cu、0～0.10wt％的Mn、0～0.10wt％的Zn、0～0.15wt％的Fe，以及余量的Al以及不可避免的杂质元素。所述铝合金进行包括固溶处理和时效处理的热处理工艺，在505～520℃进行一级固溶处理，时间为3.0～6.0小时，然后在530～550℃进行二级固溶处理，时间为0.5～2.0小时；最后在170～180℃进行时效处理，时间为6～10小时。所述铝合金在20～100℃的热膨胀系数为18.6～20.5μm·(m·K)^-1，抗拉强度可达到280～315MPa。

其中，所述汽车轮毂经过化学处理，所述化学处理的水溶液含有2～10g/L的Mn²⁺、0.5～3.0g/L的Fe²⁺、3～20g/L的磷酸根离子、1.0～10.0g/L的钼酸根离子、1.0～10.0g/L的硝酸根离子。所述水溶液的pH值为1.5～4.0，优选为1.8～3.5。化学处理形成厚度为0.1～2.0μm的化学转化涂层。

其中，所述水溶液不包含Cr³⁺、Cr⁶⁺、氟以及过氧化物。

其中，所述水溶液含有二硫代氨基甲酸盐化合物。作为优选地，所述水溶液还可以进一步含有0.1～2.0g/L的Co²⁺。

其中，化学处理的温度可为室温至90℃的温度范围，优选地，化学处理的温度为25～50℃的温度范围，化学处理的时间为30～300秒。

其中，化学转化涂层上还形成有厚度为10～100μm的丙烯酸树脂保护膜。

本发明的汽车轮毂具有以下有益效果：

本发明的汽车轮毂设置有共振吸声结构且由改进的铝合金铸造而成，具有良好的刚度和尺寸稳定性，可以获得更好的车轮降噪性能，并改进耐蚀性能。

附图说明

图1为本发明的汽车轮毂的剖视结构示意图。

图2为本发明的汽车轮毂的侧视结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明所述的汽车轮毂做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，本发明的汽车轮毂，包括用于连接车轴的轮盘20和用于安装轮胎的轮圈30，轮盘20的中间设置有中心孔10，所述中心孔10的外侧沿着圆周方向等间隔的设置有多个螺栓孔21，所述轮盘20上还设置有多个减重孔22。轮圈30由外侧向内侧依次设置有外轮缘31、胎圈部33以及内轮缘32。胎圈部33以及所述内轮缘32之间形成有沿着所述轮圈30外周向分布的环形空间，所述环形空间通过位于其内的侧壁51分隔形成多个气室50，每个气室50的上壁上均设置有可连通至车胎内部空间的通孔52，气室50与车胎内部空间贯通可形成空腔共振吸声结构。本发明的汽车轮毂可通过常规的铸造、热处理以及涂装工艺得到，在本发明中，所述沿着所述轮圈30外周向分布的环形空间可通过在铸造以及热处理工序之间的热加工以及焊接工序形成，在涂装时为了防止处理液进入气室50内。在现有技术中，因A356铝合金流动性好，被普遍用于铸造铝合金汽车轮毂的制备，但这类铝合金的铸态组织中常有树枝状的粗大结晶组织，影响了强度和韧性，为此在现有技术中通常通过添加变质元素例如Sr、Na以及稀土元素等来进行变质处理，以期获得良好的力学性能，另外A356铝合金的热膨胀系数较高，也导致轮毂的刚度和尺寸稳定性较差，影响了车轮的降噪性能以及耐磨性能等。而本发明在常用A356.2铝合金的基础上，在熔炼的过程中添加适量的锆和锑，不影响熔融铝合金的流动性和铸造性能，而且有利于提高铝合金轮毂的抗拉强度和尺寸稳定性，进而可以获得更好的车轮降噪性能，并改进耐磨性能。具体来说，在本发明中所述的铝合金的元素组成为：6.50～7.50wt％的Si、0.35～0.45wt％的Mg、0.05～0.20wt％的Zr、0.10～0.25wt％的Sb、0～0.10wt％的Cu、0～0.10wt％的Mn、0～0.10wt％的Zn、0～0.15wt％的Fe，以及余量的Al以及不可避免的杂质元素。在现有技术中一般将Sr、Sb、稀土元素等作为铸造铝合金的变质剂使用，而在本发明的铝合金体系中Zr和Sb作为合金化元素添加，并且添加的Zr和Sb相比于单独添加的Sb或Zr显著增强了强化效果，使得所述铝合金具有更高的抗拉强度，并且也降低了铝合金的热膨胀系数，提高了热稳定性。作为示例性地，本发明的铝合金可在电磁感应炉中熔炼得到，熔炼过程中合金液的最高温度为770℃，在本发明中可采用A356.2铝合金作为原料进行熔炼，在熔炼过程中加入合金化元素Sr和Zr进行孕育处理，随后加入NaCl进行变质处理，NaCl的用量为合金液重量的0.5～0.9％。铸造后进行包括固溶处理和时效处理的热处理工艺，具体来说，优选在505～520℃进行一级固溶处理，时间为3.0～6.0小时，然后在530～550℃进行二级固溶处理，时间为0.5～2.0小时；最后在170～180℃进行时效处理，时间为6～10小时。本发明所述的铝合金在20～100℃的热膨胀系数为18.6～20.5μm·(m·K)^-1，抗拉强度可达到280～315MPa，而通常的变质A356铝合金的热膨胀系数为21.5～22.8μm·(m·K)^-1。

实施例1

在感应坩埚炉中，以A356.2铝合金锭作为熔炼原料，熔炼过程中控制温度不高于770℃，并且在约750℃左右加入Zr和Sb进行孕育处理，然后采用NaCl进行变质处理，随后控制浇铸的温度为670～690℃，所述铝合金的元素组成为：6.91wt％的Si、0.39wt％的Mg、0.08wt％的Zr、0.20wt％的Sb、0.05wt％的Cu、0.08wt％的Mn、0～0.02wt％的Zn、0.12wt％的Fe，余量为Al。热处理工艺为：510℃固溶处理5.0小时，535℃固溶处理1.0小时；最后在175℃进行时效处理，时间为10小时。该铝合金在20～100℃的热膨胀系数为19.8μm·(m·K)^-1，抗拉强度可达到293MPa。

对比例1A

在感应坩埚炉中，以A356.2铝合金锭作为熔炼原料，熔炼过程中控制温度不高于770℃，并且在约750℃左右加入Sb进行孕育处理，然后采用NaCl进行变质处理，并且随后控制浇铸的温度为670～690℃，所述铝合金的元素组成为：6.91wt％的Si、0.39wt％的Mg、0.20wt％的Sb、0.05wt％的Cu、0.08wt％的Mn、0～0.02wt％的Zn、0.12wt％的Fe，余量为Al。热处理工艺为：510℃固溶处理5.0小时，535℃固溶处理1.0小时；最后在175℃进行时效处理，时间为10小时。该铝合金在20～100℃的热膨胀系数为21.8μm·(m·K)^-1，抗拉强度为272MPa。

对比例1B

在感应坩埚炉中，以A356.2铝合金锭作为熔炼原料，熔炼过程中控制温度不高于770℃，并且在约750℃左右加入Zr和Sr进行孕育处理，然后采用NaCl进行变质处理，并且随后控制浇铸的温度为670～690℃，所述铝合金的元素组成为：6.91wt％的Si、0.39wt％的Mg、0.08wt％的Zr、0.20wt％的Sr、0.05wt％的Cu、0.08wt％的Mn、0～0.02wt％的Zn、0.12wt％的Fe，余量为Al。热处理工艺为：510℃固溶处理5.0小时，535℃固溶处理1.0小时；最后在175℃进行时效处理，时间为10小时。该铝合金在20～100℃的热膨胀系数为21.5μm·(m·K)^-1，抗拉强度为276MPa。

为了赋予铝合金汽车轮毂良好的外观、耐候以及耐蚀性，通常在出厂前还需要进行涂装处理，以满足长期服役以及品质要求。以往通常采用铬酸盐处理来赋予良好的外观以及耐腐蚀耐磨损性，但六价铬为一类致癌物质，目前铬酸盐的使用已经收到严格限制，现有技术中通常采用锆类化合物例如磷酸锆来替代铬酸盐的处理，然而锆类化合物的化学处理形成的膜层经常难以满足严酷条件下的使用要求。本发明进一步地还提供了一种适用于本发明所述铝合金汽车轮毂的化学处理方法。本发明的化学处理水溶液含有2～10g/L的Mn²⁺、0.5～3.0g/L的Fe²⁺、3～20g/L的磷酸根离子、1.0～10.0g/L的钼酸根离子、1.0～10.0g/L的硝酸根离子。化学处理液的pH值为1.5～4.0，优选为1.8～3.5，所述化学处理水溶液的pH值可以通过添加常用的酸(例如硝酸、磷酸)或常用的碱(例如氢氧化钠或氢氧化钾)调节得到。本发明的化学处理液不包含Cr³⁺、Cr⁶⁺、氟以及过氧化物等，而且所述化学处理水溶液进一步地，含有二硫代氨基甲酸盐化合物，例如二甲基硫代氨基甲酸盐、二乙基硫代氨基甲酸盐等，添加少量的二硫代氨基甲酸盐化合物配合钼酸盐使用能够获得致密性好耐腐蚀性高的化学转化涂层。在本发明中，所述二硫代氨基甲酸盐化合物的含量优选为0.1～1.0g/L。作为优选地，本发明的化学处理水溶液还可以进一步含有0.1～2.0g/L的Co²⁺，Co²⁺的引入不仅可以调节化学处理液的粘度，而且其可以参与到化学转化涂层的形成过程，并有利于形成外观黑度高且颜色稳定性好的化学转化涂层，如果Co²⁺的含量高于2.0g/L将会导致形成的化学转化涂层的耐蚀性降低。在本发明中所述Mn²⁺可以采用可溶性的盐提供，例如可以使用硝酸锰等，优选可以不引入卤素离子。作为Fe²⁺，可以使用硝酸亚铁、硫酸亚铁等，而磷酸根离子可以采用磷酸等。硝酸根离子可以采用硝酸亚铁、硝酸锰、硝酸钠、硝酸等。钼酸根离子可以采用钼酸铵、钼酸钠等。本发明所述的铝合金汽车轮毂可以通过浸渍的方法来进行化学处理，作为可选地，在进行化学处理前可对汽车轮毂进行活化处理，例如可以采用稀硝酸溶液进行活化，随后水洗后可采用本发明的化学处理方法，化学处理的温度可为室温至90℃的温度范围，优选地，化学处理的温度为25～50℃的温度范围，化学处理的时间为30～300秒，例如可以为60～180秒。通过上述化学处理，可在铝合金轮毂表面形成黑色的化学转化涂层，厚度为0.1～2.0μm；随后可进行常规的涂布，例如可以使用喷枪涂布透明的丙烯酸树脂涂膜作为表面防护膜，所述表面防护膜的典型厚度为10～100μm。

实施例2

以下对本发明的化学处理方法在铝合金汽车轮毂表面形成的化学转化涂层的表观以及耐蚀性能进行分析(表面未涂覆丙烯酸树脂表面防护膜)。

采用本发明所述的Al-Si-Mg系铸造铝合金，且采用边长为5cm、厚度为8mm的正方形铝合金板材作为处理对象，由于化学转化处理能够实现复杂表面的浸渍和化学转化，对于复杂形状的边缘、凹部等表面均可形成均匀的化学转化涂层，因而采用铝板作为处理对象所得出的分析结论，也基本等同于对整个汽车轮毂，或者汽车轮毂的部分表面的化学处理，二者之间具有基本相同的效果，尤其是在表观和耐蚀性方面并无实质性的差异。

将上述铝合金板材首先在1％的硝酸水溶液中进行活化处理(如果表面有污渍，可在活化之前进行常规清洗，例如可以通过碱洗或有机溶剂进行清洗)，处理时间为1分钟，然后水洗。随后将铝合金板材浸渍在采用如表1所示组成的化学处理水溶液(pH调节为1.8)中处理180秒，化学处理的温度为35℃；处理后进行水洗并在120℃进行干燥，干燥时间为5分钟。

表1g/L

上述实施例2A～F以及对比例2A～F均可以得到黑色的化学转化涂层(孟赛尔色度值为0.5～1.5)，而且将上述化学转化涂层在室温、相对湿度为75％的条件下放置两个月用肉眼观察不到明显的颜色变化。

将上述实施例2A～F以及对比例2A～F处理后的铝合金板放置在5wt％NaCl的盐雾试验箱中放置120小时，然后测定各试样表面产生红锈的面积占整个铝合金板表面积的百分比。将没有产生红锈的情况评价为A，将产生红锈的百分比为大于0且不大于3％时评价为B，将产生红锈的百分比为大于3％且不大于10％时评价为C，将产生红锈的百分比为大于10％且不大于25％时评价为D，将产生红锈的百分比为大于25％时评价为E。结果如表2所示。

表2

在实施例2A～2F形成的化学转化涂层的表面上涂布20μm丙烯酸树脂涂膜后，采用5wt％NaCl的盐雾试验箱进行盐雾试验，可以观察到产生红锈的时间为1200小时以上，尤其是实施例2D、2E产生红锈的时间为1500小时以上，应用于本发明的铝合金汽车轮毂能够保证长期的耐久性防护要求。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。