新型高强度抗腐蚀发动机外壳的制作方法_2

文档序号:9882595阅读:来源:国知局
金放入盐酸溶液中处理2min,处理完后用大量去 离子水冲洗铝合金表面以去除多余的盐酸,随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液中浸 泡12h,制备的样品在80°C下干燥30min; (14)冲压塑型。
[0019] 制成的发动机外壳板材的抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度分别为 398.4MPa、325.8MPa、20%、112HB。
[0020] 合理调整各个元素重量百分比的比例,使得发动机外壳中形成保持最大时效强化 能力的Mg2Si相,增强发动机外壳强度的同时增加其延伸率。加入适当比例的Cu元素,降低 自然时效对材料性能的不利影响,形成更细小、更多的Mg 2Si相(针状β〃相),同时避免加入 Cu元素后降低发动机外壳抗蚀性。加入微量Μη和Cr,会产生弥散相,抑制合金再结晶,提高 合金强度,增加合金抗晶间腐蚀能力,改善合金性能。适量的稀土元素加入发动机外壳中, 可以减少或消除熔铸过程中的气体和有害杂质、增加流动性、细化晶粒、加速时效过程,而 且适量的稀土元素与其他元素相互配合能够有效地改善合金的力学性能及腐蚀性能。
[0021] 减压状态下熔炼发动机外壳可有效地降低熔炼温度,节省资源。同时为了保持加 热器内的压强,加热器在排出气体的同时需要灌入一定量的惰性气体,惰性气体首先直接 通入金属熔液中,形成气泡,带动金属熔液中的杂质向上移动,与气体共同排放,去除杂质, 另外惰性气体迫使熔炼过程中产生的有害气体随之排放,防止氧气等具有氧化性质的气体 进入加热器中氧化金属熔液。
[0022] 三种细化变质剂对发动机外壳都有积极作用,但是单独使用时存在一定的局限 性,如单独加入Sr作变质处理,合金吸气倾向加剧,降低合金的致密性,易形成严重的柱状 晶组织,导致力学性能反而下降,稀土容易氧化,变质效果维持时间短等;而Al-5Ti-B细化 剂的抗衰减性能仍不能令人满意,而且易受Zr原子的毒化而失去细化晶粒的能力,无法充 分发挥其各自的优点。而将三者结合使用在克服其本身具有的缺陷的同时可充分发挥各自 的优点。由表格可知,相对于单一使用细化变质剂,同时使用三种细化变质剂可增强发动机 外壳的抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度,其中表中数据为添加细化变质剂后与不添 加细化变质剂后发动机外壳在各种性能指标上的比较,同时使用三种细化变质剂的发动机 外壳的抗拉强度增加了6.892 %,屈服强度增加了 5.974%,伸长率增加了 18.0 %和布氏硬 度增加了9.821 %。
[0023]
[0024]熔炼好的金属液浇注到已经预热至300°C左右的坩埚中在lOOMPa的条件下静置 2h,可防止金属液体凝固过程中形成疏松结构的铸锭,从而影响发动机外壳板材的强度,同 时在高压的条件下有利于形成致密结构的铸锭,增强发动机外壳的强度。
[0025] 发动机外壳在一定振幅下超声振动受压延伸,可减少乳制过程中受到的摩擦力, 从而降低摩擦力对发动机外壳板材表面的影响,相对于静态冷乳,超声振动冷乳的发动机 外壳表面更加光滑,有利于进行下一步骤的操作。
[0026] 将混合粉末C和V均匀涂抹于发动机外壳板材的表面,使用横流连续波Cq激光器对 发动机外壳板材进行激光处理改性,能有效地使发动机外壳板材表面形成纳米级压痕的同 时将混合粉末C和V熔融覆盖于发动机外壳板材的表面,发动机外壳板材表面形成纳米级的 凹坑,增加发动机外壳板材的表面积,提高摩擦力的同时使得下一步骤的十八烷基三氯硅 烧溶液更容易进入发动机外壳板材表面,在发动机外壳表面形成多种形貌的微结构,然后 在表面上自组装具备防腐耐磨性能的硅烷膜,从而改变发动机外壳板材的表面性质,而发 动机外壳板材表面形成的c-ν覆膜可有效地提高发动机外壳板材在高温下的抗氧化性能, 改变发动机外壳板材的表面性质。
[0027] 为了测定发动机外壳表面生成膜层在盐溶液中的耐蚀性能,采用Tafel曲线和电 化学阻抗谱来评价薄膜的防腐性能,在进行电化学测试之前所有样品都在NaCl溶液中浸泡 一段时间,电化学阻抗谱和计划曲线在开路点位(0CP)稳定之后进行测量,得到发动机外壳 板材的腐蚀电位()和腐蚀电流密度(I )的数值,一般认为腐蚀电位越高样品腐蚀的 倾向越小,而腐蚀电流密度越小表示样品的腐蚀速度越小,耐蚀性能越好。测量得到的发动 机外壳板材的腐蚀电位(Ε_)为-545.8mV,发动机外壳板材的腐蚀电流密度(ω为1.421 yAcnf2,而未经过处理的发动机外壳是-1057mV,未经处理的发动机外壳的腐蚀电流密度 (Icorr)为4 · 303μΑ〇?-2,由此可知,本发明的发动机外壳板材抗腐蚀性能相比于未经过处理 的发动机外壳有所提升。
[0028] 实施例二
[0029] 新型高强度抗腐蚀发动机外壳,按重量百分比包括MgO .6%,Si3.5%,Cu6.0%, Μη0·3%,Fe0.3%,Zr0.5%,Er0.5%,Cr0.02%,Ni0.02%,Ti0.2%,A1 余量。
[0030] 新型高强度抗腐蚀发动机外壳制备方法,所述发动机外壳为由以下步骤制成的外 壳:
[0031] (1)于320下预热熔炼中使用的加热炉和纯铝1~2h; (2)预热后的纯铝在减压状态 下熔炼温度为750°C的加热炉中完全熔化后加入单晶硅颗粒,单晶硅颗粒熔化后加入铝铜 中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝镍中间合金、铝铁中间合金、铝锆中间合金以及 少量稀土元素铒,并保温一段时间至中间合金完全熔化,充分搅拌后将加热炉升温,加入铝 钛中间合金至铝钛中间合金完全熔化,降温至750°C,扒渣,加入纯镁,在真空的条件下保温 30~40min;(4)加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE三种金属细化变质剂,三者加入的重量百分比 比例为8:1: 3; (5)加入精炼剂充分反应,除气、除渣,;(6)熔炼好的金属液浇注到已经预热 至300°C左右的坩埚中在lOOMPa的条件下静置2.5h,形成铸锭;(7)所述铸锭切割成合适尺 寸后于550°C的条件下进行12小时的均匀化退火,炉冷至室温;(8)所述铸锭升温至420°C后 保温3小时,进行五个道次的热乳,每个道次热乳完后在530°C保温半小时;(9)热乳后进行 三个道次的冷乳,铝合金一端相对固定并连接超声波振动装置,另一端进入乳机中,激振频 率为14kHz,铝合金超声振动受压延伸,冷乳后对合金在240°C下进行2~3个小时的退火处 理,得到一定厚度的铝合金板材;(10)对铝合金板材在540°C下进行半小时的固溶处理,然 后水淬;(11)铝合金板材在180°C下进行5小时的人工时效;(12)将混合粉末C和V均匀涂抹 于铝合金板材的表面,使用横流连续波Cq激光器对铝合金板材进行激光处理改性,使得铝 合金板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于铝合金板材的表面,处理 过程中使用氩气进行保护,其激光器工艺参数范围为:激光功率2. Okw,扫描速率15mn/s,束 斑直径均为4_。(13)配置盐酸体积与去离子水体积比为2:1的盐酸溶液,以乙醇为溶质配 置5mM的十八烷基三氯硅烷溶液,将得到的铝合金放入盐酸溶液中处理2min,处理完后用大 量去离子水冲洗铝合金表面以去除多余的盐酸,随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液 中浸泡12h,制备的样品在80°C下干燥30min; (14)冲压塑型。
[0032] 制成的发动机外壳板材的抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度分别为 427.2MPa、341.8MPa、16 %、107HB。
[0033] 三种细化变质剂对发动机外壳都有积极作用,但是单独使用时存在一定的局限 性,如单独加入Sr作变质处理,合金吸气倾向加剧,降低合金的致密性,易形成严重的柱状 晶组织,导致力学性能反而下降,稀土容易氧化,变质效果维持时间短等;而Al-5Ti-B细化 剂的抗衰减性能仍不能令人满意,而且易受Zr原子的毒化而失去细化晶粒的能力,无法充 分发挥其各自的优点。而将三者结合使用在克服其本身具有的缺陷的同时可充分发挥各自 的优点。由表格可知,相对于单一使用细化变质剂,同时使用三种细化变质剂可增强发动机 外壳的抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度,其中表中数据为添加细化变质剂后与不添 加细化变质剂后发动机外壳在各种性能指标上的比较。
[0034] 合理调整各个元素重量百分比的比例,使得发动机外壳中形成保持最大时效强化 能力的Mg2Si相,增强发动机外壳强度的同时增加其延伸率。加入适当比例的Cu元素,降低 自然时效对材料性能的不利影响,形成更细小、更多的Mg 2Si相(针状β〃相),同时避免加入 Cu元素后降低发动机外壳抗蚀性。加入微量Μη和Cr,会产生弥散相,抑制合金再结晶,提高 合金强度,增加合金抗晶间腐蚀能力,改善合金性能。适量的稀土元素加入发动机外壳中, 可以减少或消除熔铸过程中的气体和有害杂质、增加流动性、细化晶粒、加速时效过程,而 且适量的稀土元素与其他元素相互配合能够有效地改善合金的力学性能及腐蚀性能。
[0035] 减压状态下熔炼发动机外壳可有效地降低熔炼温度,节省资源。同时为了保持加 热器内的压强,加热器在排出气体的同时需要灌入一定量的惰性气体,惰性气体首先直接 通入金属熔液中,形成气泡,带动金属熔液中的杂质向上移动,与气体共同排放,去除杂质, 另外惰性气体迫使熔炼过程中产生的有害气体随之排放,防止氧气等具有氧化性质的气体 进入加热器中氧化金属熔液。
[0036] 三种细化变质剂对发动机外壳都有积极作用,但是单独使用时存在一定
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