CN111118360A - 一种车轮毂用合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮毂用合金材料及其制备方法，属于汽车零部件技术领域。本发明研制的产品中包括镁、锂、硅、铜、稀土氧化物、惰性硅化合物；其中稀土氧化物和惰性硅化合物皆为纳米片状；在制备时，(2)先将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下加热熔融；再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，搅拌分散均匀后再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续搅拌分散均匀；冷却，热压，重新冷却至室温，即得车轮毂用合金材料。本发明所得产品容重低，强度高，且耐腐蚀。

Description

一种车轮毂用合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件领域，具体是一种车轮毂用合金材料及其制备方法。

背景技术

据统计，到目前为止，汽车中已有60个以上的零部件采用了轻量化的合金材料，其中仪表盘基座、座位框架、方向盘轴、发动机阀盖、变速箱壳、进气岐管、轮毂和车身等8个部件轻量化合金的利用率最高。就其使用部位性质的不同，可分为壳类和架类零件。

轻量化合金轮毂的发展和应用相对较晚，主要是受限于合金轮毂的加工技术不成熟，轻量化合金的价格居高不下，以及容易腐蚀等问题，因此在车辆上一直未得到普及，只是在赛车和少量高档车上使用。而随着能源、环保和汽车业内的竞争压力，轻量化合金的普及应用势在必行。

合金轮毂的成型工艺主要分为锻造和铸造方法两类。锻造的合金轮毂的晶粒流向与受力的方向一致，所生产的轮毂的强度、韧性与疲劳强度均显著优于铸造轮毂。但由于锻造轮毂的生产工序多，生产成本远高于铸造轮毂，因此锻造轮毂常用于赛车和高档车。

因此，开发一种轻量化的低成本合金，以满足汽车轻量化和耐腐蚀的需求，同时优化合金轮毂的制造工艺，是本领域技术人员近期研究的方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车轮毂用合金材料及其制备方法，以解决现有技术中的强度和耐腐蚀性能难以兼顾的弊端。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种车轮毂用合金材料，包括以下重量份数的元素组成：60～70份镁，10～15份锂，3～5份稀土金属氧化物，1～3份硅。

本发明技术方案通过采用镁、锂合金作为基体合金，并在镁合金基体中形成稀土金属氧化物微晶和硅微晶，通过利用稀土金属氧化物微晶和硅微晶直接起到强化的效果，另外，通过加入稀土氧化物和硅，两者形成的晶粒大小尺寸不一致，由此可导致形成晶粒间的级配，使内部填充的晶粒之间的填充密度提升，形成网状晶粒填充，致密度的提升势必使产品的力学性能得到进一步提升；另外，两种不同大小的晶粒存在，相互之间可形成位错间的交互作用，从而阻碍了位错运动，提高了合金的变形拉力；再者，由于稀土氧化物的存在，可提升镁、锂合金的抗腐蚀性能。

进一步的，所述车轮毂用合金材料中还包括镁元素质量1～10％的惰性硅化合物。

进一步的，所述惰性硅化合物为氧化硅、碳化硅、氮化硅中的任意一种。

进一步的，所述惰性硅化合物为纳米片状。

本发明技术方案通过引入惰性硅化合物，惰性硅化合物可以包覆内部晶粒中的硅等活性相对较强的金属元素，从而提高整体稳定性，再者，得益于惰性硅化合物的片状结构的存在，在加工过程中，容易由于密度较轻而上浮至合金体系表层，从而延长了腐蚀介质的扩散路径，起到良好的抗腐蚀效果；另外，片状结构，尤其是纳米片状结构和晶粒的颗粒状结构进一步达到级配补强的效果。

进一步的，所述车轮毂用合金材料中还包括镁元素质量2～6％的铜元素。

本发明技术方案通过引入铜元素，提升了不同晶粒之间的连接，使晶粒和晶粒之间形成冶金结合，且铜的存在，可有效抑制加工过程中晶粒的不稳定相生长，使晶粒始终保持添加时的尺寸和形貌，使产品的力学性能得到有效提升。

进一步的，所述稀土金属氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化钇、氧化镨中的任意一种。

进一步的，所述稀土金属氧化物为纳米片状。

进一步的，所述车轮毂用合金材料中还包括镁元素质量0.3～0.5％的还原氧化石墨烯。

本申请通过进一步的添加片状还原氧化石墨烯，进一步提升了产品的抗腐蚀性能，且氧化石墨烯和其它片状结构共同构筑了体系从里到外的片状补强结构网，在达到补强的目的同时，起到了良好的耐腐蚀效果。

一种车轮毂用合金材料的制备方法，具体制备步骤为：

(1)准备原料；

(2)先将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下加热熔融；

(3)再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，搅拌分散均匀后再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续搅拌分散均匀；

(4)冷却，即得车轮毂用合金材料。

进一步的，所述具体制备步骤为：

(1)准备原料；

(2)先将将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下加热熔融；

(3)再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，搅拌分散均匀后再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续搅拌分散均匀；

(4)冷却至室温后，热压，重新冷却至室温，即得车轮毂用合金材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

按重量份数计，依次取60～70份镁粉，10～15份锂粉，3～5份稀土金属氧化物，1～3份硅粉；并称取镁元素质量1～10％的惰性硅化合物，镁元素质量2～6％的铜粉，镁元素质量0.3～0.5％的还原氧化石墨烯；其中，惰性硅化合物为氧化硅、碳化硅、氮化硅中的任意一种，惰性硅化合物为纳米片状；其中，稀土金属氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化钇、氧化镨中的任意一种，稀土氧化物为纳米片状；先将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下，加热熔融，于搅拌转速为300～500r/min条件下，保温搅拌混合10～60min后，再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，于搅拌转速为300～500r/min条件下，搅拌分散30～45min后，再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续于转速为300～500r/min条件下，搅拌分散30～45min；随后于惰性气体保护状态下，以3～5℃/min速率冷却至室温后，于温度为180～200℃，压力为10～20MPa条件下，热压20～30min后，于惰性气体保护状态下，重新冷却至室温，出料，即得车轮毂用合金材料。

实施例1

按重量份数计，依次取60份镁粉，10份锂粉，3份稀土金属氧化物，1份硅粉；并称取镁元素质量1％的惰性硅化合物，镁元素质量2％的铜粉，镁元素质量0.3％的还原氧化石墨烯；其中，惰性硅化合物为氧化硅，惰性硅化合物为纳米片状；其中，稀土金属氧化物为氧化铈，稀土氧化物为纳米片状；先将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下，加热熔融，于搅拌转速为300r/min条件下，保温搅拌混合10min后，再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，于搅拌转速为300r/min条件下，搅拌分散30min后，再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续于转速为300r/min条件下，搅拌分散30min；随后于惰性气体保护状态下，以3℃/min速率冷却至室温后，于温度为180℃，压力为10MPa条件下，热压20min后，于惰性气体保护状态下，重新冷却至室温，出料，即得车轮毂用合金材料。

实施例2

按重量份数计，依次取65份镁粉，12份锂粉，4份稀土金属氧化物，2份硅粉；并称取镁元素质量5％的惰性硅化合物，镁元素质量4％的铜粉，镁元素质量0.4％的还原氧化石墨烯；其中，惰性硅化合物为碳化硅，惰性硅化合物为纳米片状；其中，稀土金属氧化物为氧化镧，稀土氧化物为纳米片状；先将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下，加热熔融，于搅拌转速为400r/min条件下，保温搅拌混合30min后，再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，于搅拌转速为400r/min条件下，搅拌分散35min后，再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续于转速为400r/min条件下，搅拌分散35min；随后于惰性气体保护状态下，以4℃/min速率冷却至室温后，于温度为190℃，压力为15MPa条件下，热压25min后，于惰性气体保护状态下，重新冷却至室温，出料，即得车轮毂用合金材料。

实施例3

按重量份数计，依次取70份镁粉，15份锂粉，5份稀土金属氧化物，3份硅粉；并称取镁元素质量10％的惰性硅化合物，镁元素质量6％的铜粉，镁元素质量0.5％的还原氧化石墨烯；其中，惰性硅化合物为氮化硅，惰性硅化合物为纳米片状；其中，稀土金属氧化物为氧化钇，稀土氧化物为纳米片状；先将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下，加热熔融，于搅拌转速为500r/min条件下，保温搅拌混合60min后，再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，于搅拌转速为500r/min条件下，搅拌分散45min后，再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续于转速为500r/min条件下，搅拌分散45min；随后于惰性气体保护状态下，以5℃/min速率冷却至室温后，于温度为200℃，压力为20MPa条件下，热压30min后，于惰性气体保护状态下，重新冷却至室温，出料，即得车轮毂用合金材料。

对比例1

本对比例和实施例1相比，区别在于，未加入铜粉，其余条件和实施例1保持不变。

对比例2

本对比例和实施例1相比，区别在于，未加入硅粉，其余条件和实施例1保持不变。

对比例3

本对比例和实施例1相比，区别在于，未加入惰性硅化合物，其余条件和实施例1保持不变。

对比例4

本对比例和实施例1相比，区别在于，惰性硅化合物为纳米颗粒状，其余条件保持不变。

对比例5

本对比例和实施例1相比，区别在于，未加入稀土氧化物，其余条件保持不变。

对比例6

本对比例和实施例1相比，区别在于，稀土氧化物为纳米颗粒状，其余条件和实施例1保持不变。

将实施例1-3所得产品和对比例1-6所得产品进行性能测试，其测试方法和测试结果如下所述：

将产品加工锻造成合金轮毂，锻造工艺采用上海交大轻合金研究所的低压铸造法，通过轮毂弯曲疲劳试验验证，测试当弯曲载荷在6kN×m时，合金轮毂的疲劳寿命/循环次数；随后将产品于盐雾条件下静置64h后，再次进行验证，具体测试结果如表1所示：

表1：产品疲劳寿命/循环次数测试结果

由表1检测结果可知，对比例1-6中未引入的组分或结构对产品的强度性能以及耐腐蚀性能都造成了较大影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种车轮毂用合金材料，其特征在于，包括以下重量份数的元素组成：60～70份镁，10～15份锂，3～5份稀土金属氧化物，1～3份硅。

2.根据权利要求1所述的一种车轮毂用合金材料，其特征在于，所述车轮毂用合金材料中还包括镁元素质量1～10％的惰性硅化合物。

3.根据权利要求2所述的一种车轮毂用合金材料，其特征在于，所述惰性硅化合物为氧化硅、碳化硅、氮化硅中的任意一种。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种车轮毂用合金材料，其特征在于，所述惰性硅化合物为纳米片状。

5.根据权利要求1所述的一种车轮毂用合金材料，其特征在于，所述车轮毂用合金材料中还包括镁元素质量2～6％的铜元素。

6.根据权利要求1所述的一种车轮毂用合金材料，其特征在于，所述稀土金属氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化钇、氧化镨中的任意一种。

7.根据权利要求1或6任一项所述的一种车轮毂用合金材料，其特征在于，所述稀土金属氧化物为纳米片状。

8.根据权利要求1所述的一种车轮毂用合金材料，其特征在于，所述车轮毂用合金材料中还包括镁元素质量0.3～0.5％的还原氧化石墨烯。

9.一种车轮毂用合金材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)准备原料；

(2)先将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下加热熔融；

(3)再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，搅拌分散均匀后再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续搅拌分散均匀；

(4)冷却，即得车轮毂用合金材料。

10.根据权利要求9所述的一种车轮毂用合金材料的制备方法，其特征在于，所述具体制备步骤为：

(1)准备原料；

(2)先将将锂、镁、铜和硅于惰性气体保护状态下加热熔融；

(3)再向熔融物中加入还原氧化石墨烯，搅拌分散均匀后再加入稀土金属氧化物和惰性硅化合物，继续搅拌分散均匀；

(4)冷却至室温后，热压，重新冷却至室温，即得车轮毂用合金材料。