一種高散熱汽車引擎用鋁基複合材料的製作方法
2023-05-24 09:36:56 1
本發明涉及汽車零部件技術領域，尤其涉及一種高散熱汽車引擎用鋁基複合材料。
背景技術：
鋁基複合材料具有高的比強度、比剛度、比彈性模量，同時還具有較好的耐磨、耐高溫性能，因此受到了廣泛的關注。常用的顆粒增強鋁基複合材料製備技術有粉末冶金法和鑄造法兩種工藝。但粉末冶金法的工藝設備複雜、成本偏高，不易製備大體積和形狀複雜的零件。而且在生產過程中存在粉末燃燒和爆炸等危險。鑄造法工藝簡單，操作方便，可以生產大體積的複合材料，設備投入少，生產成本低，適宜大規模生產。
石墨烯因其具有非常優異的物理性能和機械性能，被認為是最理想的金屬基材料增強體。然而石墨烯在金屬基體中非常容易發生團聚，已經成為制約石墨烯增強金屬基複合材料發展的關鍵因素。高鑫在《石墨烯增強鋁基複合材料的製備及力學性能研究》一文中採用Hummers製備含有大量負電荷的氧化石墨烯，然後使用陽離子表面活性劑處理鋁粉使其表面帶有正電荷，並且利用靜電自組裝的方式將石墨烯均勻的吸附在鋁粉表面，最後以熱壓燒結的方式製備鋁基複合材料，但是表面活性劑的用量、石墨烯的添加量都會影響燒結性能，對材料的硬度、抗拉強度、力學性能等影響較大，材料質量穩定性差。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種高散熱汽車引擎用鋁基複合材料。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種高散熱汽車引擎用鋁基複合材料，由下列重量份的原料製備製成：鋁95-98、玻璃纖維2-3、銅0.3-0.5、鎳0.1-0.2、鋅1-1.2、鋯0.8-1、鉬0.2-0.3、鐵1-1.4、十六烷基三甲基溴化銨0.06-0.1、氧化石墨烯3-5、氫化鋯5-8、六氯乙烷0.86-1、活性石灰1.1-1.5、硫化鉀0.2-0.4、聚乙烯吡咯烷酮0.25-0.3、硫酸亞鐵0.3-0.4、納米氮化鋁1.1-1.6、雜質≤0.01、去離子水適量。
所述一種高散熱汽車引擎用鋁基複合材料，由下列具體步驟製備製成：
（1）將十六烷基三甲基溴化銨用6-8倍量的去離子水溶解，然後加入總量10%的鋁粉超聲分散20-30min，然後在室溫下磁力攪拌1h，過濾、洗滌、乾燥後備用；再將氧化石墨烯加到50ml去離子水中超聲分散1h，將鋁粉加到100ml的去離子水中攪拌形成鋁粉漿，將氧化石墨烯水溶液加到鋁粉漿中不斷攪拌，直至顏色變為無色透明，過濾乾燥備用；
（2）將聚乙烯吡咯烷酮加入3倍量的去離子水中，邊攪拌邊加熱至完全溶解後與六氯乙烷、活性石灰、硫化鉀、硫酸亞鐵、玻璃纖維混合加到高速混料機中，以1000轉/分的速度攪拌10min後送入造粒機中擠出造粒，將顆粒送入燒結爐中以10℃/分鐘速率升溫至450℃，燒結2小時，取出冷卻至室溫壓製成塊備用；
（3）將剩餘鋁粉、銅、鎳、鋅、鋯、鉬、鐵混合加到行星球磨機中球磨，用氬氣作為保護氣氛，球磨4-5h後過400目篩，然後加到熔煉爐中加熱為半固態，攪拌半固態鋁基金屬邊加入納米氮化鋁，升溫將固態混合漿料加熱到液態混合漿料備用；
（4）將步驟（3）的液態漿料加熱到740-760℃進行精煉，將步驟（2）製備的精煉劑用鐘罩壓入合金液中，並作均勻水平旋轉移動，精煉時間為10-12min，扒渣後靜置10-15min，再加入發泡劑氫化鋯攪拌均勻，混合均勻後倒入發泡槽於620-700℃氬氣保護下發泡0.5-2h；
（5）將模具預熱至220-300℃備用，再將步驟（1）製備的混合物置於模具中，將步驟（4）得到的發泡合金液澆注到模具中，澆注溫度為650-680℃，然後自然冷卻至室溫即可得到。
本發明的優點是：本發明採用表面活性劑處理部分鋁粉使其帶上正電荷，然後和帶負電荷的氧化石墨烯超聲處理，使其均勻的吸附在鋁粉表面，不發生團聚現象，實現石墨烯在鋁合金液中均勻分散，且增強了鋁基複合材料的強度、硬度、抗拉強度和力學性能等，添加的複合脫氧劑與鋁合金液反應，具有良好的脫氧、脫硫、增碳的效果，並且在精煉後添加發泡劑，熔融發泡處理使得材料和基體金屬反應充分，相容性好，且製備成本低，工藝簡單；本發明的鋁材高強、耐磨、散熱性好，而且成形沒有回彈，尺寸穩定，該製造工藝符合綠色環保加工，能夠滿足汽車引擎的需求，並且可大規模生產。
具體實施方式
一種高散熱汽車引擎用鋁基複合材料，由下列重量份（公斤）的原料製備製成：鋁95、玻璃纖維2、銅0.3、鎳0.1、鋅1、鋯0.8、鉬0.2、鐵1、十六烷基三甲基溴化銨0.06、氧化石墨烯3、氫化鋯5、六氯乙烷0.86、活性石灰1.1、硫化鉀0.2、聚乙烯吡咯烷酮0.25、硫酸亞鐵0.3、納米氮化鋁1.1、雜質≤0.01、去離子水適量。
所述一種高散熱汽車引擎用鋁基複合材料，由下列具體步驟製備製成：
（1）將十六烷基三甲基溴化銨用6倍量的去離子水溶解，然後加入總量10%的鋁粉超聲分散20min，然後在室溫下磁力攪拌1h，過濾、洗滌、乾燥後備用；再將氧化石墨烯加到50ml去離子水中超聲分散1h，將鋁粉加到100ml的去離子水中攪拌形成鋁粉漿，將氧化石墨烯水溶液加到鋁粉漿中不斷攪拌，直至顏色變為無色透明，過濾乾燥備用；
（2）將聚乙烯吡咯烷酮加入3倍量的去離子水中，邊攪拌邊加熱至完全溶解後與六氯乙烷、活性石灰、硫化鉀、硫酸亞鐵、玻璃纖維混合加到高速混料機中，以1000轉/分的速度攪拌10min後送入造粒機中擠出造粒，將顆粒送入燒結爐中以10℃/分鐘速率升溫至450℃，燒結2小時，取出冷卻至室溫壓製成塊備用；
（3）將剩餘鋁粉、銅、鎳、鋅、鋯、鉬、鐵混合加到行星球磨機中球磨，用氬氣作為保護氣氛，球磨4h後過400目篩，然後加到熔煉爐中加熱為半固態，攪拌半固態鋁基金屬邊加入納米氮化鋁，升溫將固態混合漿料加熱到液態混合漿料備用；
（4）將步驟（3）的液態漿料加熱到740℃進行精煉，將步驟（2）製備的精煉劑用鐘罩壓入合金液中，並作均勻水平旋轉移動，精煉時間為10min，扒渣後靜置10min，再加入發泡劑氫化鋯攪拌均勻，混合均勻後倒入發泡槽於620℃氬氣保護下發泡0.5h；
（5）將模具預熱至220℃備用，再將步驟（1）製備的混合物置於模具中，將步驟（4）得到的發泡合金液澆注到模具中，澆注溫度為650℃，然後自然冷卻至室溫即可得到。
對實施例製備的鋁基複合材料進行性能測試，結果如下：
屈服強度：217MPa；抗拉強度：252MPa；斷後總伸長率：23.4%；衝擊強度：48J。