[发明专利]轮毂用高强高韧A356.2铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了轮毂用高强高韧A356.2铝基复合材料的制备方法，制备工艺步骤如下：(石墨烯+HfB₂)‑铝中间合金丝的制备；A356.2合金熔炼，中间合金添加，精炼，压力铸造；固溶时效处理；喷丸，精整，碱洗酸洗，阳极氧化，成品包装。通过上述方式，引入二维纳米结构石墨烯形核和原位自生形核两种体系互补，多维尺度细化A356.2中硅第二相，且多维纳米相同时强化铝基复合材料。本发明解决了限制轮毂常用A356.2合金应用过程中的强度、硬度、塑性、韧性的不足等限制难题，低压铸造工艺生产石墨烯/HfB₂/铝复合材料具有优异的综合性能，达到轻量化的进一步减重需求。

技术领域

本发明涉及轮毂用高强高韧A356.2铝基复合材料，具体涉及一种轮毂高强高韧A356.2铝基复合材料的制备方法。

背景技术

在铸造铝合金中，以优异的性能而得到了广泛关注的Al-Si系中亚共晶的代表合金为A356.2，最早由美国开发研制并且已应用的一种铸造铝合金。

通过在A356合金中添加了多种的变质剂来改善合金中相的形态和分布，变质合金相形貌改变，导致性能一定程度的提升。研究显示，钠盐做为Al-Si合金的最初的变质剂取得了良好的变质效果，使粗大的板片状的硅相变为较为规则的短棒状，钠盐变质实质上是从根本上改变了硅相的原有生长方式，但钠盐变质也显现如合金成分易于偏析、吸收率较低等诸多问题。Sr、Sb和稀土变质剂被逐渐应用到Al-Si合金之中，它解决了钠盐变质容易消退、不稳定等存在的一些问题，经过变质后的合金中的微观组织中也呈现出良好的形态分布，例如 CN103146961A中公开了一种汽车轮毂用合金锭及其生产方法，该方法采用静置炉加入Al-Sr合金元素，有利于提高对铸造产品晶粒的变质效果，获得较好的机械性能；CN108315576A中公开了 一种A356铝合金高效变质剂及制备方法，本发明设计一种Al-Si-Mg亚共晶系铝合金用的Al-Nd-Mg-Sb变质剂，经过正确的变质工艺处理后，变质效果优于Al-10Sr，合金组织的改善也使得铝合金的力学性能有所提高。但Sr 、Sb变质的铝硅合金增加了大量的针孔缺陷，导致组织疏松，力学性能不高，增加了铸造工艺控制的难度，降低了产品的成品率。

sp2杂化的二维结构的石墨烯纳米相出现，使许多研究者尝试着将石墨烯作为铝基复合材料的增强体，但石墨烯与铝之间润湿性差及纳米尺度问题，导致纳米相添加困难，同时难以解决均匀分散问题，使材料强度提高并不显著。专利申请201810492475.5一种高强高导抗蠕变石墨烯增强铝合金材料的制备方法在铝粉与有机溶剂混合物中加石墨烯分散液，进行半固态挤压，热解去除有机物。存在的问题，工艺复杂，大生产成本高，且材料的制备工艺和应用背景完全不同于本专利。中国专利申请201810952973.3 一种石墨烯增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法、专利申请201911292058.7一种石墨烯增强Al-Si铸造铝合金及其制备方法和专利申请202010460438.3一种石墨烯增强过共晶铝硅合金及其制备方法中，石墨烯与金属简单混合熔炼，石墨烯/铝润湿性差会导致难以达到理想效果，专利中未看到硅相显著细化，平均尺寸最小也达几十微米，最大可达百微米左右，抗拉强度值仅在150-180MPa。中国专利申请201811331019.9一种石墨烯稀土铈增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法和中国专利申请201811331020.1一种石墨烯稀土钪协同增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法中，金属颗粒与石墨烯颗粒直接简单混合熔炼，难以解决石墨烯和铝之间界面润湿性差问题，同时高纯惰性气体保护进行真空电弧熔炼，生产规模小，成本高，石墨烯细化硅相效果不显著，同时抗拉强度指标仅为230-250MPa。随着汽车轻量化要求的不断提高，对材料的综合性能提出了更高的要求，由于A356.2合金存在共晶硅相粗大等微观组织特点，使得合金的力学性能难以满足高标准构件的需求。材料多维尺度的复合化从根本上解决了合金在传统变质方法中存在的易消退、吸收率低、吸气引起针孔等限制产品质量的难题。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种轮毂用高强高韧A356.2铝基复合材料的制备方法。