[发明专利]一种轻量化汽车防撞梁用原位纳米强化铝合金及制备方法

说明书

本发明涉及一种铝基复合材料，具体设计一种轻量化汽车防撞梁用原位纳米强化铝合金及制备方法。通过原位合成技术，以碳酸锆、氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合粉体为反应物，在反应过程中施加声磁耦合场，在凝固阶段施加声磁耦合场，获得均匀分布的纳米增强相团簇和细晶组织的复合材料。然后通过优化的热挤压技术和淬火技术，减少材料的缺陷，并且促进材料中的亚晶发生动态再结晶，获得细小的再结晶晶粒，提高材料的强度、塑性、抗冲击性和耐腐蚀性，最大程度提高其碰撞吸能效果，获得合格的汽车防撞梁用铝基复合材料型材。

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料，具体设计一种轻量化汽车防撞梁用原位纳米强化铝合金及制备方法。

背景技术

节能减排、环境保护和交通安全是当今汽车行业的三大话题，而汽车轻量化是能够实现这些目标的措施之一。研究表明，汽车质量每降低100kg，百公里油耗可减少0.3升，每公里排放的二氧化碳也可以减少7.5～12.5g。因此汽车轻量化是目前研究热点，其中一个重要途径就是采用轻质高强度材料，铝合金就是一种性能优良的轻质材料，如今广泛地用于汽车结构件。汽车防撞梁是车身结构件之一，也是汽车最为重要的安全部件之一，主要作用是在车辆碰撞中吸收缓和外界冲击力，保护汽车在碰撞事故中车身及乘员的安全。目前汽车防撞梁用的铝合金挤压材主要为6082，6061和6005A挤压材。

随着全球在车量安全方面的法规不断完善及人们对汽车行驶安全性的认识不断提高，因此对此汽车防撞梁用铝合金材料的性能提出了更高的要求。中国专利201410213392.X公开了一种汽车防撞梁用Al-Zn-Mg-Cu铝合金及其产品制造方法，设计一种新的合金配方提高了铝合金挤压材的强度和韧性。中国专利201710682641.3公开了一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金及其制备工艺，将设计的Al-Si-Mg-Cu合金进行440-480℃的热挤压，然后在出口进行局部的线水雾处理定形，得到防撞梁用挤压材。

根据目前现有的技术和专利主要是通过改变铝合金的成分和挤压工艺来提高防撞领的综合性能。然而，通过设计铝合金的成分依然是依靠传统的合金析出强化提高材料的性能，难以摆脱强塑性倒置的关系；提高挤压工艺温度高以及改变工艺使得工序变复杂都不适合工业化批量连续化生产。因此急需开发一种新型的轻质高强韧防撞梁材料。

发明内容

本发明的目的就是在于针对现有技术的不足，采用原位直接熔体反应技术开发一种轻量化汽车防撞梁用原位纳米强化铝合金及制备方法，并结合声磁耦合场调控其原位反应过程(熔体)和凝固过程(半固态)以及后续的挤压加工成形技术，显著提高防撞梁的强塑性和抗冲击性能。

本发明的一种轻质汽车防撞梁用原位纳米铝合金及其制备方法，通过原位合成技术，以碳酸锆、氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合粉体为反应物，由于碳酸锆分解为氧化锆，可与铝合金基体里的Al和Mg元素反应，生成镁铝尖晶石，吸附在颗粒与基体界面处，可阻碍颗粒的长大和颗粒团聚，并且增加颗粒与界面的结合强度，获得纳米级颗粒。在反应过程中施加声磁耦合场，可使碳酸锆分解释放的热量更加均匀的分布在熔体中，提高颗粒的收得率，并且声磁耦合场可改变颗粒与铝之间界面能的关系，导致颗粒与界面的接触角小于90°，颗粒被界面捕捉，使得纳米颗粒团簇均匀分布在基体中。在凝固阶段施加声磁耦合场，由于这时熔体粘度大，施加更大强度的耦合场，可有效破碎粗大的析出相，并且提高熔体凝固过程中的形核率，最后获得均匀分布的纳米增强相团簇和细晶组织的复合材料。然后通过优化的热挤压技术和淬火技术，减少材料的缺陷，并且促进材料中的亚晶发生动态再结晶，获得细小的再结晶晶粒，提高材料的强度、塑性、抗冲击性和耐腐蚀性，最大程度提高其碰撞吸能效果，获得合格的汽车防撞梁用铝基复合材料型材。

一种轻量化汽车防撞梁用原位纳米强化铝合金，采用的铝合金基体成份及质量百分比为：Si 1-1.2，Mg 0.8-1，Cu 0.2-0.3，Mn 0.4-0.8，Cr 0.03-0.05,Ti 0.01-0.02，余量为Al。

本发明的制备方法包括以下步骤：