一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料，由下列重量份的原料制備制成：鋁95?98、鉬0.22?0.3、鎳0.1?0.2、鉻0.15?0.2、釩0.04?0.06、鎢0.1?0.2、錳1.4?2、銅1?1.3、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0.8?1、木炭0.5?0.7、瓊脂0.3?0.32、鋁礬土0.6?0.7、碳酸鈉0.2?0.4、氮化硅0.8?1、雜質(zhì)≤0.01、去離子水適量；本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、材料利用率高、成本低廉，且制備的鋁型材組織均勻、致密度高、耐磨損及機(jī)械性能良好，值得推廣。
【專利說(shuō)明】
一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及汽車零部件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比剛度、比彈性模量，同時(shí)還具有較好的耐磨、耐高溫性能，因此受到了廣泛的關(guān)注。常用的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)有粉末冶金法和鑄造法兩種工藝。但粉末冶金法的工藝設(shè)備復(fù)雜、成本偏高，不易制備大體積和形狀復(fù)雜的零件。而且在生產(chǎn)過(guò)程中存在粉末燃燒和爆炸等危險(xiǎn)。鑄造法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，可以生產(chǎn)大體積的復(fù)合材料，設(shè)備投入少，生產(chǎn)成本低，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。
[0003]石墨烯因其具有非常優(yōu)異的物理性能和機(jī)械性能，被認(rèn)為是最理想的金屬基材料增強(qiáng)體。然而石墨烯在金屬基體中非常容易發(fā)生團(tuán)聚，已經(jīng)成為制約石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料發(fā)展的關(guān)鍵因素。高鑫在《石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及力學(xué)性能研究》一文中采用Hummers制備含有大量負(fù)電荷的氧化石墨烯，然后使用陽(yáng)離子表面活性劑處理鋁粉使其表面帶有正電荷，并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，最后以熱壓燒結(jié)的方式制備鋁基復(fù)合材料，但是表面活性劑的用量、石墨烯的添加量都會(huì)影響燒結(jié)性能，對(duì)材料的硬度、抗拉強(qiáng)度、力學(xué)性能等影響較大，材料質(zhì)量穩(wěn)定性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料，由下列重量份的原料制備制成:鋁95-98、鉬0.22-0.3、鎳0.1-0.2、鉻0.15-0.2、釩0.04-0.06、鎢0.1-0.2、錳 I.4-2、銅 1-1.3、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0.8-1、木炭0.5-0.7、瓊脂0.3-0.32、鋁礬土0.6-0.7、碳酸鈉0.2-0.4、氮化硅0.8-1、雜質(zhì)< 0.01、去離子水適量。
[0006]所述一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料，由下列具體步驟制備制成:
(1)將十六烷基三甲基溴化銨用6-8倍量的去離子水溶解，然后加入總量10%的鋁粉超聲分散20-30min，然后在室溫下磁力攪拌lh，過(guò)濾、洗滌、干燥后備用;再將氧化石墨烯加到50ml去離子水中超聲分散lh，將鋁粉加到10ml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?yōu)闊o(wú)色透明，過(guò)濾干燥備用；
(2)將瓊脂加入3倍量的去離子水中，邊攪拌邊加熱至完全溶解后與六氯乙烷、鋁礬土、碳酸鈉混合加到高速混料機(jī)中，以1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌1min后送入造粒機(jī)中擠出造粒，將顆粒送入燒結(jié)爐中以1 °C /分鐘速率升溫至450 0C，燒結(jié)2小時(shí)，取出冷卻至室溫壓制成塊備用;
(3)將剩余鋁粉、木炭、鉬、鎳、鉻、釩、鎢、錳、銅混合加到行星球磨機(jī)中球磨，用氬氣作為保護(hù)氣氛，球磨4_5h后過(guò)400目篩，然后加到熔煉爐中加熱為半固態(tài)，攪拌半固態(tài)鋁基金屬邊加入氮化硅，升溫將固態(tài)混合漿料加熱到液態(tài)混合漿料備用； (4 )將步驟(3 )的液態(tài)漿料加熱到740-760 V進(jìn)行精煉，將步驟(2 )制備的精煉劑用鐘罩壓入合金液中，并作均勻水平旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，精煉時(shí)間為10-12min，扒渣后靜置10-15min，再加入發(fā)泡劑氫化鋯攪拌均勻，混合均勻后倒入發(fā)泡槽于620-700°C氬氣保護(hù)下發(fā)泡0.5-2h;
(5)將模具預(yù)熱至220-300°C備用，再將步驟(I)制備的混合物置于模具中，將步驟(4)得到的發(fā)泡合金液澆注到模具中，澆注溫度為650-680°C，然后自然冷卻至室溫即可得到。
[0007]合金液澆注到模具中，澆注溫度為650_680°C，然后自然冷卻至室溫即可得到。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明采用表面活性劑處理部分鋁粉使其帶上正電荷，然后和帶負(fù)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(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)石墨烯在鋁合金液中均勻分散，且增強(qiáng)了鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度、抗拉強(qiáng)度和力學(xué)性能等，添加的復(fù)合脫氧劑與鋁合金液反應(yīng)，具有良好的脫氧、脫硫、增碳的效果，并且在精煉后添加發(fā)泡劑，熔融發(fā)泡處理使得材料和基體金屬反應(yīng)充分，相容性好，且制備成本低，工藝簡(jiǎn)單;本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、材料利用率高、成本低廉，且制備的鋁型材組織均勻、致密度高、耐磨損及機(jī)械性能良好，值得推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0009]—種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料，由下列重量份(公斤)的原料制備制成:鋁95、鉬0.22、鎳0.1、鉻0.15、釩0.04、鎢0.1、錳1.4、銅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0.8、木炭0.5、瓊脂0.3、鋁礬土 0.6、碳酸鈉0.2、氮化硅0.8、雜質(zhì)<
0.01、去尚子水適量。
[0010]所述一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料，由下列具體步驟制備制成:
(1)將十六烷基三甲基溴化銨用6倍量的去離子水溶解，然后加入總量10%的鋁粉超聲分散20min，然后在室溫下磁力攪拌lh，過(guò)濾、洗滌、干燥后備用；再將氧化石墨烯加到50ml去離子水中超聲分散lh，將鋁粉加到10ml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?yōu)闊o(wú)色透明，過(guò)濾干燥備用；
(2)將瓊脂加入3倍量的去離子水中，邊攪拌邊加熱至完全溶解后與六氯乙烷、鋁礬土、碳酸鈉混合加到高速混料機(jī)中，以1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌1min后送入造粒機(jī)中擠出造粒，將顆粒送入燒結(jié)爐中以1 °C /分鐘速率升溫至450 0C，燒結(jié)2小時(shí)，取出冷卻至室溫壓制成塊備用;
(3)將剩余鋁粉、木炭、鉬、鎳、鉻、釩、鎢、錳、銅混合加到行星球磨機(jī)中球磨，用氬氣作為保護(hù)氣氛，球磨4h后過(guò)400目篩，然后加到熔煉爐中加熱為半固態(tài)，攪拌半固態(tài)鋁基金屬邊加入氮化硅，升溫將固態(tài)混合漿料加熱到液態(tài)混合漿料備用；
(4)將步驟(3)的液態(tài)漿料加熱到740°C進(jìn)行精煉，將步驟(2)制備的精煉劑用鐘罩壓入合金液中，并作均勻水平旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，精煉時(shí)間為lOmin，扒渣后靜置lOmin，再加入發(fā)泡劑氫化鋯攪拌均勻，混合均勻后倒入發(fā)泡槽于620°C氬氣保護(hù)下發(fā)泡0.5h;
(5)將模具預(yù)熱至220°C備用，再將步驟(I)制備的混合物置于模具中，將步驟(4)得到的發(fā)泡合金液澆注到模具中，澆注溫度為650°C，然后自然冷卻至室溫即可得到。
[0011]合金液澆注到模具中，澆注溫度為650°C，然后自然冷卻至室溫即可得到。
[0012]對(duì)實(shí)施例制備的鋁基復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下:
屈服強(qiáng)度:237MPa;抗拉強(qiáng)度:269MPa;斷后總伸長(zhǎng)率:21.3%;沖擊強(qiáng)度:41J。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料，其特征在于，由下列重量份的原料制備制成:鋁95-98、鉬0.22-0.3、鎳0.1-0.2、鉻0.15-0.2、釩0.04-0.06、鎢0.1-0.2、錳1.4-2、銅1-1.3、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0.8-1、木炭0.5-0.7、瓊月旨0.3-0.32、鋁礬土 0.6-0.7、碳酸鈉0.2-0.4、氮化硅0.8_1、雜質(zhì)< 0.01、去離子水適量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種活塞環(huán)用耐磨損復(fù)合材料，其特征在于，由下列具體步驟制備制成: (1)將十六烷基三甲基溴化銨用6-8倍量的去離子水溶解，然后加入總量10%的鋁粉超聲分散20-30min，然后在室溫下磁力攪拌lh，過(guò)濾、洗滌、干燥后備用;再將氧化石墨烯加到50ml去離子水中超聲分散lh，將鋁粉加到10ml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?yōu)闊o(wú)色透明，過(guò)濾干燥備用； (2)將瓊脂加入3倍量的去離子水中，邊攪拌邊加熱至完全溶解后與六氯乙烷、鋁礬土、碳酸鈉混合加到高速混料機(jī)中，以1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌1min后送入造粒機(jī)中擠出造粒，將顆粒送入燒結(jié)爐中以1 °C /分鐘速率升溫至450 0C，燒結(jié)2小時(shí)，取出冷卻至室溫壓制成塊備用; (3)將剩余鋁粉、木炭、鉬、鎳、鉻、釩、鎢、錳、銅混合加到行星球磨機(jī)中球磨，用氬氣作為保護(hù)氣氛，球磨4_5h后過(guò)400目篩，然后加到熔煉爐中加熱為半固態(tài)，攪拌半固態(tài)鋁基金屬邊加入氮化硅，升溫將固態(tài)混合漿料加熱到液態(tài)混合漿料備用； (4 )將步驟(3 )的液態(tài)漿料加熱到740-760 °C進(jìn)行精煉，將步驟(2 )制備的精煉劑用鐘罩壓入合金液中，并作均勻水平旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，精煉時(shí)間為10-12min，扒渣后靜置10-15min，再加入發(fā)泡劑氫化鋯攪拌均勻，混合均勻后倒入發(fā)泡槽于620-700°C氬氣保護(hù)下發(fā)泡0.5-2h; (5)將模具預(yù)熱至220-300°C備用，再將步驟(I)制備的混合物置于模具中，將步驟(4)得到的發(fā)泡合金液澆注到模具中，澆注溫度為650-680°C，然后自然冷卻至室溫即可得到； 合金液澆注到模具中，澆注溫度為650-680°C，然后自然冷卻至室溫即可得到。
【文檔編號(hào)】C22C1/08GK105821256SQ201610308594
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】沈四海, 沈軍
【申請(qǐng)人】合肥海源機(jī)械有限公司