專利名稱：：一種鎂合金車輪表面處理方法及鎂合金車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一種鎂合金車輪表面處理方法，特別是一種鎂合金車輪表面噴涂鋁后熱變形的方法，主要用于鎂合金車輪的加工制造。二
背景技術(shù)：
：鎂合金密度小，比強(qiáng)度高，阻尼性能好，被譽(yù)為〃21世紀(jì)的綠色工程材料〃。隨著汽車輕量化的日益迫切，鎂合金在汽車上顯示出巨大的優(yōu)越性，車輪是新一代汽車產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用鎂合金作為替代新材料的典型部件。然而，對于鎂合金車輪，低的性能和差的耐蝕性一直制約其難以推廣應(yīng)用。在提高鎂合金車輪性能方面，中國專利ZL03100893.3:公開了鎂合金汽車輪轂鑄-擠復(fù)合成形方法，中國專利200610012829.9:公開了一種汽車輪轂省力成形方法及裝置，中國專利200810054600.0:公開了一種鎂合金汽車車輪擠壓成形方法與模具，解決了塑性成形鎂合金車輪的難題。鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，易受到侵蝕，作為結(jié)構(gòu)材料必須采取可靠的表面防護(hù)措施。尤其作為汽車車輪中經(jīng)受環(huán)境條件最惡劣部件的車輪，不僅受戶外氣候環(huán)境的影響，還需經(jīng)受地面的泥、砂、碎石沖擊和水濺射的影響，存在表面涂層劃傷后腐蝕，與螺栓、軸連接部位電化學(xué)腐蝕等問題。因此，提高抗腐蝕性成為促進(jìn)鎂合金車輪應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，鎂合金采用的表面處理方法，主要有化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、化學(xué)氧化及電化學(xué)氧化、有機(jī)涂層處理、表面改性處理、金屬鍍層處理等。化學(xué)轉(zhuǎn)化處理主要用于為后續(xù)的有機(jī)涂層處理打底，化學(xué)氧化及電化學(xué)氧化只作裝飾和中間工序防護(hù)，而有機(jī)涂層質(zhì)軟易剝落，表面改性處理技術(shù)尚不成熟，都難以滿足鎂合金車輪對抗腐蝕性的要求。鋁是理想的涂層材料，防護(hù)性能優(yōu)異，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能及機(jī)械性能好，而且涂鍍層還可以進(jìn)行各種陽極氧化、電解著色等不同的后處理，滿足諸如耐腐蝕、裝飾、耐磨損、電絕緣等性能要求。比較成熟的鋁涂層工藝有物理氣相沉積、熱侵、電鍍和噴涂，如中國專利200510017804.3:公開了一種鎂合金表面處理的方法，將鎂合金作為陰極，工業(yè)純鋁作為陽極放入電鍍液中，在鎂合金表面電鍍鋁，以提高鎂合金的防護(hù)性能。然而現(xiàn)有的鋁涂層工藝，鋁涂層與鎂基體結(jié)合力低，在受外力作用時，鍍層很容易從鎂合金表面脫落，也難以滿足車輪使用要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鎂合金制品表面處理技術(shù)的不足，提供一種將鋁穩(wěn)固地涂覆在鎂合金件表面，用來提高鎂合金抗腐蝕性的表面處理方法，以及由此方法所制得的鎂合金車輪。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是一種鎂合金車輪表面處理方法，其特征是其工序包括預(yù)成形一機(jī)加一表面噴涂鋁一加熱擴(kuò)散一終成形一熱處理一表面涂裝處理；即首先，通過塑性成形制備鎂合金車輪毛坯，機(jī)加后獲得鎂合金車輪半成品；其次，對鎂合金車輪半成品表面噴涂鋁，并進(jìn)行加熱擴(kuò)散，依靠熱作用使表面鋁涂層擴(kuò)散；第三，對表面帶有鋁涂層的鎂合金車輪終成形，通過塑性變形，使鎂合金基體和鋁涂層同時變形，獲得最終形狀與尺寸的鎂合金車輪；第四，根據(jù)鎂合金車輪所選用的鎂合金基體材料，采用相應(yīng)的熱處理工藝規(guī)范對鎂合金車輪進(jìn)行熱處理；最后，為表面涂裝處理，由于鎂合金車輪表面包覆了鋁涂層，按照目前鋁合金車輪的涂裝技術(shù)進(jìn)行。本發(fā)明鎂合金車輪表面處理方法，與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有實(shí)質(zhì)性的技術(shù)特點(diǎn)和顯著的效果是(1)該工藝制造的鎂合金車輪，提高了鎂合金的抗腐蝕性，解決了連接部位電化學(xué)腐蝕問題，為鎂合金車輪的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；(2)加熱擴(kuò)散過程中的熱作用、變形過程中的機(jī)械作用，提高了鋁涂層與鎂合金基體的結(jié)合力，克服了常規(guī)處理涂覆層易脫落的問題；(3)車輪表面噴涂鋁+熱擴(kuò)散+熱變形工藝，不降低鎂合金基體材料的力學(xué)性能，無環(huán)境污染，生產(chǎn)成本低。四圖1是鎂合金車輪表面處理工藝流程圖2是鎂合金車輪成品結(jié)構(gòu)示意圖3是預(yù)成形機(jī)加后鎂合金車輪半成品結(jié)構(gòu)示意圖4是使用本發(fā)明方法獲得的鎂合金車輪制品示意圖。五具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖就具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明(本實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明作出的任何限定)。如圖1所示，本發(fā)明鎂合金車輪表面處理方法的工藝流程圖。一種鎂合金車輪表面處理方法包括預(yù)成形一機(jī)加一表面噴涂鋁一加熱擴(kuò)散一終成形一熱處理一表面涂裝處理。使用本發(fā)明的方法可制成表面敷設(shè)有一層鋁或鋁合金的鎂合金車輪。所述的預(yù)成形工序，通過塑性變形制備車輪毛坯，經(jīng)機(jī)加后獲得車輪半成品，為終成形留有合適的變形量；預(yù)成形根據(jù)車輪規(guī)格和形狀確定，可以采用不同的成形工藝；預(yù)留的變形量根據(jù)各部位使用要求和后續(xù)終成形工藝確定，不同的部位預(yù)留不同的變形量，各部位變形量控制在1050%之間；車輪半成品主要尺寸確定方法輪輞厚度t'=(l+0.1~0.2>輪輻厚度t,'-(l+0.10.3X輪轂厚度t,'-(l+0.10.3)t,中心孔直徑d'=(1+0.1~0.3)d螺栓孑L直徑d,'"l+0.卜0.3)d,其余尺寸根據(jù)塑性變形體積不變條件確定，即車輪半成品體積與車輪成品體積相等。其中t、t,、t,分別為車輪成品輪輞、輪輻、輪轂的厚度，d、d,分別為車輪成品中心孔、螺栓孔直徑；所述的表面噴涂鋁工序，首先，對鎂合金車輪半成品進(jìn)行表面脫脂、酸洗及水洗等前處理；然后，以鋁絲材或鋁粉末為噴涂材料，采用普通火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、超音速火焰噴涂等方法，在經(jīng)前處理的車輪表面噴涂鋁涂層；鋁涂層厚度控制在0.10.2mm;所述的加熱擴(kuò)散工序，將表面噴涂鋁后的車輪加熱到350410°C，保溫24小時，依靠熱作用使表面鋁涂層擴(kuò)散；所述的終成形工序，通過塑性變形，使鎂合金基體和鋁涂層同時變形，根據(jù)預(yù)留的變形量控制各部位的變形，獲得車輪最終的形狀尺寸，終成形可以采用不同的成形工藝；所述的熱處理工序，根據(jù)所選用的鎂合金基體材料，確定相應(yīng)的熱處理工藝規(guī)范；所述的表面涂裝處理工序，由于鎂合金車輪表面包覆了鋁涂層，按照目前鋁合金車輪的涂裝技術(shù)進(jìn)行，根據(jù)使用要求確定涂層材料和相應(yīng)的涂裝工藝，如全涂漆、全噴粉末涂料、噴漆加噴粉末涂料、噴粉末涂料加噴漆和電鍍等。應(yīng)用示例選取如圖2所示的汽車車輪，其主要尺寸如表1所示，材料選用Mg-Al-Zn系A(chǔ)Z80鎂合金。表l汽車車輪主要尺寸<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>根據(jù)上述發(fā)明，該車輪的加工制造工藝如下:預(yù)成形——機(jī)加——表面噴涂鋁——加熱擴(kuò)散——終成形——熱處理——表面涂裝處理。1、預(yù)成形及機(jī)加預(yù)成形采用了中國專利200810054600.0公開的一種鎂合金汽車車輪擠壓成形方法，即下料一鐓粗一反擠壓一機(jī)加一正向擠壓一擴(kuò)口的成形工藝。選擇AZ80鎂合金鑄錠，車削外皮后鋸切成所需的棒料，均勻化處理后，經(jīng)鐓粗、反擠壓、機(jī)加、正向擠壓、擴(kuò)口制得車輪毛坯。預(yù)成形的車輪毛坯經(jīng)機(jī)加后，制得車輪半成品，如圖3所示為經(jīng)預(yù)成形機(jī)加后的鎂合金車輪半成品結(jié)構(gòu)示意圖。主要尺寸如下輪輞厚度t'-(l+0.1)t-8.8mm，輪輻厚度t,'"l+0.l)t,=23.1mm，輪轂厚度t,'=(1+0.1)1'=38.5mm，中心孔直徑d'=(1+0.2)d=60mm，螺栓孑L直徑d,'"l+0.2乂=14.4mm2、表面噴涂鋁先對鎂合金車輪半成品進(jìn)行表面脫脂、酸洗及水洗處理，然后以鋁絲材為噴涂材料，采用電弧噴涂方法，在經(jīng)前處理的車輪表面噴涂鋁涂層，鋁涂層厚度為0.12mm。3、加熱擴(kuò)散處理加熱到380士1(TC，保溫3h。4、終成形加熱后的車輪半成品件，置入終成形模具中進(jìn)行變形，控制車輪各部位變形，達(dá)到車輪成品的形狀和尺寸。如圖4所示為使用本發(fā)明方法獲得的鎂合金車輪制品示意圖，其中1為鎂合金基體，2為鋁涂層。5、后續(xù)熱處理對Mg-Al-Zn系合金AZ80采用單一人工時效處理，即可獲得較高的綜合機(jī)械性能。AZ80時效處理規(guī)范177士5。C保溫16小時，可滿足汽車車輪靜力強(qiáng)度要求。6、表面涂裝處理按照鋁合金車輪涂裝的工藝，經(jīng)預(yù)處理后，采用靜電噴涂方法，對外層包覆鋁的鎂合金車輪進(jìn)行涂裝。另外，由于噴涂可以實(shí)現(xiàn)大尺寸的沉積厚度控制、精確的成分控制及較低的制造成本，所以，上述本發(fā)明的最佳實(shí)施例中采用噴涂方法來噴涂鋁。但是，如果其它鍍膜方法可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明相同效果時，也可采用鍍膜方法，如氣相沉積、熱侵和電鍍等。權(quán)利要求1、一種鎂合金車輪表面處理方法，其特征是其工序包括預(yù)成形—機(jī)加—表面噴涂鋁—加熱擴(kuò)散—終成形—熱處理—表面涂裝處理；即首先，通過塑性成形制備鎂合金車輪毛坯，機(jī)加后獲得鎂合金車輪半成品；其次，對鎂合金車輪半成品表面噴涂鋁，并進(jìn)行加熱擴(kuò)散，依靠熱作用使表面鋁涂層擴(kuò)散；第三，對表面帶有鋁涂層的鎂合車輪半成品終成形，通過塑性變形，使鎂合金基體和鋁涂層同時變形，獲得最終形狀與尺寸的鎂合金車輪；第四，根據(jù)鎂合金車輪所選用的鎂合金基體材料，采用相應(yīng)的熱處理工藝規(guī)范對鎂合金車輪進(jìn)行熱處理；最后，為表面涂裝處理，鎂合金車輪表面包覆了鋁涂層，按照鋁合金車輪的涂裝技術(shù)進(jìn)行。2、按照權(quán)利要求1所述的一種鎂合金車輪表面處理方法，其特征是:所述的預(yù)成形與機(jī)加工后獲得的車輪半成品，為終成形留有變形量，各部位變形量控制在1050%之間；車輪半成品主要尺寸確定方法輪輞厚度t'=(l+0.1~0.2)t輪輻厚度t,'-(l+0.10.3)t,輪轂厚度t,'=(1+0.1-0.3)1,中心孔直徑d'=(1+0.10.3)d螺栓孑L直徑d,'"l+0.卜0.3)d,3、按照權(quán)利要求1所述的一種鎂合金車輪表面處理方法，其特征是:所述的表面噴涂鋁工序，首先，對鎂合金車輪半成品進(jìn)行表面脫脂、酸洗及水洗等前處理；然后，對鎂合金車輪半成品的表面噴涂鋁涂層，以鋁絲材或鋁粉末為噴涂材料，采用普通火焰噴涂，或電弧噴涂，或等離子噴涂，或超音速火焰噴涂，鋁涂層厚度控制在O.10.2mm。4、按照權(quán)利要求1所述的一種鎂合金車輪表面處理方法，其特征是:所述的鎂合金車輪毛坯表面噴涂鋁后加熱擴(kuò)散，將表面噴涂鋁后的車輪加熱到350410°C,并保溫24小時。5、按照權(quán)利要求1所述的一種鎂合金車輪表面處理方法制成的鎂合金車輪，其特征是:鎂合金車輪表面敷設(shè)有一層鋁或鋁合金。全文摘要本發(fā)明屬于一種鎂合金車輪表面處理方法，其特點(diǎn)是包括預(yù)成形—機(jī)加—表面噴涂鋁—加熱擴(kuò)散—終成形—熱處理—表面涂裝處理工序；所述的預(yù)成形與機(jī)加獲得為終成形留有變形量的鎂合金車輪半成品，表面噴涂鋁、加熱擴(kuò)散后，通過終成形獲得鎂合金車輪成品，加熱擴(kuò)散過程中的熱作用、變形過程中的機(jī)械作用，提高了鋁涂層與鎂合金基體的結(jié)合力；提高了鎂合金車輪的抗腐蝕性，解決了連接部位電化學(xué)腐蝕問題，克服了常規(guī)處理涂覆層易脫落的問題；不降低鎂合金基體材料的力學(xué)性能，無環(huán)境污染，生產(chǎn)成本低。文檔編號C23C4/08GK101392380SQ200810079660公開日2009年3月25日申請日期2008年10月24日優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日發(fā)明者星張,張治民,李國俊,強(qiáng)王,勇薛申請人:中北大學(xué)