一种铝合金汽车排气管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金汽车排气管材及其制备方法，属于金属管材制备技术领域。
背景技术
目前，排气管为了减振降噪、方便安装和延长排气消声系统寿命的作用的装置，它安装在发动机排气岐管和消声器之间，使整个排气系统呈挠性联接。排气管主要用于轻型车、微型车和客车，摩托车，排气管结构是双层波纹管外覆钢丝网套，两端直边段外套卡环的结构，为使消声效果更佳，波纹管内部可配伸缩节或网套。排气管的主要材质是不锈钢，卡套和接管材质可为不锈钢或镀铝钢。
随着我国经济持续快速增长，人们的生活水平也越来越高，尤其是汽车已经成为当今社会居民新的消费热点。当前，节能减排已经成为汽车行业竞争的利器，因此汽车的排气系统也就越发的重要，而在铁合金中加入少量的Mn、Nb等元素，使铁合金具有良好的深冲性，并能改善排气系统的其他性能。在当今汽车材料向轻量化、节能、环保方向发展的今天，具有广阔的发展空间；汽车排气管处在汽车后端，所处的工作环境温度很高，对耐热性、抗冲击性和抗腐蚀性要求很高，这些构件借助于压力加工由钢板而制造，因此要求母材钢板具有压力成形性。另一方面，使用的环境温度也逐年提高，有必要增加Cr、Mo、Nb等合金元素的添加量而提高高温强度、抗氧化性以及热疲劳特性等。目前汽车排气管用铝合金材料还存在抗弯折性能差的缺陷，因此，发明一种抗弯折性能好的用铝合金制得汽车排气管道对铝合金制备技术领域具有积极意义。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种铝合金汽车排气管材及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种铝合金汽车排气管材及其制备方法。本发明的一种铝合金汽车排气管材，包括改性碳化硅纤维和铝合金熔体，
所述改性碳化硅纤维是由稻壳基碳化硅和硅酸钠溶液以及盐酸反应制成的；
所述稻壳基碳化硅是由稻壳制成；
所述铝合金熔体是由氯化铝、铝锭、二氧化钛和镍制成。
一种铝合金汽车排气管材的制备方法，具体制备步骤为：
(1)将稻壳和去离子水混合，超声清洗，烘干，得到预处理稻壳；
(2)将上述预处理稻壳碳化处理，得到稻壳基碳化硅纤维；
(3)将上述得到的稻壳基碳化硅和硅酸钠溶液混合后，用盐酸调节pH过滤得到滤渣，反应后，过滤得到反应滤渣，即得改性碳化硅纤维；
(4)对电阻炉加热升温，先加入氯化铝，继续加入铝锭，待铝锭熔融成铝液，再投入二氧化钛、镍，保温熔融得到铝合金熔体；
(5)将改性碳化硅纤维竖直插入排气管模具中，在氩气保护下，向排气管模具中浇注铝合金熔体，压铸后，退火，脱模得到铝合金汽车排气管材。
进一步的，具体制备步骤为：
(1)将稻壳和去离子水混合后倒入超声清洗仪中，超声清洗，清洗完成后放入烘箱，烘干，得到预处理稻壳；
(2)将上述预处理稻壳放入碳化炉中，在二氧化碳保护下先加热升温热处理，再加热升温，保温碳化处理，碳化结束后出料，得到稻壳基碳化硅纤维；
(3)将上述得到的稻壳基碳化硅和硅酸钠溶液混合后，用盐酸调节pH，继续搅拌后过滤得到滤渣，并将滤渣放入高温反应釜中，反应后，过滤得到反应滤渣，即得改性碳化硅纤维；
(4)对电阻炉加热升温，先向电阻炉中加入氯化铝后，保温，继续加入铝锭，升温，保温，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入二氧化钛、镍，保温熔融得到铝合金熔体；
(5)按重量份数计，将改性碳化硅纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温，预热，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力，压铸后，将模具放入水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到铝合金汽车排气管材。
进一步的，具体制备步骤为：
(1)将稻壳和去离子水按质量比为1:7混合后倒入超声清洗仪中，以300～400W的功率超声清洗1～3遍，清洗完成后放入烘箱，在105～110℃下烘干，得到预处理稻壳；
(2)将上述预处理稻壳放入碳化炉中，在二氧化碳保护下先加热升温至300～350℃热处理10～20min，再加热升温至1900～2000℃，保温碳化处理9～10h，碳化结束后出料，得到稻壳基碳化硅纤维；
(3)将上述得到的稻壳基碳化硅和质量分数为30％的硅酸钠溶液按质量比为1:10混合后，用盐酸调节pH至5～6，继续搅拌1～2h后过滤得到滤渣，并将滤渣放入高温反应釜中，在150～200℃下反应30～40min后，过滤得到反应滤渣，即得改性碳化硅纤维；
(4)按重量份数计，对电阻炉加热升温至500～520℃，先向电阻炉中加入4～5份氯化铝后，保温10～12min，继续加入80～90份铝锭，升温至770～800℃，保温3～4h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入10～15份二氧化钛、5～10份镍，保温熔融得到铝合金熔体；
(5)按重量份数计，将20～30份改性碳化硅纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至120～150℃，预热30～35min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为700～720℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.3～0.4MPa，压铸20～25min后，将模具放入20～25℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到铝合金汽车排气管材。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明首先以稻壳为原料，将其预处理并碳化，制备得到碳化硅纤维，将碳化硅纤维和硅酸钠溶液混合，并加入盐酸反应生成原硅酸沉淀附着在碳化硅纤维表面，之后再在高温条件下，使得原硅酸沉淀水解产生二氧化氧化硅附着在碳化硅纤维表面，最终制得改性碳化硅纤维，最后将改性碳化硅纤维和铝合金溶体共混压制得到铝合金汽车排气管材，得到本发明使用了改性碳化硅纤维，铝液浇注改性碳化硅纤维后，改性碳化硅纤维表面的二氧化硅和铝在高温下反应，其反应生成物有氧化铝，其界面反应的过程主要氧化铝的不断生成和其他元素不断以单质形式和铝液发生反应进入熔体或以固溶的形式存在于氧化铝中传输过程，氧化铝相与铝基体有良好的结合，形成很强的物理结合或者共格界面，界面反应产物氧化铝以薄层形式存在于纤维表层，和基体金属铝直接接触，界面光滑平直，使铝合金材料弯折时，载荷能够顺利传递给纤维，另外在玄武岩纤维表面引入二氧化硅涂层，一方面可以牺牲表面的二氧化硅涂层达到保护纤维的目的，避免其大量参与界面反应造成纤维性能损伤；另一方面可以使界面反应体系简单化，减少铝基体和其他纤维成分发生反应生成不可控且非均匀分布的脆性相，从而提高铝合金的抗弯折性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
将稻壳和去离子水按质量比为1:7混合后倒入超声清洗仪中，以300～400W的功率超声清洗1～3遍，清洗完成后放入烘箱，在105～110℃下烘干，得到预处理稻壳；将上述预处理稻壳放入碳化炉中，在二氧化碳保护下先加热升温至300～350℃热处理10～20min，再加热升温至1900～2000℃，保温碳化处理9～10h，碳化结束后出料，得到稻壳基碳化硅纤维；将上述得到的稻壳基碳化硅和质量分数为30％的硅酸钠溶液按质量比为1:10混合后，用盐酸调节pH至5～6，继续搅拌1～2h后过滤得到滤渣，并将滤渣放入高温反应釜中，在150～200℃下反应30～40min后，过滤得到反应滤渣，即得改性碳化硅纤维；按重量份数计，对电阻炉加热升温至500～520℃，先向电阻炉中加入4～5份氯化铝后，保温10～12min，继续加入80～90份铝锭，升温至770～800℃，保温3～4h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入10～15份二氧化钛、5～10份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将20～30份改性碳化硅纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至120～150℃，预热30～35min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为700～720℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.3～0.4MPa，压铸20～25min后，将模具放入20～25℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到铝合金汽车排气管材。
实例1
将稻壳和去离子水按质量比为1:7混合后倒入超声清洗仪中，以300W的功率超声清洗1遍，清洗完成后放入烘箱，在105℃下烘干，得到预处理稻壳；将上述预处理稻壳放入碳化炉中，在二氧化碳保护下先加热升温至300℃热处理10min，再加热升温至1900℃，保温碳化处理9h，碳化结束后出料，得到稻壳基碳化硅纤维；将上述得到的稻壳基碳化硅和质量分数为30％的硅酸钠溶液按质量比为1:10混合后，用盐酸调节pH至5，继续搅拌1h后过滤得到滤渣，并将滤渣放入高温反应釜中，在150℃下反应30min后，过滤得到反应滤渣，即得改性碳化硅纤维；按重量份数计，对电阻炉加热升温至500℃，先向电阻炉中加入4份氯化铝后，保温10min，继续加入80份铝锭，升温至770℃，保温3h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入10份二氧化钛、5份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将20份改性碳化硅纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至120℃，预热30min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为700℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.3MPa，压铸20min后，将模具放入20℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到铝合金汽车排气管材。
实例2
将稻壳和去离子水按质量比为1:7混合后倒入超声清洗仪中，以350W的功率超声清洗2遍，清洗完成后放入烘箱，在108℃下烘干，得到预处理稻壳；将上述预处理稻壳放入碳化炉中，在二氧化碳保护下先加热升温至330℃热处理15min，再加热升温至1950℃，保温碳化处理9h，碳化结束后出料，得到稻壳基碳化硅纤维；将上述得到的稻壳基碳化硅和质量分数为30％的硅酸钠溶液按质量比为1:10混合后，用盐酸调节pH至6，继续搅拌2h后过滤得到滤渣，并将滤渣放入高温反应釜中，在180℃下反应35min后，过滤得到反应滤渣，即得改性碳化硅纤维；按重量份数计，对电阻炉加热升温至510℃，先向电阻炉中加入4份氯化铝后，保温11min，继续加入85份铝锭，升温至785℃，保温4h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入13份二氧化钛、8份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将25份改性碳化硅纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至140℃，预热33min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为710℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.4MPa，压铸23min后，将模具放入23℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到铝合金汽车排气管材。
实例3
将稻壳和去离子水按质量比为1:7混合后倒入超声清洗仪中，以400W的功率超声清洗3遍，清洗完成后放入烘箱，在110℃下烘干，得到预处理稻壳；将上述预处理稻壳放入碳化炉中，在二氧化碳保护下先加热升温至350℃热处理20min，再加热升温至2000℃，保温碳化处理10h，碳化结束后出料，得到稻壳基碳化硅纤维；将上述得到的稻壳基碳化硅和质量分数为30％的硅酸钠溶液按质量比为1:10混合后，用盐酸调节pH至6，继续搅拌2h后过滤得到滤渣，并将滤渣放入高温反应釜中，在200℃下反应40min后，过滤得到反应滤渣，即得改性碳化硅纤维；按重量份数计，对电阻炉加热升温至520℃，先向电阻炉中加入5份氯化铝后，保温12min，继续加入90份铝锭，升温至800℃，保温4h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入15份二氧化钛、10份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将30份改性碳化硅纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至150℃，预热35min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为720℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.4MPa，压铸25min后，将模具放入25℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到铝合金汽车排气管材。
对比例
以广东某公司生产的汽车排气管用铝合金材料作为对比例对本发明制得的铝合金汽车排气管材和对比例中的铝合金汽车排气管材进行性能检测，检测结果如表1所示：
1、测试方法：
抗弯折强度测试采用铝合金抗拉抗弯曲试验机进行检测。
备注：采用三点弯曲夹具，压头为R5实际试验速度为1mm/mim。
表1
根据上述中数据可知，本发明制得的铝合金汽车排气管材的抗弯折强度高，具有广阔的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
