一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法技术

本发明专利技术涉及材料成形技术领域，具体涉及一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，根据实际需求，通过控制不同规格泡沫金属的孔洞密度梯度变化方式和孔洞密度差异范围，获得密度柔性变化且稳定可控的泡沫金属，然后通过合适连接方式，制备填充密度梯度变化可控的多规格泡沫金属薄壁复合管件，从而扩大薄壁管件的应用范围，为汽车设计工程师们提供更大的设计空间。

A method for preparing packed density gradient controllable foam metal thin wall composite pipe

【技术实现步骤摘要】
一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法
本专利技术涉及材料成形
，具体涉及一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，具体是一种孔洞结构及尺寸稳定且密度梯度可控的填充泡沫金属薄壁复合管的制备方法。
技术介绍
固态泡沫金属，拥有高强度和低比重特点，结合了高抗压强度与良好的能量吸收特性。泡沫金属具备众多优异性能，在汽车工业领域，消费者和汽车生产厂商尤为看重它的碰撞吸能性能。随着社会及工业的进一步发展，近年来发现密度梯度变化的泡沫金属结构具有比单一密度泡沫金属材料更好的吸能特性，变形模式更加稳定。相比于单一均匀密度材料，密度变化的泡沫金属材料制备原理复杂，实际制备非常困难，难以得到性能稳定的产品。因此如何制备出性能稳定、密度变化可控的泡沫金属材料对部件吸能能力的研究具有重大意义。汽车行业研究人员经过大量的实际实验发现，填充有泡沫金属的薄壁管件能有效改善整体结构的变形模式并提高吸能效率。不仅如此，通过有限元模拟和优化算法发现填充有密度变化泡沫金属的薄壁管件无论是在轴向、横向还是倾斜角度的压力下其吸能效率可进一步得到提高且变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n步骤1：确定目标产品的规格和性能要求，选定密度变化泡沫金属层的对应层数n和各层泡沫金属的相对密度，并通过结构分析选择适用于实际需求的最优密度梯度形式，可以制备的三种泡沫金属梯度形式有：/n(1)如目标产品中填充的泡沫金属中孔洞密度沿轴向逐渐升高或降低：所述n层混合粉末随层数从1、2、3……n层逐步铺设时，通过逐渐增加或减少混合粉末中发泡剂粉末2的相对含量，也可逐步升高或降低发泡剂粉末的预处理温度或时间来实现目标泡沫金属梯度形式。/n(2)如目标产品中填充泡沫金属中孔洞在两端相对密度低，中间相对密度高：所述...

【技术特征摘要】
1.一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤1：确定目标产品的规格和性能要求，选定密度变化泡沫金属层的对应层数n和各层泡沫金属的相对密度，并通过结构分析选择适用于实际需求的最优密度梯度形式，可以制备的三种泡沫金属梯度形式有：
(1)如目标产品中填充的泡沫金属中孔洞密度沿轴向逐渐升高或降低：所述n层混合粉末随层数从1、2、3……n层逐步铺设时，通过逐渐增加或减少混合粉末中发泡剂粉末2的相对含量，也可逐步升高或降低发泡剂粉末的预处理温度或时间来实现目标泡沫金属梯度形式。
(2)如目标产品中填充泡沫金属中孔洞在两端相对密度低，中间相对密度高：所述n层混合粉末随层数从1、2、3……n层逐步铺设时，适当增加两端混合粉末中发泡剂粉末含量或适当降低中间发泡剂粉末含量；亦或通过降低两端发泡剂粉末的预处理温度，提高预处理时间或适当提高中间发泡剂的预处理温度，或降低预处理时间来实现目标泡沫金属梯度形式。
(3)如目标产品中填充泡沫金属中孔洞在两端相对密度高，中间相对密度低：所述n层混合粉末随层数从1、2、3……n层逐步铺设时，适当减少两端混合粉末中发泡剂粉末的含量或适当提高中间发泡剂粉末的含量；亦或通过提高两端发泡剂粉末的预处理温度，降低预处理时间或适当降低中间发泡剂预处理温度，或提高预处理时间来实现目标泡沫金属梯度形式。
步骤2：根据目标产品的规格及性能要求，选择合适的金属粉末1为基础原料，与经预处理的发泡剂粉末按泡沫金属密度梯度需求比例先计算后称重，并置入自制混料设备中，在合适混料球料比和适当转速条件下滚筒处理，获得多组混合均匀的混合粉末，并将混合均匀的混合粉末前驱体置入自行设计的等静压模具模腔内作为泡沫金属的底部基准粉末层。
步骤3：通过对天然橡胶冲裁获得严格符合模腔截面形状的橡胶垫片，并置入等静压模具腔体内金属粉末层的顶部，之后根据目标产品性能要求，顺序执行多次混合金属粉末层与天然橡胶层的铺设，直到混合金属粉末层数达到目标层数n，或天然橡胶数量达到目标数量n-1时停止堆叠放料，各层混合金属粉末的混合比例需根据实际密度梯度需求可柔性调整。
步骤4：利用具有足够公称压力的压力机对等静压模具腔体内的由橡胶薄片隔开的多层混合粉末进行冷等静压成型，经过保压一定时间将多层金属粉末压制并成型得到密实的冷压预制体。
步骤5：对压力机等静压模具腔体内的电阻丝通电，使其升温至天然橡胶垫片剧烈降解的温度并保温一段时间，使天然橡胶垫片降解并气化消失，待气化完成后，在剧烈降解温度下对预制体进行二次加压，使各层混合粉末前驱体层互相接触，以实现冶金结合并最终达到致密化，获得去除天然橡胶的均匀混合粉末预制体。
步骤6：根据所需结构参数及特点设计并制造相应挤压模具，通过装配后利用挤压机对放置在凹模挤压模具中的均匀混合粉末预制体进行待温加压，待温温度根据混合粉末的物理特性及挤压机能耗效率来确定，在挤压压力作用下将模腔内预制体挤出模孔，获得目的目标模具孔型的可发泡预制体，该预制体密度达到实体密度的98％以上。
步骤7：利用切割技术将得到的可发泡预制体切割成所需形状及尺寸，后将自制发泡模具预先置入电阻加热炉的电阻炉炉膛中，并随电阻加热炉一同升温至发泡温度，待温度达到预设温度保温一段时间，将切割后的预制体放入电阻加热炉内的发泡模具腔体中均匀受热，当泡沫金属受热膨胀到目标孔径后迅速取出，后水冷到泡沫金属固相线温度以下，从而获得具有目标密度梯度变化的稳定泡沫金属结构。
步骤8：根据复合用薄壁管的几何尺寸，通过切割技术将泡沫金属的边缘氧化区域切除，获得成所需形状和尺寸规格的填充用密度梯度变化的多孔泡沫金属，以备后续复合工艺，后综合利用机械清理及超声波清理技术对薄壁管的复合表面进行表面清理，去除阻碍复合效果的氧化层及油膜，同时增加复合界面面积。根据实际应用条件，采用胶粘或焊接方式将薄壁管与泡沫金属进行有效复合连接，获得填充密度梯度可控的泡沫金属薄壁复合管。


2.根据权利要求1所述的制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，其特征在于：所述步骤1中的目标产品的性能要求，泡沫金属梯度形式由实验、模拟和优化算法来确定在选定工况下相对最...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，
申请(专利权)人：北京锦灏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11