一种金属泡沫材料-金属复合结构件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种金属泡沫材料‑金属复合结构件及其制备方法，本发明专利技术金属泡沫材料‑金属复合结构件的制备方法包括以下步骤：将预先加工好的泡沫材料与模具置于300～600℃箱式炉中预热保温；将合金加热至熔化，在700～750℃保温并通入惰性气体进行除气3～15min；按照0.1～1％的质量比向合金中加入Al‑5Ti‑B细化剂，于700～750℃保温5～20分钟；将合金液冷却至680～740℃时浇铸到模具中，空冷到室温，制备得到金属泡沫材料‑金属复合结构件。本发明专利技术金属泡沫材料‑金属复合结构件两种材料结合界面存在良好的冶金结合，保证了较高的结合强度。

【技术实现步骤摘要】
一种金属泡沫材料-金属复合结构件及其制备方法
本专利技术涉及材料技术，尤其涉及一种金属泡沫材料-金属复合结构件及其制备方法。
技术介绍
金属泡沫材料因其特有的多孔结构，具有良好的隔声、隔热、阻燃、抗冲击及电磁屏蔽功能，同时拥有较高的比强度与比刚度，但整体力学性能较低。将金属泡沫材料与高强度金属相结合可形成复合结构材料，具有轻质与较好的综合力学性能，如具有良好的抗拉、抗压、抗弯特性，较高的强度和吸收冲击能量的特点，可满足一些轻量化领域的应用，特别是航空航天领域，此类复合结构件具有极高的应用前景。目前，已经可以通过胶粘、焊接、机械结合及熔体发泡压铸成型的方法制备金属泡沫材料-金属复合结构件，其中胶粘、焊接、机械结合法制备的复合结构件形状相对简单，多为三明治结构与填充管，金属泡沫材料与金属材料之间的结合相对较弱，难以满足高性能的应用要求；熔体发泡压铸法制备的复合结构件制备过程不稳定，较难控制金属泡沫材料的气泡大小及孔隙率，同时外层实体金属的厚度较薄且易产生性能的不均匀，限制了材料的使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有金属泡沫材料与金属材料之间的结合相对较弱，难以满足高性能的应用要求的问题，提出一种金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法，本专利技术金属泡沫材料-金属复合结构件两种材料结合界面存在良好的冶金结合，保证了较高的结合强度。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法(以7075铝合金-泡沫铝为例)，包括以下步骤：(1)、将预先加工好的泡沫材料固定于模具卡槽中，固定后将模具整体置于300～600℃(优选为500℃)箱式炉中预热保温；泡沫材料与模具需要同时预热，预热温度并非固定值，温度范围为低于泡沫材料熔点的任一温度。(2)、将合金加热至熔化，在700～750℃(优选为730℃)保温并通入惰性气体进行除气3～15min(优选为10min)；通入氩气进行除气能减少溶解于熔液中的气体含量。(3)、按照0.1～1％(优选为0.3％)的质量比向合金中加入Al-5Ti-B细化剂，于700～750℃(优选为730℃)保温5～20(优选为10)分钟；细化剂(7075细化剂)对熔液起细化作用，提供晶粒形核，减小铸件晶粒尺寸。(4)、将合金液冷却至680～740℃(优选为710℃)时浇铸到模具中，空冷到室温，制备得到金属泡沫材料-金属复合结构件；本专利技术浇铸温度由金属材料种类决定，选择对应金属材料的最佳浇铸温度(如7075铝合金冷却至710℃)。进一步地，所述合金为可以浇铸成型的合金，包括但不限于为7075铝合金、1系铝合金、2系铝合金、4系铝合金或其他7系铝合金。进一步地，所述泡沫材料为闭孔泡沫结构的金属材料，包括但不限于泡沫铝。步骤(1)根据所需要的复合结构件的形状及性能，选择孔隙率、孔形状、孔内径适当地泡沫材料作为内层材料。进一步地，步骤(1)泡沫材料利用机加工方式加工，使其能够独立固定在模具中。进一步地，所述模具为底铸式石墨模具，以铸件最大截面积的平行面为分型面，模具拥有排出泡沫材料空气的排气槽。进一步地，所述惰性气体为氩气，旨在排出熔体中气体即可。进一步地，步骤(4)制备得到的金属泡沫材料-金属复合结构件进行强化热处理，后续强化热处理的选择根据性能要求进行，例如采用7075铝合金的T6处理。进一步地，所述强化热处理为450～465℃保温1～3h，以1～5℃/h的加热速率升温到470～480℃，升温结束后迅速水淬；水淬后置于110～130℃保温箱中时效20～28h。本专利技术的另一个目的还公开了一种金属泡沫材料-金属复合结构件，采用上述方法制备而成。本专利技术金属泡沫材料-金属复合结构件及其制备方法，具体涉及一种铸造法制备轻质高强泡沫铝-铝合金复合结构件的方法，与现有技术相比较具有以下优点：1)本制备方法不受复合结构件的形状限制，利用本方法可以制备出形状复杂的结构件，不局限于填充管及立方体铸件，同时外层实体金属厚度不受限制，可以制备尺寸较大的铸件。2)本制备方法不受材料的限制，内层金属泡沫材料只要为闭孔结构即可，且不必和外层实体金属为同一种材质，可以根据性能需求选择所需的外层实体金属进行制备。3)本制备方法制成的复合结构件可以进行后续的热处理强化，使其与所需性能相匹配，能灵活地满足不同领域的需求。4)本制备方法制成的复合结构件两者界面之间具有良好的冶金结合，受载条件下能够有效地传递载荷，提高了整体的力学性能。综上，本专利技术金属泡沫材料-金属复合结构件受到形状的限制极小；在两者界面处存在良好的冶金结合，且构型设计灵活，构型件的整体性能可以通过外层金属材质的选择、壁厚等材料和结构参数，及后续的热处理强化工艺实现，能够满足诸多领域轻质高强复合结构件的需求。附图说明图1为金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法的流程图；图2为圆柱形铸件复合模具图；图3为T字形铸件复合模具图；图4为圆柱形铸件纵截面；图5为圆柱形铸件横截面；图6为T字形铸件外观图；图7为T字形铸件截面图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进一步说明：实施例1本实施例公开一种7075铝合金-泡沫铝复合结构件的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：第一步：确定复合结构件为内径为35mm，外径为45mm，高度为150mm，闭孔泡沫铝-7075复合圆柱结构，如图2中铸件3所示，选择密度为0.4g/cm3的泡沫铝作为原材料；第二步：设计石墨模具，分型面为圆柱纵截面，设计为底铸式浇铸，模具顶部设置排气孔，泡沫铝通过两端固定在模具中，整体如附图所示；本实施例圆柱形铸件复合模具图如图2所示，包括第一腔1(上型腔)和2第二腔(下型腔)。第三步：将模具与泡沫铝内芯结合在一起，置于500℃箱式炉中预热；第四步：将7075铝合金加热至熔化，在730℃保温并通入氩气进行除气10min；第五步：按照0.3％的质量比向7075铝合金中加入Al-5Ti-B细化剂，于730℃保温10分钟；第六步：将7075铝合金液冷却至710℃时浇铸到模具中，空冷到室温，获得铸件3，如图2所示；第七步：将铸件切除浇道并加工成最后尺寸，对复合结构件进行强化固溶-T6处理，具体为460℃保温2h，以4℃/h的加热速率升温到472℃，升温结束后迅速水淬；水淬后置于120℃保温箱中时效24h。本实施例圆柱形铸件纵截面如图4所示，圆柱形铸件横截面如图5所示；从横、纵截面可以看出，泡沫铝与7075金属结合极好，两者之间形成了均匀的冶金结合，同时7075合金渗入到泡沫铝孔隙中，能够更好地实现两者之间的载荷与能量传递。实施例2本实施例公开一种ZL205A铝合金-泡沫铝复合结构件的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：第一步：确定复合结构件为T字形结构，底边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)、将预先加工好的泡沫材料与模具置于300～600℃箱式炉中预热保温；/n(2)、将合金加热至熔化，在700～750℃保温并通入惰性气体进行除气3～15min；/n(3)、按照0.1～1％的质量比向合金中加入Al-5Ti-B细化剂，于700～750℃保温5～20分钟；/n(4)、将合金液冷却至680～740℃时浇铸到模具中，空冷到室温，制备得到金属泡沫材料-金属复合结构件。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、将预先加工好的泡沫材料与模具置于300～600℃箱式炉中预热保温；
(2)、将合金加热至熔化，在700～750℃保温并通入惰性气体进行除气3～15min；
(3)、按照0.1～1％的质量比向合金中加入Al-5Ti-B细化剂，于700～750℃保温5～20分钟；
(4)、将合金液冷却至680～740℃时浇铸到模具中，空冷到室温，制备得到金属泡沫材料-金属复合结构件。


2.根据权利要求1所述金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法，其特征在于，所述合金为可以浇铸成型的合金。


3.根据权利要求2所述金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法，其特征在于，所述合金为7075铝合金、1系铝合金、2系铝合金、4系铝合金或其他7系铝合金。


4.根据权利要求1所述金属泡沫材料-金属复合结构件的制备方法，其特征在于，所述泡沫材料为闭孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王同敏，郭恩宇，路逸尘，康慧君，陈宗宁，李廷举，曹志强，卢一平，接金川，张宇博，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21