一种抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术为一种抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料及其制备方法。该方法先将铝合金管和NaCl造孔剂颗粒在渗流模具中形成预制复合体，然后将锌铝共析合金熔体浇入到预热后的渗流模具中，并使得锌铝共析合金熔体在充入的空气的压力下渗流到NaCl造孔剂颗粒的孔隙之中，待将NaCl造孔剂颗粒于水中全部溶除并切掉铝合金管上、下端及周围的泡沫锌铝共析合金后，制得抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料。本发明专利技术得到的复合材料具有界面连接效果好且稳定、减载率高、阻尼本领与吸能本领强、压缩位移量小等一系列优点，且工艺简单、生产效率高、产品质量突出，便于规模化生产。便于规模化生产。便于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术的技术方案涉及复合材料
，具体地说是一种抗高过载锌铝共析合金/铝合金复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]信息技术的迅速发展与应用促进了世界各国对高速发射技术的探索。各类高速发射智能器械所承载的精密电子元器件与敏感元件在高速发射过程中均会承受瞬时、高能的强冲击，在此高过载状态下其加速度最高可达104g以上，而在某些特殊过程中(如侵彻)，其冲击加速度更可能高达105g。在如此高的加速度作用下这些精密电子元器件与敏感元件将会承受巨大的压强，因此它们极大可能会在高速发射的高过载环境下遭到破坏而失效。目前，抗高过载技术已经成为制约我国信息化以及国防与军事力量发展的主要瓶颈之一。
[0003]提高精密器件抗高过载能力的主要方法之一是为其增加减载组件(材料)，利用减载组件(材料)的储能、耗能机制有效降低冲击加速度峰值，以此显著减小高过载环境对精密器件的影响。目前常用的减载组件(材料)主要可以分为金属类和橡胶类。其中橡胶类材料重量轻，阻尼大、缓冲作用强，但其载荷能力较弱，且在高低温环境下易于发生老化而失效；金属类主要包括碟形弹簧和泡沫铝。其中碟形弹簧可以承受很大的冲击载荷，且其吸振能力很强，但其缺点是质量太大，并不符合高速发射器件轻量化的需求。泡沫铝具有海绵状结构，在压缩变形时由于泡孔的逐层坍塌或整体畸变和坍塌的机制而在应力
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应变曲线中会有一段很长的应力平台，因而其可在一稳恒应力水平下吸收大量的冲击功，从而使得精密器件在高过载环境下免受伤害，因此，其有望在高速发射领域获得广泛应用。然而，目前常用的泡沫铝的压缩力学性能偏低，同时因为铝本身并不具有高阻尼的特性，其虽有泡孔效应对阻尼的增强作用，但其整体阻尼本领仍然有限。这就会导致高速发射过程中其吸能本领有限、受防护的精密器件振动严重，因此仍难以在高速发射领域获得广泛的推广与应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：一种抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料及其制备方法，该方法先将内壁经粗造化处理的铝合金管和NaCl造孔剂颗粒在渗流模具中形成预制复合体，然后将锌铝共析合金熔体浇入到预热后的渗流模具中，并使得锌铝共析合金熔体在充入的空气的压力下渗流到NaCl造孔剂颗粒的孔隙之中，待将NaCl造孔剂颗粒于水中全部溶除并切掉铝合金管上、下端及周围的泡沫锌铝共析合金后，制得抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料。本专利技术制备得到的复合材料具有界面连接效果好且稳定、减载率高、阻尼本领与吸能本领强、压缩位移量小等一系列优点，且所涉及的工艺简单、生产效率高、产品质量突出，便于规模化生产。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料，该材料的组成包括内芯和外层；其中，内芯为柱状泡沫锌合金，外层为铝合金管。
[0007]所述的泡沫锌合金优选为泡沫锌铝共析合金；所述的铝合金管的强度大于内芯材质，优选为6061铝合金或7075铝合金；
[0008]所述的铝合金管的内径为外径的0.8～0.9倍；
[0009]所述的泡沫合金的平均孔径为0.3mm～0.9mm。
[0010]所述的铝合金管的外径优选为10～30mm。
[0011]所述的锌铝共析合金是一种特定成分的锌铝合金，即铝质量百分含量为22％的锌基合金。
[0012]所述的抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料的制备方法，具体步骤如下：
[0013]第一步，NaCl造孔剂颗粒的预处理：
[0014]将NaCl造孔剂颗粒放入电阻炉内，待升温至430～460℃后保温3～4h，随后筛取粒径为0.3～0.9mm的NaCl造孔剂颗粒，待用；
[0015]第二步，渗流模具的准备与预热处理：
[0016]将钢制渗流模具升温至450～470℃后保温；其中，钢制渗流模具设置有上盖和下盖，上盖设置有进气孔，下盖设置有出气孔；钢制渗流模具内中下部为竖直分布的铝合金管，铝合金管的内部、上、下部和周围均为压实的NaCl造孔剂颗粒；铝合金管的高度为渗流模具深度的30～40％；
[0017]所述的NaCl造孔剂颗粒的粒径范围为0.3mm～0.9mm；钢制渗流模具内铝合金管的数量为1～30；
[0018]所述的铝合金管的内壁是经过钢丝刷打磨3～5min粗造化处理的。
[0019]所述的铝合金管下部的NaCl造孔剂颗粒的厚度为钢制渗流模具深度的5～7％；铝合金管上部的NaCl造孔剂颗粒的厚度为钢制渗流模具深度的4～6％；
[0020]第三步，渗流铸造：
[0021]待钢制渗流模具保温5～9min后开始熔炼锌铝共析合金，然后将650～670℃并保温20～25min的锌铝共析合金熔体从上部浇注到渗流模具中，之后盖上渗流模具上盖，并从上盖的通气孔向渗流模具中充入空气，待渗流模具内的空气压强达到0.2～0.3MPa后保压40～60s，泄压后将渗流模具放入室温的水中进行冷却，待模具冷却至室温后，将所得复合体从渗流模具中取出，待用；
[0022]第四步，制备泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料产品：
[0023]将上步得到的复合体经超声清洗去除NaCl造孔剂颗粒后，再切割去除铝合金管上、下端及周围的泡沫锌铝共析合金，得到泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料，即抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料。
[0024]所述的NaCl造孔剂颗粒为商购获得。
[0025]本专利技术的有益效果是：本专利技术具有如下突出的实质性特点：
[0026](1)本专利技术采用空压渗流一体化成型铸造技术，可实现泡沫锌铝共析合金与铝合金管一体成型，并具有选材方便、工艺简单、泡沫芯材与管壁结合质量高等优点。
[0027](2)本专利技术技术在渗流铸造前预先将铝合金管内壁用细微条状钢丝刷进行打磨粗造化处理，使得锌铝共析合金熔体在渗流过程中填充于粗造表面的凹陷区域，当熔体凝固
后，泡沫芯与管壁将形成良好的机械啮合，以此进一步提高了界面的结合强度，从而能够保证合金管与泡沫之间实现良好的载荷传递，极大地增强了所得复合材料抗冲击的稳定性及吸能、减载、减振效果。相比于现有CN109175374A所公布的以及朱翔等人(朱翔，尹曜，王蕊，康苗，泡沫铝填充薄壁铝合金多胞构件与单胞构件吸能性能研究，工程力学，2021，38(5)：247
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256)所报道的直接将泡沫芯填入空心管中的制备方式，本专利技术专利技术的空压渗流一体化成型技术，不但生产效率高，且因空心管与泡沫同步成型，界面的连接效果好、稳定性高，从能够保证所得复合材料的良好综合性能。
[0028](3)本专利技术技术在渗流铸造后将渗流模具立即进行了淬火处理。这一巧妙处理不仅可使得泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料更容易快速脱模，更重要的是还可以通过减少芯部泡沫锌铝共析合金的β相而最终使得泡沫锌铝合金获得足够多的稳定的片层状共析组织而提高复合材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料，其特征为该材料的组成包括内芯和外层；其中，内芯为柱状泡沫锌合金，外层为铝合金管；所述的铝合金管的强度大于内芯材质。2.如权利要求1所述的抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料，其特征为所述的泡沫锌合金优选为泡沫锌铝共析合金。3.如权利要求1所述的抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料，其特征为铝合金管的材质优选为6061铝合金或7075铝合金。4.如权利要求1所述的抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料，其特征为所述的铝合金管的内径为外径0.8～0.9倍；所述的铝合金管的外径优选为10～30mm；所述的泡沫合金的平均孔径为0.3mm～0.9mm。5.如权利要求1所述的抗高过载泡沫锌铝共析合金/铝合金复合材料的制备方法，其特征为包括如下步骤：第一步，NaCl造孔剂颗粒的预处理：将NaCl造孔剂颗粒放入电阻炉内，待升温至430～460℃后保温3～4h，随后筛取粒径为0.3～0.9mm的NaCl造孔剂颗粒，待用；第二步，渗流模具的准备与预热处理：将钢制渗流模具升温至450～470℃后保温；其中，钢制渗流模具设置有上盖和下盖，上盖设置有进气孔，下盖设置有出气孔；钢制渗流模具内中下部为竖直分布的铝合金管，铝合金管的内部、上、下部和周围均为压实的NaCl造孔剂颗粒；铝合金管的高度为渗流模具深度的30～40％；所述的NaCl造孔剂颗粒的粒径范围为0.3mm～0.9mm；钢制渗流模具内铝合金管的数量为1～30；第三步，渗流铸造：待钢制渗流模具保温5～9min后开始熔炼锌铝共析合金，然后将650～670℃并保温20～25min的锌铝共析合金熔体从上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清周，张建军，殷福星，余晖，冀璞光，刘力，牛浩源，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：