CN100475529C

CN100475529C - 一种多孔金属的制备方法

Info

Publication number: CN100475529C
Application number: CNB2007100248986A
Authority: CN
Inventors: 何德坪; 施国栋; 何思渊; 王辉; 黄可; 丁龙; 童道池
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2027-07-09
Also published as: CN101092071A

Abstract

本发明公开了一种多孔金属的制备方法，包括以下步骤：第一步，取金属板，在金属板上加工出凹坑，得到带有凹坑的金属板；第二步，将两块带有凹坑的金属板两两叠合，得到单元结构板，再将两块或两块以上的单元结构板叠合起来。其中优选实施方式为带有凹坑的金属板上凹坑的一面凹陷，在另一面呈突起，且该突起为球形。将带有球形突起的单元结构板按体心立方结构方式叠合。本发明的方法生产的多孔金属孔的形状、梯度容易控制，易于大规模生产，材料的平板层相互连接，使得材料具有更好的强度，特殊的材料结构，使得压缩过程中，弹性变形区变得平缓。具有弹性变形及塑性变形混合的特点。

Description

一种多孔金属的制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，特别涉及一种多孔金属的制备方法。

背景技术

以多样化孔隙为结构特征的超轻型多孔金属由于实现了结构材料轻质(ρ≤1)和多功能化，包括能量吸收、阻尼减震、降噪、热、电磁屏蔽及其多功能兼容，具有广泛的应用前景从而成为当前国际前沿热点之一。

从上世纪五十年代开始分别发展了以铝基为基的各种制备方法，熔体发泡法、熔体渗流法、粉末冶金发泡法、熔体注气法、固态烧结法等。

德国Fraunhofer研究所将316L合金空心金属球装入薄壁金属结构中进行压缩试验，发现在松散装入空心球的情况下，单位重量的金属的能量吸收率增加了10％，而采用树脂将空心球粘结后，单位重量的金属能量吸收率增加了50％，从而大大增加了能量吸收能力。

美国Georgia工学院开发了同轴喷射料制备中空球技术，采用含有钛化氢前驱体和有机粘结剂以及溶剂等组成的浆料制备中空湿球，然后通过热处理的方法获取金属中空球。这种方法使空心球的成本很高，从而限制了这种工艺的大规模工业化应用。

美国发展了一种将空心金属球加入金属液的技术。该法利用酚醛塑料微型球，在惰性气氛下加热，使塑料焦化，形成空心的微型球，然后用气相沉积法在碳球上涂一层金属，再用汽化法去除碳而得到空心金属球，但是该法制备工艺复杂，成本高。

目前的多孔金属的制备方法都存在以下问题：(1)工艺复杂而价格昂贵；(2)控制孔结构困难；(3)主要制备铝基多孔金属。

发明内容

本发明提供了一种工艺简单，低成本且可应用于多中金属板材的多孔金属的制备方法。

一种多孔金属的制备方法，包括以下步骤：

第一步，取金属板，在金属板上加工出凹坑，得到带有凹坑的金属板；

第二步，将两块带有凹坑的金属板两两叠合，得到单元结构板，再将两块或两块以上的单元结构板叠合起来。

上述的一种多孔金属的制备方法中带有凹坑的金属板上凹坑的一面凹陷，在另一面呈突起，且该突起为球形。

上述的一种多孔金属的制备方法中单元结构板按体心立方结构方式叠合。

所述的一种多孔金属的制备方法，其带有凹坑的金属板用冲压的方法加工。

所述的一种多孔金属的制备方法，其带有凹坑的金属板也可以用滚压的方法加工。

所述的一种多孔金属的制备方法中球形孔为通孔。

所述的一种多孔金属的制备方法中球形孔也可以为闭孔。

上述的一种多孔金属的制备方法应用于以铝基、铜基、钢基任一为基础的金属板中。

本发明具有如下优点：

(1)材料的生产工艺简单，适合大规模生产，成本低廉。

主要工艺步骤采用一次塑性加工成形和层连接。

(2)孔的形状、梯度容易控制，适合生产较大的材料。

采用球形孔冲压模具，实现球形孔的材料。改变球形孔冲压模具的梯度尺寸，可以实现材料的梯度控制，控制模具的大小。

(3)材料的平板层相互连接，使得材料具有更好的强度。

与烧结空心球形成的材料相比，该材料的每一层都有平板层相互连接，抗压性能更好。

(4)容易制成高成品率的各种形式新型球形多孔金属。

主要工艺步骤采用一次塑性加工成形和层连接，工艺简单，所以成品率高。

(5)可以方便的控制材料的闭孔、通孔结构。

冲压的过程中，不压破板材制得闭孔多孔金属材料。

冲压的过程中，压破板材某一位置制得通孔多孔金属材料。

(6)特殊的材料结构，使得压缩过程中，弹性变形区变得平缓。具有弹性变形及塑性变形混合的特点。由于最上层和最下层的仅为半球壳体，最为薄弱，首先被压弯曲变形，同时中间的壳体压入下层的板中，使得最上层和最下层的边缘发生一定的弯曲。随着最上层和最下层的壳体的塌陷，中间层受到挤压变形。

附图说明

图1是本发明压制的一层1060纯铝薄板(wt.％Al99.6；Si 0.25；Fe0.35；Cu0.05；Mn0.03；Mg0.03；Zn0.05；Ti0.03)，密度为ρ＝2.7g/cm³，厚度1mm。。

图2是本发明制得的半球直径为8mm的体心立方结构多孔金属。孔隙率为53％。

图3是本发明三种板厚制得的试样压缩应力应变曲线。

图4是本发明三种板厚制得的试样能量吸收能力和能量吸收效率曲线。

具体实施方式

一种多孔金属的制备方法，包括以下步骤：

第一步，取金属板，在金属板上加工出凹坑，得到带有凹坑的金属板1；

第二步，将两块带有凹坑的金属板1两两叠合，得到单元结构板2，再将两块或两块以上的单元结构板2叠合起来。

上述的一种多孔金属的制备方法中带有凹坑的金属板1上凹坑的一面凹陷，在另一面呈突起，且该突起为球形。

上述的一种多孔金属的制备方法中单元结构板2是按体心立方结构方式叠合的。上诉的体心立方结构方式叠合是将单元结构板2在叠合的时候将后一块板的球形突起叠合于前一块板的球形突起所围起的平板中间，形成稳定的体心立方结构。

所述的一种多孔金属的制备方法，其带有凹坑的金属板1用冲压的方法加工。采用一套球形孔冲压模具，将金属板放入模具中，压力机产生压力使得金属板塑性变形，得到带有半球凹坑的金属板1。

所述的一种多孔金属的制备方法，其带有凹坑的金属板1也可以用滚压的方法加工。采用球形孔滚压模具，将金属板放入传送带，滚压模具产生压力使得金属板塑性变形，得到带有半球凹坑的金属板1。

所述的一种多孔金属的制备方法中孔的形状可以通过不同形状的模具设计得到通孔或者闭孔的多孔金属。通过模具上球形凹陷排布的变化可以控制最后制得的球形多孔金属的孔的密度与孔的直径的梯度变化。可以随生产要求和材质的不同调节孔的结构、板的厚度、孔隙率及比重等。

实施例1

1、采用常用的1060纯铝薄板(wt.％Al99.6；Si 0.25；Fe0.35；Cu0.05；Mn0.03；Mg0.03；Zn0.05；Ti0.03)，密度为ρ＝2.7g/cm³，厚度为0.5mm的铝薄板。

2、利用半球形冲压模具，冲压得到了半球形凹坑的金属板层。在冲压的过程中可以通过加热提高铝板的塑性，制得半球层铝薄板。

3、将多层半球形凹坑的金属板层，连接成体心立方结构，这样就得到了带有平板层相连的体心立方结构多孔金属。

实施例2

1、采用常用的1060纯铝薄板(wt.％Al99.6；Si 0.25；Fe0.35；Cu0.05；Mn0.03；Mg0.03；Zn0.05；Ti0.03)，密度为ρ＝2.7g/cm³，厚度为1mm的铝薄板。

3、将多层半球形凹坑的金属板层，连接成体心立方结构，这样得到了带有平板层相连的体心立方结构多孔金属。

实施例3

1、采用常用的1060纯铝薄板(wt.％Al99.6；Si 0.25；Fe0.35；Cu0.05；Mn0.03；Mg0.03；Zn0.05；Ti0.03)，密度为ρ＝2.7g/cm³，厚度为0.8mm的铝薄板。

实施例4

三种不同厚度铝板用本发明的方法所制得的样品的应力应变实验得到的压缩(σ-ε)曲线，可以看出，都由弹性段、平缓段和紧实段三部分组成。在线弹性段，压缩曲线开始表现为线弹性段。在此区间应力与应变呈线性关系，由于最上层和最下层有较薄弱的部分，产生一定的变形，使该阶段范围稍微增长，该阶段的应变小于10％；在平缓段，应力增加较少而应变却迅速增大，长而平的平缓上升段使得平板层相连的体心立方结构多孔金属有高的压缩吸能性能；随着压缩应力的继续增大，应变继续增加，当压缩应变超过50％(一般在50％～65％之间)，壳体之间的孔洞被压实至相互接触，于是导致应力的迅速上升，从而进入致密化阶段，σ-ε曲线进入紧实段。比较三种不同厚度铝板所制得同样孔径样品的压缩(σ-ε)曲线，随板厚度的减小，多孔金属的σ-ε曲线下移，压缩屈服强度下降。但是由于铝板厚度的减小，作为密实部分铝板平板厚度减小，所以应变明显增加。

实施例5

用实施例1、2、3制得的样品做能量吸收实验，可以看出多孔铝合金在线弹性阶段，能量吸收增加较慢，但能量吸收效率迅速增加，在平缓段初期(20％≤ε≤30％)时达到峰值；随着应变的增加，吸能能力W增大，能量吸收效率E在宽范围(15％≤ε≤50％)维持在一个较高水平(50％以上)。在紧实段，随着应变的增加应力继续增加，能量吸收效率降低。随着铝板厚度的减小，吸能能力W减少，能量吸收效率E的峰值和峰宽变化不大。

实施例6

1、采用常用的Q345钢薄板(wt.％C 0.18，Si 0.43，Mn 1.4，P 0.014，S 0.014))，厚度为0.8mm的钢薄板。

2、利用半球形冲压模具，冲压得到了半球形凹坑的金属板层。在冲压的过程中可以通过加热提高钢板的塑性，制得半球层钢薄板。

实施例7

3、利用冲孔的模具，将制得半球层铝薄板的球形底部冲穿，制得带孔的半球层铝薄板。

4、将多层带孔的半球形凹坑的金属板层，连接成体心立方结构，这样得到了带有平板层相连的体心立方结构通孔多孔金属。

Claims

1.一种多孔金属的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，取金属板，在金属板上加工出凹坑，得到带有凹坑的金属板(1)；

第二步，将两块带有凹坑的金属板(1)按叠合后形成球形孔的方式两两叠合，得到单元结构板(2)，再将两块或两块以上的单元结构板(2)按球形孔成体心立方结构的方式叠合起来。

2.如权利要求1所述的一种多孔金属的制备方法，其特征在于带有凹坑的金属板(1)上凹坑的一面凹陷，在另一面呈突起，且该突起为球形。

3.如权利要求1所述的一种多孔金属的制备方法，其特征在于带有凹坑的金属板(1)用冲压的方法加工。

4.如权利要求1所述的一种多孔金属的制备方法，其特征在于带有凹坑的金属板(1)用滚压的方法加工。

5.如权利要求1所述的一种多孔金属的制备方法，其特征在于球形孔为通孔。

6.如权利要求1所述的一种多孔金属的制备方法，其特征在于球形孔为闭孔。

7.如权利要求1至7任一所述的一种多孔金属的制备方法，其特征在于金属板材质为铝基、铜基、钢基中的任一种。