CN102218851A - 一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，该方法是将发泡剂粉末放入细管材内，再将多根装有发泡剂粉末的细管，封装在与细管相同材质的，、且由两个尺寸不同的外管和内管构成的空腔中，经挤压加工致密后，制成金属/泡沫材料/金属夹层结构管材的前驱体，将管材的前驱体放置在由外壁金属管材与内壁金属管材构成的空腔中，经过通常的发泡处理后，得到金属/泡沫金属/金属夹层结构管材。采用该方法，可以制造出管壁由泡沫金属与黑色金属、有色金属构成的金属/泡沫金属/金属夹层结构的管材。由此所得到的夹层结构壁厚的管材具有高刚度、轻量化、减振，降噪的作用，有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域，特别涉及泡沫材料制造与应用。
背景技术
泡沫材料具有重量轻、隔音、隔热、防振、耐冲击以及优良的电学性能和可回收性等特点，在汽车、航空、航天、交通、能源以及海陆空武器装备、通信、等领域具有广阔的应用前景，因此，是近年来国际材料及其加工领域重点发展方向之一。
目前，虽然泡沫材料的研究受到国内外学者以及产业界的普遍重视，但真正规模化产业应用并不多，其原因是泡沫材料的制备工艺的关键技术尚未完全取得突破；孔结构控制难等一系列问题。虽然粉末冶金发泡法具有生产工艺相对简单，能够根据需求近终成形，直接做成复杂形状的零件，无需加工和粘结等优点，但由于其原料价格较贵，且成品尺寸受到限制。因此，在应用上受到很大的限制。累积叠轧焊法是采用工业板材以及通用的轧制和热处理设备，无需增加任何专用设备，生产工序少，降低了生产成本；并且多次反复轧制使得发泡剂颗粒细化并且致密化，结合强度高。但采用该方法制备的泡沫铝夹心板，需要50%以上的压下量，并且，生产效率低，成本也较高，发泡剂分布也不均匀。此外，该方法只适合制备板状材料，产品的形状受到限制。
目前多数制备工艺方法都无法制造出管壁由泡沫材料与黑色金属、有色金属构成的金属/泡沫材料/金属夹层结构的管材。因此，如何进一步降低成本，提出更稳定、更具有可重复性和孔结构更易控制的管壁由泡沫材料与黑色金属、有色金属构成的金属/泡沫材料/金属夹层结构的管材的工艺技术，并能实现连续、稳定的低成本规模化生产，获得无缺陷的、性能优良的、质量可控的泡沫金属，是推进泡沫金属工业化应用和提高应用水平的关键。
发明内容
本发明一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法,为进一步降低成本，提出更稳定、更具有可重复性和孔结构更易控制的管壁由泡沫材料与黑色金属、有色金属构成的金属/泡沫材料/金属夹层结构的管材的工艺技术，并能实现连续、稳定的低成本规模化生产，获得无缺陷的、性能优良的、质量可控的泡沫金属。
为实现上述目的,本发明提出一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，是将含有TiH2或SrCO3的发泡剂粉末放入细管材内，再将多根装有发泡剂粉末的细管，封装在与细管相同材质的，由两个尺寸不同的外管和内管构成的空腔中，经挤压加工致密后，制成金属/泡沫材料/金属夹层结构管材的前驱体，将管材的前驱体放置在由外壁金属管材与内壁金属管材构成的空腔中，经过通常的发泡处理后，得到金属/泡沫金属/金属夹层结构管材。
所述装入发泡剂的细管为金属，内径为3~50mm，壁厚1~20mm，长度大于300mm。
进一步的，所述装入发泡剂的细管为铝或铝合金。
所述外管和内管构成空腔的组合体采用与细管相同的材料，或采用与金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的内、外壁材质相同的材料。利用通常的焊接、铆接方法加工成由外管和内管构成空腔的组合体。所述外管的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm;所述内管的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm。
所述外壁金属管材的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm;所述内壁金属管材的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm。
一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，包括以下步骤:
（1）将发泡剂放入细管内将金属管材的一端，用金属块或树脂塞封住，将发泡剂放入细管内，经过冷压后，用金属块或树脂将发泡剂封在细管内;
（2）将多根装有发泡剂的细管封装在由外管和内管构成的空腔中：将多根装有发泡剂的细管摆放在由外管和内管构成的空腔中，并用发泡剂密实管材与管材、管材与外管、内管之间的缝隙中，然后采用焊接、铆接加工，将多根装有发泡剂的细管封装在由外管和内管构成的空腔中，制成复合坯;其中,外管的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm；内管的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm；
（3）挤压加工：将复合坯采用常规的挤压加工方法，进行变形加工；制造成金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的前驱体；前驱体的相对密度大于90%；所述挤压加工方法采用冷挤压加工或热挤压加工，采用热挤压加工时，加热温度应低于发泡剂的分解温度，以防止发泡剂在挤压过程中发生分解；
（4）将金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的前驱体，放置在由外壁金属管材与内壁金属管材构成的空腔中，采用焊接、铆接加工，制成一个组合体；所述外壁金属管材的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm；所述内壁金属管材的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm；内壁金属管材与外壁金属管材的内壁之间的尺寸为前驱体壁厚的1~10倍；
（5）发泡处理:采用通常的发泡处理方法，对由步骤4形成的组合体进行发泡处理，金属/泡沫金属/金属夹层结构管材。
所述步骤(3)中所采用的热挤压加工，加热温度应低于发泡剂的分解温度，当发泡剂为TiH2，其加热温度应低于350℃；当发泡剂为SrCO3时，其加热温度应低于1050℃。
附图说明
图1是一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，具体实施方式如下：
实施例1：7075铝合金/泡沫铝/7075铝合金夹层结构管材的制造
1. 将发泡剂封装在细管内
工业纯铝细管外径为20mm、内径为10mm、锯切长度为800mm，将管材的一端，用工业纯铝块封住，发泡剂TiH2的质量分数为2%，其它为Al粉，将TiH2与Al粉在常温常压下混合均匀后装入工业纯铝管材中进行冷挤压，用普通的铝块将发泡剂封在管材内。
2. 制作复合管
工业纯铝外管：外径为240mm，内径为220mm，工业纯铝内管：外径为100mm，内径为80mm，采用通常铆接加工方法，制成使外管内壁与内管外壁之间的尺寸为60mm的复合管。
3. 制作泡沫铝前驱体
采用通常铆接加工方法，将多根装有发泡剂粉末的工业纯铝细管，封装在与用工业纯铝制成的，由两个尺寸不同的外管和内管构成的空腔中。制成由装有发泡剂的工业纯铝细管与复合管形成的复合管坯，在室温条件下，将复合坯进行挤压加工，制成内径为80mm，外径为88mm的泡沫铝前驱体。将泡沫铝前驱体锯切成长度为1000mm。
4. 发泡处理制备7075铝合金/泡沫铝/7075铝合金夹层结构管材
将泡沫铝前驱体，放置在由7075铝合金外壁管材与内壁管材构成的空腔中，采用通常的焊接、铆接加工，制成一个组合体。外壁7075铝合金管材的尺寸为：外径110mm，内径为90mm，长度为1000mm。内壁7075铝合金管材的尺寸为：外径70mm，内径为50mm，长度为1000mm。将组合体装入加热炉中进行发泡处理，发泡温度为650℃，发泡时间为10min。由此制成7075铝合金/泡沫铝/7075铝合金夹层结构管材的制造。
实施例2：合金钢/泡沫铁/合金钢夹层结构管材的制造
1将发泡剂封装在细管内
工业纯铁细管外径为20mm、内径为10mm、锯切长度为800mm，将管材的一端，用工业纯铁块封住，发泡剂SrCO3的质量分数为3%，其它为Fe粉，将SrCO3与Fe粉在常温常压下混合均匀后装入工业纯铁管材中进行冷压，用普通的铁块将发泡剂封在管材内。
2制作复合管
工业纯铁外管：外径为240mm，内径为220mm，工业纯铁内管：外径为100mm，内径为80mm，采用通常铆接加工方法，制成使外管内壁与内管外壁之间的尺寸为60mm的复合管。
3制作泡沫铁前驱体
采用通常铆接加工方法，将多根装有发泡剂粉末的工业纯铁细管，封装在与用工业纯铁制成的，由两个尺寸不同的外管和内管构成的空腔中。制成由装有发泡剂的工业纯铁细管与复合管形成的复合管坯，将复合坯进行挤压加工，加热温度为900℃，制成内径为80mm，外径为88mm的泡沫铁前驱体。将泡沫铁前驱体锯切成长度为1000mm。
4发泡处理制备合金钢/泡沫铁/合金钢夹层结构管材
将泡沫铁前驱体，放置在由合金钢外壁管材与内壁管材构成的空腔中，采用通常的焊接、铆接加工，制成一个组合体。外壁合金钢管材的尺寸为：外径110mm，内径为90mm，长度为1000mm。内壁合金钢管材的尺寸为：外径70mm，内径为50mm，长度为1000mm。将组合体装入加热炉中进行发泡处理，发泡温度为1350℃，发泡时间为5min。由此制成合金钢/泡沫铁/合金钢夹层结构管材的制造。
实施例3：TC4钛合金/泡沫铝/TC4钛合金夹层结构管材的制造
与实施例1的不同之处在于制备出泡沫铝前驱体以后，是放置在TC4钛合金外壁管材与内壁管材构成的空腔中，最后制备出的是TC4钛合金/泡沫铝/TC4钛合金夹层结构的管材。
Claims (7)
1.一种金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，其特征在于，将含有TiH2或SrCO3的发泡剂粉末放入细管材内，再将多根装有发泡剂粉末的细管，封装在与细管相同材质的，由两个尺寸不同的外管和内管构成的空腔中，经挤压加工致密后，制成金属/泡沫材料/金属夹层结构管材的前驱体，将管材的前驱体放置在由外壁金属管材与内壁金属管材构成的空腔中，经过通常的发泡处理后，得到金属/泡沫金属/金属夹层结构管材。
2.根据权利要求1所述的金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，其特征在于，装入发泡剂的细管为金属，内径为3~50mm，壁厚1~20mm，长度大于300mm。
3.根据权利要求1所述的金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，其特征在于，所述外管和内管构成空腔的组合体采用与细管相同的材料，或采用与金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的内、外壁材质相同的材料；利用通常的焊接、铆接方法加工成由外管和内管构成空腔的组合体；所述外管的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm;所述内管的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm。
4.根据权利要求1所述的金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，其特征在于，所述外壁金属管材的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm;所述内壁金属管材的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm。
5.根据权利要求2所述的金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，其特征在于，所述装入发泡剂的细管为铝或铝合金。
6.根据权利要求1所述的金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:
（1）将发泡剂放入细管内将金属管材的一端，用金属块或树脂塞封住，将发泡剂放入细管内，经过冷压后，用金属块或树脂将发泡剂封在细管内;
（2）将多根装有发泡剂的细管封装在由外管和内管构成的空腔中
将多根装有发泡剂的细管摆放在由外管和内管构成的空腔中，并用发泡剂密实管材与管材、管材与外管、内管之间的缝隙中，然后采用焊接、铆接加工，将多根装有发泡剂的细管封装在由外管和内管构成的空腔中，制成复合坯;其中,外管的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm；内管的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于2mm，长度大于100mm；
（3）挤压加工
将复合坯采用常规的挤压加工方法，进行变形加工；制造成金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的前驱体；前驱体的相对密度大于90%；所述挤压加工方法采用冷挤压加工或热挤压加工，采用热挤压加工时，加热温度应低于发泡剂的分解温度，以防止发泡剂在轧制挤压过程中发生分解；
（4）将金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的前驱体，放置在由外壁金属管材与内壁金属管材构成的空腔中，采用焊接、铆接加工，制成一个组合体；所述外壁金属管材的尺寸为：外径50~500mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm；所述内壁金属管材的尺寸为：外径10~300mm，壁厚大于1mm，长度大于100mm；内壁金属管材与外壁金属管材的内壁之间的尺寸为前驱体壁厚的1~10倍；
（5）发泡处理:采用通常的发泡处理方法，对由步骤4形成的组合体进行发泡处理，金属/泡沫金属/金属夹层结构管材。
7.根据权利要求6所述的金属/泡沫金属/金属夹层结构管材的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中所采用的热挤压加工,加热温度应低于发泡剂的分解温度；当发泡剂为TiH2其加热温度应低于350℃；当发泡剂为SrCO3时，其加热温度应低于1050℃。
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