CN103555985B - 一种汽车用多孔金属复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车用多孔金属复合材料及其制备方法，在基体为多孔泡沫铁材料的表面采用热喷涂的技术工艺喷涂铝镍合金粉末涂层，然后对涂层进行打磨，使铝镍合金粉末涂层完全覆盖多孔泡沫铁材料表面的孔隙并形成平面状态，再将复合材料置于500-1000℃热处理炉中加热，并保温5-10小时后即得。本发明的优点：1、本材料的主体材料为多孔泡沫金属，能有效减轻汽车重量，重量可下降30％以上。2、本材料具有高强度、高抗疲劳性，由此制作的汽车不仅具有较高的承载强度，同时可以吸收60%以上撞击能量，大大提升了汽车的安全性能，而且有效地解决了关于汽车轻量化的难题。
Description
【技术领域】本发明涉及复合金属材料领域，具体地说是一种汽车用多孔金属复合材料及其制备方法。
【背景技术】随着“节能环保”的理念越来越被社会广泛关注，轻量化也逐步应用到普通汽车领域，在提高操控性的同时还能有出色的节油表现。现有文献及专利报道，降低汽车重量的途径是在车身上大量使用轻型多孔材料，如铝、镁等合金多孔材料，聚氨酯夹心板材料，这些材料的制造成本较高。铝、镁等合金多孔材料只能采取本体金属热融发泡，不能象多孔铁、镍等金属可以在均匀性很强的多孔聚氨酯海绵表面采用电沉积工艺制备，因此泡沫铝或铝镁合金材料的孔隙均匀性极差，通孔与闭孔互相混合并存，无法有效起到汽车轻量化的作用；同时，孔隙的不均性也会造成材料的承受力不均匀。聚氨酯夹心板材料应用于汽车领域，其强度和阻燃性较差，严重影响汽车的行驶安全性。如何研制出高强度、轻量化的优质多孔金属复合材料仍是本领域的一大难题。
【发明内容】本发明针对现有汽车用复合材料存在的上述问题，提供一种能够有效降低汽车整车质量、可吸收撞击能量、可塑性高、阻燃性强的汽车用多孔金属复合材料及其制备方法。
这种汽车用多孔金属复合材料，其特征是，在基体为多孔泡沫铁材料的表面采用热喷涂的技术工艺喷涂铝镍合金粉末涂层，然后对涂层进行打磨，使铝镍合金粉末涂层完全覆盖多孔泡沫铁材料表面的孔隙并形成平面状态，再将复合材料置于500-1000℃热处理炉中加热，并保温5-10小时后即得。
所述多孔泡沫铁材料的厚度为1-50mm，开孔率为20-90%，材料的质量密度为800-3500g/m2。
所述铝镍合金粉末涂层厚度为0.1-2.0mm。
所述的铝镍合金粉末涂层由铝粉及镍粉混合而成，其中铝质量点为60-80%，镍质量点为20-40%，粉末的颗粒尺寸为0.05-1.5mm。
汽车用多孔金属复合材料的制备方法，其特征是，将基体多孔泡沫铁材料置于8%的稀盐酸溶液中，浸泡5-10min，去除材料表面的氧化膜，随后将材料用自来水清洗干净并置于烘干炉中烘干；将铝粉与镍粉均匀混合后，采用800-1500℃的喷涂温度，在热喷涂炉中对基体多孔泡沫铁材料进行表面热喷涂，表面热喷涂的涂层厚度为0.1-2.0mm；使用平面磨床对喷涂的铝镍合金粉末涂层进行打磨，使其成为平面状态并完全覆盖基体多孔泡沫铁材料表面的孔隙；最后将喷涂好后的复合材料置于温度为500-1000℃、有氮气保护的热处理炉中进行热处理，保温时间为5-10小时。
与现有技术相比，本发明的优点体现于：1、本材料的主体材料为多孔泡沫金属，能有效减轻汽车重量，重量可下降30％以上。2、本材料具有高强度、高抗疲劳性，由此制作的汽车不仅具有较高的承载强度，同时可以吸收60%以上撞击能量，大大提升了汽车的安全性能，而且有效地解决了关于汽车轻量化的难题。3、在多孔金属材料内部结构上形成梯度复合层，不同的金属及合金具有不同的机械性能，同时表面覆载了高强度的铝镍合金涂层，增强了其内部孔连接结构的致密性和强度，更有效增强了材料的抗拉强度和延伸性能，提升了常规多孔金属抗冲击性能，由此采用该材料制作的汽车防护板以及相关结构件，其耐冲击及吸收能量性能、体积质量比更加优越。4、在多孔金属材料内部结构形成多金属多质量比的梯度复合层，同时表面覆载铝合金板，比质量、抗拉强度等方面都有明显改善，相对于现有的聚氨酯复合板材，在抗拉强度和冲击强度以及拉伸率等指标上提高了26-32%，拓宽了多孔金属材料在其它领域的应用范围，如节能建筑及工业厂房结构材料。5、本发明提供的方法实现简单，同时采用廉价的铁金属替代其它贵金属，工艺成本低，易实现规模化生产。6、市场上现有的泡沫铁材料具有较高、较均匀的孔隙率，具有较大的比表面积，被广泛应用于过滤材料、吸音降噪等领域；由于泡沫铁自身的耐蚀性较差、比钢度不高，因而不能应用于对强度要求较高的结构材料领域，本发明利用泡沫铁的特殊性能，在其表面复合铝镍合金涂层，并将涂层采用机械方法磨平，完全覆盖住多孔材料的孔隙，与泡沫铁完全融合成一体，增强了材料的整体比钢度和抗冲击力等性能。
【附图说明】
图1是多孔复合金属材料打磨前的SEM图
图2是多孔复合金属材料打磨后的SEM图
【具体实施方式】下面结合附图对本发明的实施阐述如下：
实施例一：
将开孔率为20%，厚度为5mm，质量密度为850g/m2的多孔泡沫铁材料，置于8%的稀盐酸溶液中浸泡5-10min，去除材料表面的氧化膜，随后将材料用自来水清洗干净并置于烘干炉中烘干；将颗粒尺寸为0.05mm的铝粉和镍粉按60%：40%的比例均匀混合，采用800℃的喷涂温度，在热喷涂炉中对基体多孔泡沫铁材料进行表面热喷涂，热喷涂的涂层厚度为0.1mm；使用平面磨床对喷涂的铝镍合金粉末涂层进行打磨，使其成为平面状态并完全覆盖基体多孔泡沫铁材料表面的孔隙；最后将喷涂好后的复合材料置于温度为500℃、有氮气保护的热处理炉中进行热处理，保温时间为5小时。
将上述方法制备得到的材料和现有同厚度规格的聚氨酯复合板材料、铝镁合金泡沫材料切成相同面积的样片，分别进行抗拉强度和抗冲击强度、拉伸率等性能的对比检测，检测结果如表一所示。
表一：不同材料的性能对比
通过对比检测，本发明多孔复合金属材料的各项性能指标均优于同厚度、同规格的聚氨酯夹心板材料和铝镁合金泡沫材料。
实施例二：
将开孔率为50%，厚度为15mm，质量密度为1500g/m2的多孔泡沫铁材料，置于8%的稀盐酸溶液中浸泡5-10min，去除材料表面的氧化膜，随后将材料用自来水清洗干净并置于烘干炉中烘干；将颗粒尺寸为0.2mm的铝粉和镍粉按70%：30%的比例均匀混合，采用700℃的喷涂温度，在热喷涂炉中对基体多孔泡沫铁材料进行表面热喷涂，热喷涂的涂层厚度为0.6mm；使用平面磨床对喷涂的铝镍合金粉末涂层进行打磨，使其成为平面状态并完全覆盖基体多孔泡沫铁材料表面的孔隙；最后将喷涂好后的复合材料置于温度为700℃、有氮气保护的热处理炉中进行热处理，保温时间为6小时。
将上述方法制备得到的材料和现有同厚度规格的聚氨酯复合板材料、铝镁合金泡沫材料切成相同面积的样片，分别进行抗拉强度和抗冲击强度、拉伸率等性能的对比检测，检测结果如表二所示。
表二：不同材料的性能对比
通过对比检测，本发明多孔复合金属材料的各项性能指标均优于同厚度、同规格的聚氨酯夹心板材料和铝镁合金泡沫材料。
实施例三：
将开孔率为75%，厚度为30mm，质量密度为2500g/m2的多孔泡沫铁材料，置于8%的稀盐酸溶液中浸泡5-10min，去除材料表面的氧化膜，随后将材料用自来水清洗干净并置于烘干炉中烘干；将颗粒尺寸为0.8mm的铝粉和镍粉按80%：20%的比例均匀混合，采用700℃的喷涂温度，在热喷涂炉中对基体多孔泡沫铁材料进行表面热喷涂，热喷涂的涂层厚度为1.0mm；使用平面磨床对喷涂的铝镍合金粉末涂层进行打磨，使其成为平面状态并完全覆盖基体多孔泡沫铁材料表面的孔隙；最后将喷涂好后的复合材料置于温度为900℃、有氮气保护的热处理炉中进行热处理，保温时间为7小时。
将上述方法制备得到的材料和现有同厚度规格的聚氨酯复合板材料、铝镁合金泡沫材料切成相同面积的样片，分别进行抗拉强度和抗冲击强度、拉伸率等性能的对比检测，检测结果如表三所示。
表三：不同材料的性能对比
通过对比检测，本发明多孔复合金属材料的各项性能指标均优于同厚度、同规格的聚氨酯夹心板材料和铝镁合金泡沫材料。
实施例四：
将开孔率为90%，厚度为50mm，质量密度为3500g/m2的多孔泡沫铁材料，置于8%的稀盐酸溶液中浸泡5-10min，去除材料表面的氧化膜，随后将材料用自来水清洗干净并置于烘干炉中烘干；将颗粒尺寸为1.5mm的铝粉和镍粉按85%：15%的比例均匀混合，采用1500℃的喷涂温度，在热喷涂炉中对基体多孔泡沫铁材料进行表面热喷涂，热喷涂的涂层厚度为2.0mm；使用平面磨床对喷涂的铝镍合金粉末涂层进行打磨，使其成为平面状态并完全覆盖基体多孔泡沫铁材料表面的孔隙；最后将喷涂好后的复合材料置于温度为1000℃、有氮气保护的热处理炉中进行热处理，保温时间为10小时。
将上述方法制备得到的材料和现有同厚度规格的聚氨酯复合板材料、铝镁合金泡沫材料切成相同面积的样片，分别进行抗拉强度和抗冲击强度、拉伸率等性能的对比检测，检测结果如表四所示。
表四：不同材料的性能对比
通过对比检测，本发明多孔复合金属材料的各项性能指标均优于同厚度、同规格的聚氨酯夹心板材料和铝镁合金泡沫材料。
Claims (4)
1.一种汽车用多孔金属复合材料，其特征是，在基体为多孔泡沫铁材料的表面采用800-1500℃的喷涂温度，用热喷涂的技术工艺喷涂铝镍合金粉末涂层，然后对涂层进行打磨，使铝镍合金粉末涂层完全覆盖多孔泡沫铁材料表面的孔隙并形成平面状态，再将复合材料置于500-1000℃热处理炉中加热，并保温5-10小时后即得；所述的铝镍合金粉末涂层由铝粉及镍粉混合而成，其中铝质量点为60-80%，镍质量点为20-40%，粉末的颗粒尺寸为0.05-1.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用多孔金属复合材料，其特征是，所述多孔泡沫铁材料的厚度为1-50mm，开孔率为20-90%，材料的质量密度为800-3500g/m2。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用多孔金属复合材料，其特征是，所述铝镍合金粉末涂层厚度为0.1-2.0mm。
4.一种权利要求1所述汽车用多孔金属复合材料的制备方法，其特征是，将基体多孔泡沫铁材料置于8%的稀盐酸溶液中，浸泡5-10min，去除材料表面的氧化膜，随后将材料用自来水清洗干净并置于烘干炉中烘干；将铝粉与镍粉均匀混合后，采用800-1500℃的喷涂温度，在热喷涂炉中对基体多孔泡沫铁材料进行表面热喷涂，表面热喷涂的涂层厚度为0.1-2.0mm；使用平面磨床对喷涂的铝镍合金粉末涂层进行打磨，使其成为平面状态并完全覆盖基体多孔泡沫铁材料表面的孔隙；最后将喷涂好后的复合材料置于温度为500-1000℃、有氮气保护的热处理炉中进行热处理，保温时间为5-10小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: YIYANG FEIMEITE NEW MATERIAL CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHEN HONGHUI Effective date: 20150519 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150519 Address after: 413000 Yiyang City, Hunan province Heshan District Long Ridge Industrial Park Spring Jiaohe Machinery Industrial Park Building 1 Applicant after: YIYANG FOAMMETAL NEW MATERIAL CO.,LTD. Address before: 415001 Hunan province Changde City Deshan economic and Technological Development Zone Xianqiao Road No. 92 32 groups of Yunjin District Court 11 building 606 Applicant before: Chen Honghui |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Porous metal composite material for automobile and preparation method thereof Effective date of registration: 20190528 Granted publication date: 20160413 Pledgee: Agricultural Bank of China Co.,Ltd. Yiyang Branch Pledgor: YIYANG FOAMMETAL NEW MATERIAL CO.,LTD. Registration number: 2019430000048 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20200603 Granted publication date: 20160413 Pledgee: Agricultural Bank of China Co.,Ltd. Yiyang Branch Pledgor: YIYANG FOAMMETAL NEW MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: 2019430000048 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: The invention relates to a porous metal composite material for automobile and a preparation method thereof Effective date of registration: 20210628 Granted publication date: 20160413 Pledgee: Yiyang branch of China Everbright Bank Co.,Ltd. Pledgor: YIYANG FOAMMETAL NEW MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2021980005351 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220811 Granted publication date: 20160413 Pledgee: Yiyang branch of China Everbright Bank Co.,Ltd. Pledgor: YIYANG FOAMMETAL NEW MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2021980005351 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A porous metal composite material for automobiles and its preparation method Effective date of registration: 20230714 Granted publication date: 20160413 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Yiyang Heshan sub branch Pledgor: YIYANG FOAMMETAL NEW MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2023980048272 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |