CN114953639A - 一种高强夹心结构泡沫铝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强夹心结构泡沫铝材料，其特征在于，所述夹心结构泡沫铝材料包括芯材和皮材；所述芯材由泡沫铝前驱体经发泡得到；所述皮材为7XXX系铝合金实体铝板中的一种；其中，所述皮材的成分含量如下：Zn：4.0～6.0wt％，Mg：1.0～2.5wt％，Cu：≤0.20wt％，Mn：0.2～0.7wt％，Cr：≤0.30wt％，Zr：≤0.3wt％，Ti：≤0.20wt％，V：≤0.10wt％，其余为铝和不可避免的杂质。所述制备方法包括如下步骤：(1)采用所述皮材对所述泡沫铝前驱体包覆后进行复合轧制，得到夹心结构泡沫铝板；(2)对所述夹心结构泡沫铝板进行发泡，得到所述高强夹心结构泡沫铝材料。本发明制备的夹心结构泡沫铝材料与现有的泡沫铝材料相比，其整体强度显著提高。

Description

一种高强夹心结构泡沫铝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属技术领域，特别涉及一种高强夹心结构泡沫铝材料及其制备方法。
背景技术
夹心结构泡沫铝具有密度低、比强度高、比刚度高和能量吸收能力好等优异的力学性能，以及减振性能好、消声效果好和电磁屏蔽性能高的功能性，是近20年发展起来的一种结构新颖、应用范围广的多功能新型材料。近年来Havel公司与德国Fraunhofer研究所合作，在粉末冶金法的基础上开发了一种一体化发泡技术，将压实的泡沫铝前躯体和实体铝复合轧制后，一体化发泡，可以实现三明治泡沫铝板的制备，此种方法具有流程短、近净成形、界面冶金结合等优势，制备得的三明治板可变形且力学性能优异。
针对这种冶金结合的夹心泡沫铝的一体化发泡过程，需要保证芯材熔化发泡的同时，皮材不熔化，不产生过热过烧。因此，熔点是皮材和芯材的选材十分重要的选材依据，经过多年的发展，芯材中的铝合金成分通常选择低熔点的Al-Si，Al-Si-Cu和Al-Si-Mg系合金，固液相线温度在520-600℃之间。而皮材通常选用高熔点的铝合金，例如3003，5754，6082铝合金等等，固液相线温度在590-640℃之间。
夹心结构泡沫铝的强度主要由皮材提供，然而，目前皮材选用的铝合金强度较低，一般不超过250MPa(形变强化将在发泡时消除，选择O态或时效态数据)。因此，若要提高夹心结构泡沫铝材料的整体强度，提高皮材的强度是有效手段，2XXX系硬铝合金和7XXX系超硬铝合金强度较大，但是由于受到熔点较低的限制，未被应用到泡沫铝材料中。
发明内容
本发明提供了一种高强夹心结构泡沫铝材料及其制备方法，与现有的夹心结构泡沫铝材料相比，制备得到的泡沫铝材料的整体强度显著提高。
第一方面，本发明提供了一种高强夹心结构泡沫铝材料，所述夹心结构泡沫铝材料包括芯材和皮材；所述芯材由泡沫铝前驱体经发泡得到；
所述皮材为7XXX系实体铝板中的一种；其中，所述皮材的成分含量如下：Zn：4.0～6.0wt％，Mg：1.0～2.5wt％，Cu：≤0.20wt％，Mn：0.2～0.7wt％，Cr：≤0.30wt％，Zr：≤0.3wt％，Ti：≤0.20wt％，V：≤0.10wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
优选地，所述皮材的成分含量进一步优选为：Zn：4.2～4.5wt％，Mg：1.2～1.5wt％，Cu：≤0.20wt％，Mn：0.2～0.7wt％，Cr：≤0.30wt％，Zr：≤0.3wt％，Ti：≤0.20wt％，V：≤0.10wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
优选地，所述泡沫铝前驱体包括铝合金粉末、发泡剂和增稠剂；
所述铝合金粉末为Al-Si-Cu粉、Al-Si-Mg粉和Al-Si粉中的一种；所述铝合金粉末的成分含量如下：Si：5～12wt％，Cu：0～8wt％，Mg：0～5wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
优选地，所述发泡剂为TiH2粉；所述发泡剂的含量为1～3wt％；
优选地，所述增稠剂为Mg粉或MnO2粉；所述增稠剂的含量为0.5～3wt％。
优选地，所述泡沫铝前驱体中所述铝合金粉末、所述发泡剂和所述增稠剂的粒度均为150～400目。
第二方面，本发明提供了一种第一方面任一所述的一种高强夹心结构泡沫铝材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
(1)采用所述皮材对所述泡沫铝前驱体包覆后进行复合轧制，得到夹心结构泡沫铝板；
(2)对所述夹心结构泡沫铝板进行发泡，得到所述高强夹心结构泡沫铝材料。
优选地，所述泡沫铝前驱体由以下步骤制备得到：
(11)将铝合金粉末、发泡剂和增稠剂进行混合，得到混合粉体；
(12)将步骤(11)得到的所述混合粉体进行压实，得到泡沫铝前驱体。
优选地，在步骤(12)中：所述压实方法为热压或热挤压；
更为优选地，所述热压或热挤压的压强为80～150MPa，温度为450～500℃。
优选地，步骤(1)中所述复合轧制的方式为热轧；所述热轧的温度为300～450℃；
更为优选地，步骤(2)中所述发泡的发泡温度为585～605℃，发泡时间为5～20min。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明首次采用7XXX系超硬铝合金作为夹心结构泡沫铝材料的皮材，通过对7XXX系铝合金各成分含量的控制，在保证芯材发泡，皮材不产生过烧过热的同时，显著提高了夹心结构泡沫铝材料的整体强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1至3提供的一种高强夹心结构泡沫铝材料的芯材的熔程；
图2是本发明实施例1至3提供的一种高强夹心结构泡沫铝材料的皮材的熔程；
图3是本发明实施例1至3提供的一种高强夹心结构泡沫铝材料的截面图；
图4是本发明实施例5至6提供的一种夹心结构泡沫铝材料的截面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，7XXX系超硬铝合金受其熔点较低的限制，未被应用于皮材中，本发明提供了一种高强夹心结构泡沫铝材料，首次将7XXX系超硬铝合金作为皮材应用到夹心结构泡沫铝材料中，通过对7XXX系铝合金中各成分含量的控制，不仅克服了其熔点较低不能应用于皮材中的问题，同时显著提高了夹心结构泡沫铝材料的抗拉伸强度和屈服强度。
具体地，所述夹心结构泡沫铝材料包括芯材和皮材；所述芯材由泡沫铝前驱体经发泡得到；
所述皮材为7XXX系实体铝板中的一种；其中，所述皮材的成分含量如下：Zn：4.0～6.0wt％(例如，可以为4.0wt％、4.1wt％、4.2wt％、4.3wt％、4.4wt％、4.5wt％、4.6wt％、4.7wt％、4.8wt％、4.9wt％、5.0wt％、5.2wt％、5.4wt％、5.6wt％、5.8wt％或6.0wt％)，Mg：1.0～2.5wt％(例如，可以为1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2.0wt％、2.2wt％、2.4wt％或2.5wt％)，Cu：≤0.20wt％(例如，可以为0.20wt％、0.16wt％、0.12wt％、0.10wt％、0.05wt％、0.03wt％或0wt％)，Mn：0.2～0.7wt％(例如，可以为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％或0.7wt％)，Cr：≤0.30wt％(例如，可以为0.3wt％、0.25wt％、0.20wt％、0.15wt％、0.1wt％或0wt％)，Zr：≤0.3wt％(例如，可以为0.3wt％、0.25wt％、0.20wt％、0.15wt％、0.12wt％、0.05wt％或0wt％)，Ti：≤0.20wt％(例如，可以为0.2wt％、0.15wt％、0.10wt％、0.05wt％或0wt％)，V：≤0.10wt％(例如，可以为0.10wt％、0.08wt％、0.06wt％、0.04wt％、0.02wt％或0wt％)，其余为铝和不可避免的杂质。
根据一些优选的实施方式，所述皮材的成分含量进一步优选为：Zn：4.2～4.5wt％(例如，可以为4.2wt％、4.25wt％、4.3wt％、4.35wt％、4.40wt％、4.45wt％或4.5wt％)，Mg：1.2～1.5wt％(例如，可以为1.2wt％、1.25wt％、1.3wt％、1.35wt％、1.4wt％、1.45wt％或1.5wt％)，Cu：≤0.20wt％(例如，可以为0.20wt％、0.16wt％、0.12wt％、0.10wt％、0.05wt％、0.03wt％或0wt％)，Mn：0.2～0.7wt％(例如，可以为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％或0.7wt％)，Cr：≤0.30wt％(例如，可以为0.3wt％、0.25wt％、0.20wt％、0.15wt％、0.1wt％或0wt％)，Zr：≤0.3wt％(例如，可以为0.3wt％、0.25wt％、0.20wt％、0.15wt％、0.12wt％、0.05wt％或0wt％)，Ti：≤0.20wt％(例如，可以为0.2wt％、0.15wt％、0.10wt％、0.05wt％或0wt％)，V：≤0.10wt％(例如，可以为0.10wt％、0.08wt％、0.06wt％、0.04wt％、0.02wt％或0wt％)，其余为铝和不可避免的杂质。
需要说明的是，在本发明中，为了提高保证夹心结构泡沫铝材料的整体强度，同时保证7XXX系铝合金作为皮材不会在发泡过程中过烧过热，主要是通过控制锌和镁的含量来达到上述目的。若镁的含量低于本发明上述优选范围，则皮材的强度会下降，若镁的含量高于本发明上述优选范围，则熔点较低，在芯材发泡过程会过烧过热；若锌的含量低于上述优选范围，则会导致皮材的强度过低，不能达到增强整个泡沫铝材料整体强度的目的；若锌的含量过高，则相应的锌/镁比过高，造成强化效果降低，同样也会对使得皮材的整体性能变差。因此，只有各金属含量在本发明的优选范围内，才能保证制备得到的夹心结构泡沫铝材料性能最佳。
根据一些优选的实施方式，所述泡沫铝前驱体包括铝合金粉末、发泡剂和增稠剂；
所述铝合金粉末为Al-Si-Cu粉、Al-Si-Mg粉和Al-Si粉中的一种；所述铝合金粉末的成分含量如下：Si：5～12wt％(例如，可以为5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％或12wt％)，Cu：0～8wt％(0wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％或8wt％)，Mg：0～5wt％(例如，可以为0wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％)，其余为铝和不可避免的杂质。
根据一些优选的实施方式，所述发泡剂为TiH2粉；所述发泡剂的含量为1～3wt％(例如，可以为1wt％、2wt％或3wt％)；
根据一些优选的实施方式，所述增稠剂为Mg粉或MnO2粉；所述增稠剂的含量为0.5～3wt％(例如，可以为0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％或3wt％)。
根据一些优选的实施方式，所述泡沫铝前驱体中所述铝合金粉末、所述发泡剂和所述增稠剂的粒度均为150～400目(例如，可以为150目、200目、250目、300目、350目或400目)。
需要说明的是，在本发明中，泡沫铝前驱体中各原料粉体的粒度高于上述范围，则会使得前驱体中各原料粉末难以压实；若粒度低于上述范围，则导致铝粉氧化严重，从而影响后续的发泡过程。
中国发明CN202011023357.3公开了一种夹心结构泡沫铝的制备方法，通过将发泡前驱体置于铝合金空腔型材中进行发泡，制备得到夹心结构泡沫铝材料；其中铝合金空腔选用的是传统的低强度铝合金材料，制备得到的夹心结构泡沫铝材料的整体强度较差；而本发明为了提高夹心结构泡沫铝材料的强度，通过对皮材的成分含量进行控制，在保证皮材不过烧过热的基础上，夹心结构泡沫铝材料的强度比上述专利增加了3倍以上。
本发明还提供了一种上述所述的高强夹心结构泡沫铝材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)采用所述皮材对所述泡沫铝前驱体包覆后进行复合轧制，得到夹心结构泡沫铝板；
(2)对所述夹心结构泡沫铝板进行发泡，得到所述高强夹心结构泡沫铝材料。
根据一些优选的实施方式，所述泡沫铝前驱体由以下步骤制备得到：
(11)将铝合金粉末、发泡剂和增稠剂进行混合，得到混合粉体；
(12)将步骤(11)得到的所述混合粉体进行压实，得到泡沫铝前驱体。
根据一些优选的实施方式，在步骤(12)中：所述压实方法为热压或热挤压；
根据一些优选的实施方式，所述热压或热挤压的压强为80～150MPa(例如，可以为80MPa、90MPa、100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa或150MPa)，温度为450～500℃(例如，可以为450℃、460℃、470℃、480℃、490℃或500℃)。
根据一些优选的实施方式，步骤(1)中所述复合轧制的方式为热轧；所述热轧的温度为300～450℃(例如，可以为300℃、320℃、350℃、380℃、400℃、420℃或450℃)；
根据一些优选的实施方式，步骤(2)中所述发泡的发泡温度为585～605℃(例如，可以为585℃、590℃、595℃、600℃或605℃)，发泡时间为5～20min(例如，可以为5min、10min、13min、15min、16min、18min或20min)。
在本发明中，采用热轧的复合轧制方式，可以保证泡沫前驱体粉体在压制过程中的完整性。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种高强夹心结构泡沫铝材料及其制备方法进行详细说明。
实施例1：
原料准备：皮材的成分含量如下：Zn：4.3wt％，Mg：1.3wt％，Mn：0.5wt％，Cu：0.05wt％，Cr：0.10wt％，Zr：0.1wt％，Ti：0.10wt％，V：0.05wt％，其余为铝和不可避免的杂质；
芯材的成分含量如下：发泡剂TiH2粉(300目)：2wt％，增稠剂MnO2粉(300目)：1.8wt％，铝合金粉末为Al-Si粉(300目)，其中，Si：12wt％，其余为铝和不可避免的杂质。芯材和皮材的熔程分别如图1和图2所示。
制备方法：
(1)将铝合金粉末(Al-12wt％Si粉)与发泡剂(TiH2粉)和增稠剂(MnO2粉)进行混粉，得到混合粉体；
(2)将混合粉体在热压(温度为500℃，压强为100MPa)条件下进行压实，得到泡沫铝前驱体；
(3)对上述皮材(Al-4.3wt％Zn-1.3wt％Mg-0.5wt％Mn)和泡沫铝前驱体进行打磨，然后用皮材将泡沫铝前驱体包覆后在300℃下进行热轧，得到夹心结构泡沫铝板(其中，单道次变形量为50％)；
(4)对夹心结构泡沫铝板在595℃下进行发泡10min，得到高强夹心结构泡沫铝材料。
实施例2
原料准备：皮材的成分含量如下：Zn：4.2wt％，Mg：1.2wt％，Mn：0.4wt％，Cu：0.03wt％，Cr：0.10wt％，Zr：0.12wt％，，Ti：0.10wt％，V：0.05wt％，其余为铝和不可避免的杂质；
芯材的成分含量如下：发泡剂TiH2粉(200目)：1.5wt％，增稠剂Mg粉(200目)：1.5wt％，铝合金粉末为Al-Si-Cu粉(200目)，其中，Si：6wt％，Cu：5wt％，其余为铝和不可避免的杂质。芯材和皮材的熔程分别如图1和图2所示。
制备方法：
(1)将铝合金粉末(Al-6wt％Si-5wt％Cu粉)与发泡剂(TiH2粉)和增稠剂(Mg粉)进行混粉，得到混合粉体；
(2)将混合粉体在热压(温度为490℃，压强为120MPa)，得到泡沫铝前驱体；
(3)对上述皮材(Al-4.2wt％Zn-1.2wt％Mg-0.4wt％Mn)和泡沫铝前驱体进行打磨，然后用皮材将泡沫铝前驱体包覆后在350℃下进行热轧，得到夹心结构泡沫铝板(其中，单道次变形量为50％)；
(4)对夹心结构泡沫铝板在590℃下进行发泡15min，得到高强夹心结构泡沫铝材料。
实施例3
原料准备：皮材的成分含量如下：Zn：4.5wt％，Mg：1.5wt％，Mn：0.5wt％，Cu：0.16wt％，Zr：0.20wt％，Ti：0.10wt％，V：0.05wt％，其余为铝和不可避免的杂质；
芯材的成分含量如下：发泡剂TiH2粉(150目)：2.5wt％，增稠剂Mg粉(150目)：2wt％，铝合金粉末为Al-Si-Mg粉(150目)，其中，Si：6wt％，Mg：5wt％，其余为铝和不可避免的杂质。芯材和皮材的熔程分别如图1和图2所示。
制备方法：
(1)将铝合金粉末(Al-6wt％Si-5wt％Mg粉)与发泡剂(TiH2粉)和增稠剂(Mg粉)进行混粉，得到混合粉体；
(2)将混合粉体在热压(温度为470℃，压强为110MPa)，得到泡沫铝前驱体；
(3)对上述皮材(Al-4.5wt％Zn-1.5wt％Mg-0.5wt％Mn)和泡沫铝前驱体进行打磨，然后用皮材将泡沫铝前驱体包覆后在400℃下进行热轧，得到夹心结构泡沫铝板(其中，单道次变形量为50％)；
(4)对夹心结构泡沫铝板在590℃下进行发泡16min，得到高强夹心结构泡沫铝材料。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：皮材的成分含量如下：Zn：4.3wt％，Mg：1.0wt％，Mn：0.2wt％，Cu：0.14wt％，Cr：0.15wt％，Zr：0.20wt％，Ti：0.2wt％，V：0.06wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
实施例5
原料准备：皮材的成分含量如下：Zn：4.9wt％，Mg：1.8wt％，Mn：0.6wt％，Cu：0.12wt％，Cr：0.05wt％，Zr：0.10wt％，Ti：0.10wt％，V：0.05wt％，其余为铝和不可避免的杂质；
芯材的成分含量如下：发泡剂TiH2粉(400目)：3wt％，增稠剂MnO2粉(400目)：2wt％，铝合金粉末为Al-Si-Mg粉(400目)，其中，Si：5wt％，Mg：3wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
制备方法：
(1)将铝合金粉末(Al-5wt％Si-3wt％Mg粉)与发泡剂(TiH2粉)和增稠剂(MnO2粉)进行混粉，得到混合粉体；
(2)将混合粉体在热压(温度为450℃，压强为90MPa)，得到泡沫铝前驱体；
(3)对上述皮材(Al-4.9wt％Zn-1.8wt％Mg-0.6wt％Mn)和泡沫铝前驱体进行打磨，然后用皮材将泡沫铝前驱体包覆后在300℃下进行热轧，得到夹心结构泡沫铝板(其中，单道次变形量为50％)；
(4)对夹心结构泡沫铝板在590℃下进行发泡，得到高强夹心结构泡沫铝材料。
实施例6
原料准备：皮材的成分含量如下：Zn：6.0wt％，Mg：2.5wt％，Mn：0.2wt％，Cu：0.10wt％，Zr：0.10wt％，Ti：0.05wt％，V：0.04wt％，其余为铝和不可避免的杂质；
芯材的成分含量如下：发泡剂TiH2粉(250目)：3wt％，增稠剂MnO2粉(250目)：2wt％，铝合金粉末为Al-Si-Cu粉(250目)，其中，Si：5wt％，Cu：3wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
制备方法：
(1)将铝合金粉末(Al-5wt％Si-3wt％Cu粉)与发泡剂(TiH2粉)和增稠剂(MnO2粉)进行混粉，得到混合粉体；
(2)将混合粉体在热压(温度为460℃，压强为120MPa)，得到泡沫铝前驱体；
(3)对上述皮材(Al-6.0wt％Zn-2.5wt％Mg-0.2wt％Mn)和泡沫铝前驱体进行打磨，然后用皮材将泡沫铝前驱体包覆后在360℃下进行热轧，得到夹心结构泡沫铝板(其中，单道次变形量为50％)；
(4)对夹心结构泡沫铝板在600℃下进行发泡，得到高强夹心结构泡沫铝材料。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：皮材的成分含量如下：Zn：4.3wt％，Mg：3wt％，Mn：0.1wt％，Cu：0.2wt％，Cr：0.3wt％，Zr：0.3wt％，Ti：0.2wt％，V：0.1wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：皮材的成分含量如下：Zn：3.5wt％，Mg：3wt％，Mn：0.1wt％，Cu：0.2wt％，Cr：0.3wt％，Zr：0.3wt％，Ti：0.2wt％，V：0.1wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同，不同之处在于：皮材的成分含量如下：Zn：6.5wt％，Mg：3wt％，Mn：0.1wt％，Cu：0.2wt％，Cr：0.3wt％，Zr：0.3wt％，Ti：0.2wt％，V：0.1wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
对比例4
对比例4与实施例1基本相同，不同之处在于：皮材的成分含量如下：Zn：3.5wt％，Mg：0.5wt％，Mn：0.1wt％，Cu：0.2wt％，Cr：0.3wt％，Zr：0.3wt％，Ti：0.2wt％，V：0.1wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
对比例5
对比例5与实施例1基本相同，不同之处在于：皮材的成分含量如下：Zn：3.5wt％，Mg：1.2wt％，Mn：0.1wt％，Cu：0.2wt％，Cr：0.3wt％，Zr：0.3wt％，Ti：0.2wt％，V：0.1wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
对比例6
对比例6与实施例2基本相同，不同之处在于：皮材为3003铝合金，其中，各成分的含量如下：Mn：1.2wt％，Fe：0.31wt％，Si：0.22％，其余为铝和不可避免的杂质。
对比例7
对比例7与实施例1基本相同，不同之处在于：皮材为5754铝合金，其中，各成分的含量如下：Mg：3.1wt％、Mn：0.4wt％，Si：0.12wt％，Fe：0.09wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
对比例8
对比例8与实施例2基本相同，不同之处在于：皮材为6082铝合金，其中，各成分的含量如下：Mg：1.2wt％，Si：1.1wt％，Mn：0.7wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
将实施例1至6和对比例1至8制备得到的泡沫铝材料，在475℃下均匀化退火24h，140℃时效退火4h后，测定皮材的抗拉强度和屈服强度，测试结果如表1所示。
测试方法如下：按照GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验标准进行拉伸测试，测量出抗拉强度和屈服强度。
表1
Figure BDA0003609815440000111
Figure BDA0003609815440000121
图1和图2显示了实施例1至3和对比例6至8中夹心结构泡沫铝材料的芯材和皮材的熔程，结合实施例1至3和图1和图2可知，在本发明选用的皮材，制备夹心结构泡沫铝材料的皮材选用本发明优选范围内的成分含量，在芯材熔化发泡的同时，可以保证皮材不熔化，不产生过烧过热，制备得到的夹心结构泡沫铝材料皮材完整，和芯材界面结合良好(如图3所示)，同时由表1可知，夹心结构泡沫铝材料的整体性能优异，抗拉强度和屈服强度优异；而在实施例5至6中，当皮材的成分含量不选用本发明的优选范围时，制备得到的夹心结构泡沫铝材料，由于皮材熔点较低，导致芯材在发泡过程中皮材软化，从而使得夹心结构泡沫铝板的板材发生弯曲现象(如图4所示)。而在对比例1至3中，若皮材的成分含量不采用本发明提供的范围时，皮材熔化，三明治板无法制备。同时，由表1可知，在对比例4至8中，皮材采用其他类的铝合金时，与实施例1至3相比，制备得到的夹心结构泡沫铝材料的抗拉强度和屈服强度显著降低。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种高强夹心结构泡沫铝材料，其特征在于，所述夹心结构泡沫铝材料包括芯材和皮材；所述芯材由泡沫铝前驱体经发泡得到；
所述皮材为7XXX系实体铝板中的一种；其中，所述皮材的成分含量如下：Zn：4.0～6.0wt％，Mg：1.0～2.5wt％，Cu：≤0.20wt％，Mn：0.2～0.7wt％，Cr：≤0.30wt％，Zr：≤0.3wt％，Ti：≤0.20wt％，V：≤0.10wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强夹心结构泡沫铝材料，其特征在于：
所述皮材的成分含量进一步优选为：Zn：4.2～4.5wt％，Mg：1.2～1.5wt％，Cu：≤0.20wt％，Mn：0.2～0.7wt％，Cr：≤0.30wt％，Zr：≤0.3wt％，Ti：≤0.20wt％，V：≤0.10wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高强夹心结构泡沫铝材料，其特征在于：
所述泡沫铝前驱体包括铝合金粉末、发泡剂和增稠剂；
所述铝合金粉末为Al-Si-Cu粉、Al-Si-Mg粉或Al-Si粉中的一种；所述铝合金粉末的成分含量如下：Si：5～12wt％，Cu：0～8wt％，Mg：0～5wt％，其余为铝和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的高强夹心结构泡沫铝材料，其特征在于：
所述发泡剂为TiH2粉；所述发泡剂的含量为1～3wt％。
5.根据权利要求4所述的高强夹心结构泡沫铝材料，其特征在于：
所述增稠剂为Mg粉或MnO2粉；所述增稠剂的含量为0.5～3wt％。
6.根据权利要求5所述的高强夹心结构泡沫铝材料，其特征在于：
所述泡沫铝前驱体中所述铝合金粉末、所述发泡剂和所述增稠剂的粒度均为150～400目。
7.一种根据权利要求1至6中任一所述的高强夹心结构泡沫铝材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
(1)采用所述皮材对所述泡沫铝前驱体包覆后进行复合轧制，得到夹心结构泡沫铝板；
(2)对所述夹心结构泡沫铝板进行发泡，得到所述高强夹心结构泡沫铝材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述泡沫铝前驱体由以下步骤制备得到：
(11)将铝合金粉末、发泡剂和增稠剂进行混合，得到混合粉体；
(12)将步骤(11)得到的所述混合粉体进行压实，得到泡沫铝前驱体。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤(12)中：所述压实方法为热压或热挤压；
优选地，所述热压或热挤压的压强为80～150MPa，温度为450～500℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述复合轧制的方式为热轧；所述热轧的温度为300～450℃；
优选地，步骤(2)中所述发泡的发泡温度为585～605℃，发泡时间为5～20min。
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