一种高强泡沫铝复合材料及其制备方法
【技术领域】
:
[0001 ]本发明涉及复合材料技术领域，具体的涉及一种高强泡沫铝复合材料。
【背景技术】
:
[0002]泡沫铝是近年来发展起来的一种新型材料，由于其独特的结构特点，使其具有许多良好的功能特性，在诸多应用领域显示出良好的应用前景，成为力学和材料科学等领域的研究热点。
[0003]虽然高分子材料的阻尼性能优于泡沫铝，但在力学性能方面，金属材料的强度远高于高分子材料，为此，这些年具有阻尼性能泡沫金属的研究逐渐成熟，近期又出现了具有阻尼性能的泡沫金属复合材料的研究和应用，特别是填充高分子材料的泡沫铝复合材料。这种泡沫铝基础上填充高分子相所组成的复合材料，有望综合两者的优势而获得新型的泡沫铝复合材料。
[0004]中国专利(201210557431.9)公开了一种环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料，其是将闭孔泡沫铝块体碱液除脂和去污后，采用盐酸中和碱液，然后将环氧树脂E-44以及固化剂按1:1的质量比进行混合，上述闭孔泡沫铝块与已添加固化剂的环氧树脂在处于70°C水浴的模具中国按体积比1:或3:1进行配比，待有气泡上浮后，将模具从水浴中取出，常温下放置一周，制得弥散嵌入式环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。该材料屈服强度高，节约了生产中的资源和能源，生产成本低，对环境无破坏，但是韧性差，易开裂。
【发明内容】
:
[0005]本发明的目的是提供一种高强泡沫铝复合材料，其强度高，韧性大，孔结构均匀完整，质量轻，耐磨耐腐蚀性好。
[0006]本发明的另一个目的是提供该高强泡沫铝复合材料的制备方法。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]—种高强泡沫铝复合材料，在泡沫铝基材表面附着有一层环氧树脂涂层，所述泡沫铝的密度为0.4-lg/cm3，泡孔平均尺寸为2-5mm，泡沫铝的孔壁是由铝基体以及均匀弥散在其中的增强颗粒构成;其中，增强颗粒的体积百分含量为10-25%，增强颗粒与铝基体形成高强度结合的冶金界面。
[0009]作为上述技术方案的优选，所述铝基体为纯铝、2XXX系列铝合金、4XXX系列铝合金、6χχχ系列招合金或7χχχ系列招合金。
[0010]作为上述技术方案的优选，所述增强颗粒为SiC、Al203、B4C、AlN或Si〇2。
[0011]—种高强泡沫铝复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0012](I)将铝基体粉末和增强颗粒混合，添加TiH2颗粒作为发泡剂，搅拌混合均匀制成混合粉末；
[0013](2)将混合粉末冷压成型制成粗坯，将冷压粗坯装入铝包套，将铝包套放入除气炉中进行真空除气；
[0014](3)将真空除气后带铝包套的粗坯进行热变形加工获得可发泡的预制件；
[0015](4)将可发泡的预制件放入红外加热炉中加热发泡，发泡完成后冷却得到泡沫铝，然后进行固溶处理和时效硬化处理，得到泡沫铝基材；
[0016](5)将步骤(4)得到的泡沫铝基材用0.lmol/L的氢氧化钠碱液进行除脂和去污处理，然后用0.0lmol/L的盐酸多碱液进行中和处理，放入密封干燥箱中备用；
[0017](6)将环氧树脂和固化剂分别置于50-70°C水浴池中预热2-3小时，然后将两者按照1:1的质量比进行混合，待用；
[0018](7)将步骤(5)制得的泡沫铝基材从密封干燥箱中取出，放入模具中，将步骤(6)制得的添加固化剂的环氧树脂浇入到模具中，使模具处于80°C水浴中，待有气泡上浮后，将模具从水浴中取出，常温下放置一周，得到高强泡沫铝复合材料。
[0019]作为上述技术方案的优选，步骤(I)中，所述TiH2的添加量为铝基体粉末和增强颗粒总质量的0.2-2%。
[0020]作为上述技术方案的优选，步骤(I)中，所述铝基体粉的平均粒径大小为40_50μπι，TiH2颗粒的平均粒径为20-40μπι，增强颗粒的粒径大小为10-20μπι。
[0021]作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，冷压成型的压力为100_200MPa，保压时间为5-2011^11，粗坯的相对致密度为70-85%。
[0022]作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，真空除气的温度为380_450°C，除气时间为50-100h，保持真空度在0.5Pa以下。
[0023]作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述固溶温度为490-530Γ，固溶时长为1-4h，时效温度为150-200 0C，时效时长为4-12h。
[0024]作为上述技术方案的优选，步骤(7)中，所述泡沫铝基材与添加固化剂的环氧树脂的质量比为1-2:1。
[0025]本发明具有以下有益效果:
[0026](I)本发明选用合适大小的增强颗粒，并合理控制增强颗粒与铝基体的比例，提高了泡沫铝中孔结构的均匀性和完整性，进一步提高了泡沫铝的强度和韧性；
[0027](2)本发明采用粉末冶金预制件发泡的方法，通过增强颗粒与铝基体预混合、热变形加工等步骤使得粗坯致密化，消除了发泡铝中的孔隙缺陷，增强颗粒的重排和分布均匀化，使得得到的泡沫铝复合材料颗粒分布均匀，孔结构均匀；
[0028](3)本发明制得的环氧树脂/发泡铝复合材料耐疲劳性能和耐高温性能好，弹性模量大，比刚度大大提高，且制备方法灵活可设计性强，可用于汽车、轨道交通、航天军工领域的高阻尼减震吸能部件。
【具体实施方式】
:
[0029]为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
[0030]实施例1
[0031]—种高强泡沫铝复合材料，在泡沫铝基材表面附着有一层环氧树脂涂层，所述泡沫铝的密度为0.4g/cm3，泡孔平均尺寸为2_，泡沫铝的孔壁是由铝基体以及均匀弥散在其中的增强颗粒构成;其中，增强颗粒的体积百分含量为10%，增强颗粒与铝基体形成高强度结合的冶金界面。
[0032]其制备方法包括以下步骤:
[0033](I)将铝基体粉末和增强颗粒混合，添加质量为铝基体粉末和增强颗粒总质量的0.2%的TiH2颗粒作为发泡剂，搅拌混合均匀制成混合粉末；
[0034](2)将混合粉末在压力为lOOMPa，保压时间为5min的条件下冷压成型制成粗坯，将冷压粗坯装入铝包套，将铝包套放入除气炉中在温度为380°C下进行真空除气为50h，保持真空度在0.5Pa以下；
[0035](3)将真空除气后带铝包套的粗坯进行热变形加工获得可发泡的预制件；
[0036](4)将可发泡的预制件放入红外加热炉中加热发泡，发泡完成后冷却得到泡沫铝，然后进行固溶处理和时效硬化处理，得到泡沫铝基材，其中；所述固溶温度为490°C，固溶时长为lh，时效温度为150°C，时效时长为4h。
[0037](5)将步骤(4)得到的泡沫铝基材用0.lmol/L的氢氧化钠碱液进行除脂和去污处理，然后用0.0lmol/L的盐酸多碱液进行中和处理，放入密封干燥箱中备用；
[0038](6)将环氧树脂和固化剂分别置于50°C水浴池中预热2小时，然后将两者按照1:1的质量比进行混合，待用；
[0039](7)将步骤(5)制得的泡沫铝基材从密封干燥箱中取出，放入模具中，将步骤(6)制得的添加固化剂的环氧树脂浇入到模具中，使模具处于80°C水浴中，待有气泡上浮后，将模具从水浴中取出，常温下放置一周，得到高强泡沫铝复合材料。
[0040]实施例2
[0041]—种高强泡沫铝复合材料，在泡沫铝基材表面附着有一层环氧树脂涂层，所述泡沫铝的密度为lg/cm3，泡孔平均尺寸为5mm，泡沫铝的孔壁是由铝基体以及均匀弥散在其中的增强颗粒构成;其中，增强颗粒的体积百分含量为25%，增强颗粒与铝基体形成高强度结合的冶金界面。
[0042]其制备方法包括以下步骤:
[0043](I)将铝基体粉末和增强颗粒混合，添加质量为铝基体粉末和增强颗粒总质量的2 %的TiH2颗粒作为发泡剂，搅拌混合均匀制成混合粉末；
[0044](2)将混合粉末在压力为200MPa，保压时间为20min的条件下冷压成型制成粗坯，将冷压粗坯装入铝包套，将铝包套放入除气炉中在温度为450°C下进行真空除气为100h，保持真空度在0.5Pa以下；
[0045](3)将真空除气后带铝包套的粗坯进行热变形加工获得可发泡的预制件；
[0046](4)将可发泡的预制件放入红外加热炉中加热发泡，发泡完成后冷却得到泡沫铝，然后进行固溶处理和时效硬化处理，得到泡沫铝基材，其中；所述固溶温度为530°C，固溶时长为4h，时效温度为200°C，时效时长为12h。
[0047](5)将步骤(4)得到的泡沫铝基材用0.lmol/L的氢氧化钠碱液进行除脂和去污处理，然后用0.0lmol/L的盐酸多碱液进行中和处理，放入密封干燥箱中备用；
[0048](6)将环氧树脂和固化剂分别置于70°C水浴池中预热3小时，然后将两者按照1:1的质量比进行混合，待用；
[0049](7)将步骤(5)制得的泡沫铝基材从密封干燥箱中取出，放入模具中，将步骤(6)制得的添加固化剂的环氧树脂浇入到模具中，使模具处于80°C水浴中，待有气泡上浮后，将模具从水浴中取出，常温下放置一周，得到高强泡沫铝复合材料。
[0050]实施例3
[0051]—种高强泡沫铝复合材料，在泡沫铝基材表面附着有一层环氧树脂涂层，所述泡沫铝