一种复合多孔金属材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合多孔金属材料，由下列重量份的原料制成：铝合金15?20份、铁5?12份、钛5?9份、镁3?7份、锌2?5份、铜1?3份、聚四氟乙烯11?15份、脲甲醛7?12份、碳化硅9?13份、氮化硅3?6份、硼化钨2?7份、碳酸钙2?4份、碳酸镁1?3份、硅酸钠2?4份、4?叔丁基苯磺酰胺5?9份、甲氧基乙酸甲酯3?6份、5?氨基?2?乙氧基苯磺酸3?5份、硅烷偶联剂5?10份、热稳定剂5?10份。制备而成的一种复合多孔金属材料，其比重小、强度高、减震性能好。同时，还公开了相应的制备方法。
【专利说明】
一种复合多孔金属材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种复合多孔金属材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 多孔金属材料即金属内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，这些孔洞 的直径约2um~3mm之间。由于对孔洞的设计要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕状型的，蜂 窝型的等等。多孔金属材料还可以根据其孔洞的形态可以分为独立孔洞型的和连续孔洞型 的二大类。独立型的材料具有比重小，刚性、比强度好，吸振、吸音性能好等特点；连续型的 材料除了具有上述特点之外，还具有浸透性、通气性好等特点。正因为多孔金属材料具有结 构材料利功能材料的特点，所以被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程、电 化学工程、环境保护工程等领域。有人认为，金属材料内部分布大量的孔洞，那么其强度会 大大削弱。一些文献指出，在材料的轻量化时，材料的形状因子是一个关键因素，形状因子 包括了宏观形状因子和微观形状因子。在机械设计时经常不用圆棒而采用空心管，不用矩 形截面而采工字型、兀字型等材料，所有这些都是改变宏观形状因子的措施。而将材料制备 成多孔正是改变材料的微观形状闪子。经过材料的轻量化设计，可以得出：形状因子=宏观 形状因子X微观形状因子。也就是说，在材料轻量化设计过程中，在考虑形状因子时，不单 要考虑宏观因子，如果能考虑到微观形状因子，那么在材料的轻量化上可以收到成倍的效 果。由于多孔金属材料比重小，比强度大，所以它可以构件的形式广泛应用于机械工具和交 通运输工具上。如果将多孔材料乳制成板材，那么可以制作汽车，机器的蒙皮，以取代所用 的板材。所以本项目致力于研制高性能复合多孔金属材料以期满足行业的发展需求。
【发明内容】
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供一种复合多孔金属材料及其制备方法，通过采 用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了一种复合多孔金属材料，其比重小、强 度高、减震性能好，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现： 一种复合多孔金属材料，由下列重量份的原料制成:铝合金15-20份、铁5-12份、钛5-9 份、镁3-7份、锌2-5份、铜1-3份、聚四氟乙烯11-15份、脲甲醛7-12份、碳化硅9-13份、氮化硅 3-6份、硼化钨2-7份、碳酸钙2-4份、碳酸镁1-3份、硅酸钠2-4份、4-叔丁基苯磺酰胺5-9份、 甲氧基乙酸甲酯3-6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸3-5份、硅烷偶联剂5-10份、热稳定剂5-10 份。
[0005] 优选地，所述的硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（2 -甲氧基乙氧 基）硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几 种。
[0006] 优选地，所述热稳定剂选自抗坏血酸棕榈酸酯、藻酸丙二醇酯、羧甲基纤维素钠、 乙酰磺胺酸钾中的一种或几种。
[0007] 所述的复合多孔金属材料的制备方法，包括以下步骤： (1)按照重量份称取各原料； (2 )将铝合金、铁、钛、镁、锌、铜、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温 度为820-860°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、碳化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠、硅烷偶联 剂加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌速度500-700转/分钟，搅拌60 分钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强10-15MPa，反应温度500-550 °C，反应时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度600-650 °C，反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为320-350 °C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在惰性气体中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为2-5MPa，即得成品。
[0008] 优选地，步骤(7 )中的惰性气体为氩气。
[0009] 本发明与现有技术相比，其有益效果为： ⑴本发明的一种复合多孔金属材料以铝合金、铁、钛、镁、锌、铜、聚四氟乙烯、脲甲醛、 碳化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠为主要成分，通过加入4-叔丁基苯磺酰胺、 甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、硅烷偶联剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密 炼、加压密炼、喷雾干燥、过筛活化、加压喷射成型等工艺，使得制备而成的复合多孔金属材 料，其比重小、强度高、减震性能好，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
[0010] (2)本发明的复合多孔金属材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实 用性强。
【具体实施方式】
[0011]下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
[0012] 实施例1 (1) 称取铝合金15份、铁5份、钛5份、镁3份、锌2份、铜1份、聚四氟乙烯11份、脲甲醛7份、 碳化硅9份、氮化硅3份、硼化钨2份、碳酸钙2份、碳酸镁1份、硅酸钠2份、4-叔丁基苯磺酰胺5 份、甲氧基乙酸甲酯3份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸3份、乙烯基三甲氧基硅烷5份、抗坏血酸 棕榈酸酯5份； (2) 将铝合金、铁、钛、镁、锌、铜、抗坏血酸棕榈酸酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧 结，烧结温度为820°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、碳化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠、乙烯基三 甲氧基硅烷加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌速度500转/分钟，搅 拌60分钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强IOMPa，反应温度500 °C，反应 时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度600°C， 反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为320°C，得 到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在氩气中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为2MPa，即得成品。
[0013] 制得的复合多孔金属材料的性能测试结果如表1所示。
[0014] 实施例2 (1) 称取铝合金17份、铁7份、钛6份、镁4份、锌3份、铜2份、聚四氟乙烯12份、脲甲醛9份、 碳化硅10份、氮化硅4份、硼化钨3份、碳酸钙3份、碳酸镁2份、硅酸钠3份、4-叔丁基苯磺酰胺 7份、甲氧基乙酸甲酯4份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷7 份、藻酸丙二醇酯7份； (2) 将铝合金、铁、钛、镁、锌、铜、藻酸丙二醇酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧 结温度为830°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、碳化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠、乙烯基三 (2-甲氧基乙氧基)硅烷加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌速度600 转/分钟，搅拌60分钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强12MPa，反应温度520 °C，反应 时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度620°C， 反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为330°C，得 到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在氩气中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为3MPa，即得成品。
[0015] 制得的复合多孔金属材料的性能测试结果如表1所示。
[0016] 实施例3 (1) 称取铝合金19份、铁11份、钛8份、镁6份、锌4份、铜2份、聚四氟乙烯14份、脲甲醛11 份、碳化硅12份、氮化硅5份、硼化钨6份、碳酸钙3份、碳酸镁2份、硅酸钠3份、4-叔丁基苯磺 酰胺8份、甲氧基乙酸甲酯5份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷9份、 羧甲基纤维素钠9份； (2) 将铝合金、铁、钛、镁、锌、铜、羧甲基纤维素钠加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结， 烧结温度为850°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、碳化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠、γ-氨丙 基三乙氧基硅烷加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌速度650转/分 钟，搅拌60分钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强14MPa，反应温度540 °C，反应 时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度640°C， 反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为340°C，得 到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在氩气中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为4MPa，即得成品。
[0017] 制得的复合多孔金属材料的性能测试结果如表1所示。
[0018] 实施例4 (1) 称取铝合金20份、铁12份、钛9份、镁7份、锌5份、铜3份、聚四氟乙烯15份、脲甲醛12 份、碳化硅13份、氮化硅6份、硼化钨7份、碳酸钙4份、碳酸镁3份、硅酸钠4份、4-叔丁基苯磺 酰胺9份、甲氧基乙酸甲酯6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸5份、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲 氧基硅烷10份、乙酰磺胺酸钾10份； (2) 将铝合金、铁、钛、镁、锌、铜、乙酰磺胺酸钾加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧 结温度为860°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、碳化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠、γ-缩水 甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌 速度700转/分钟，搅拌60分钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强15MPa，反应温度550 °C，反应 时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度650°C， 反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为350°C，得 到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在氩气中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为5MPa，即得成品。
[0019] 制得的复合多孔金属材料的性能测试结果如表1所示。
[0020] 对比例1 (1)称取铝合金15份、镁3份、锌2份、铜1份、聚四氟乙烯11份、脲甲醛7份、氮化硅3份、硼 化钨2份、碳酸钙2份、碳酸镁1份、硅酸钠2份、4-叔丁基苯磺酰胺5份、甲氧基乙酸甲酯3份、 5_氨基-2-乙氧基苯磺酸3份、乙烯基三甲氧基硅烷5份、抗坏血酸棕榈酸酯5份； (2) 将铝合金、镁、锌、铜、抗坏血酸棕榈酸酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结 温度为820°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠、乙烯基三甲氧基 硅烷加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌速度500转/分钟，搅拌60分 钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强IOMPa，反应温度500 °C，反应 时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度600°C， 反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为320°C，得 到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在氩气中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为2MPa，即得成品。
[0021] 制得的复合多孔金属材料的性能测试结果如表1所示。
[0022] 对比例2 (1) 称取铝合金20份、铁12份、钛9份、铜3份、聚四氟乙烯15份、脲甲醛12份、碳化硅13 份、硼化钨7份、碳酸钙4份、碳酸镁3份、硅酸钠4份、4-叔丁基苯磺酰胺9份、甲氧基乙酸甲酯 6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸5份、γ -缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷10份、乙酰磺胺酸 钾10份； (2) 将铝合金、铁、钛、铜、乙酰磺胺酸钾加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度 为860°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、碳化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠 、γ -缩水甘油醚氧 基丙基三甲氧基硅烷加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌速度700 转/分钟，搅拌60分钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强15MPa，反应温度550 °C，反应 时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度650°C， 反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为350°C，得 到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在氩气中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为5MPa，即得成品。
[0023] 制得的复合多孔金属材料的性能测试结果如表1所示。
[0024] 将实施例1-4和对比例1-2的复合多孔金属材料分别进行抗压强度、弹性模量、密 度的性能测试。
本友明的一柙μ甘多扎金属柯科以铝甘金、饫、钛、镁、锌、锏、衆四m乙烯、脲中酲、候 化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠为主要成分，通过加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲 氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、硅烷偶联剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密炼、 加压密炼、喷雾干燥、过筛活化、加压喷射成型等工艺，使得制备而成的复合多孔金属材料， 其比重小、强度高、减震性能好，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的复合 多孔金属材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
[0026]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种复合多孔金属材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成:铝合金15-20份、铁 5-12份、钛5-9份、镁3-7份、锌2-5份、铜1-3份、聚四氟乙烯11-15份、脲甲醛7-12份、碳化硅 9-13份、氮化硅3-6份、硼化钨2-7份、碳酸钙2-4份、碳酸镁1-3份、硅酸钠 2-4份、4-叔丁基苯 磺酰胺5-9份、甲氧基乙酸甲酯3-6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸3-5份、硅烷偶联剂5-10份、 热稳定剂5-10份。2. 根据权利要求1所述的一种复合多孔金属材料，其特征在于:所述的硅烷偶联剂选自 乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水 甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。3. 根据权利要求1所述的一种复合多孔金属材料，其特征在于:所述热稳定剂选自抗坏 血酸棕榈酸酯、藻酸丙二醇酯、羧甲基纤维素钠、乙酰磺胺酸钾中的一种或几种。4. 根据权利要求1-3任一所述的一种复合多孔金属材料的制备方法，其特征在于，包括 以下步骤： (1) 按照重量份称取各原料； (2) 将铝合金、铁、钛、镁、锌、铜、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温 度为820-860°C，烧结时间为5小时，得到真空烧结混合物； (3) 将聚四氟乙烯、脲甲醛、碳化硅、氮化硅、硼化钨、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钠、硅烷偶联 剂加入搅拌釜混合，加入等质量的5%碳酸氢三钠溶液中，搅拌速度500-700转/分钟，搅拌60 分钟； (4) 将步骤(3)中的搅拌混合物注入双辊混炼机混炼，压强10-15MPa，反应温度500-550 °C，反应时间为2小时； (5) 再将步骤(2)中的真空烧结混合物和步骤(4)中的混炼混合物依次注入密炼机，然 后再加入4-叔丁基苯磺酰胺、甲氧基乙酸甲酯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸，反应温度600-650 °C，反应时间60分钟，得到产品母液； (6) 将步骤6中的产品母液注入喷雾干燥塔，进口温度为820°C，出口温度为320-350 °C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (7) 将过筛后的物料在惰性气体中保温活化，保温时间为60分钟； (8) 将步骤(7)中的活化混合物加入喷射成型机的静态混合器中，进行纤维喷射成型， 压强为2-5MPa，即得成品。5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤(7 )中的惰性气体为氩气。
【文档编号】B22F1/00GK106086499SQ201610447413
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】黄润翔
【申请人】苏州洪河金属制品有限公司