本发明涉及一种轻质高强点阵金属材料的制备方法，属于金属材料制备技术领域。
背景技术：
航空航天和工业装备技术的飞速发展要求人们在材料轻质化方面实现深层次的技术突破，即不再只追求材料单纯的轻质化，而是寻求轻质和其他某种或某几种优良性能相结合的先进材料以适应不同的需求。金点阵材料是当前国际上认为最有前景的先进轻质多功能材料。它是一种模拟分子点阵构型制造出的有序超轻多孔材料，是由面单元或杆单元组成的周期性网络结构材料。金属点阵材料属于多孔材料的范畴，但与金属泡沫材料不同的是金属点阵材料适用于对材料的比强度、比刚度以及结构稳定性等有着更高要求的场合。同等质量下金属点阵材料的综合力学性能要优于无序金属泡沫材料。金属点阵材料的比强度、比刚度都要大于金属泡沫材料，但其对自身内部缺陷的敏感度要低于金属泡沫材料，且质量效率优势在超低密度时尤其突出。金属点阵材料具有高孔隙率的特点，单位体积的质量仅是实体材料的20%，甚至更轻，按其空间拓扑结构可分为二维或三维网架体系，且不同构型的拓扑结构对材料的力学及其他物理性能有显著影响。金属点阵材料除了拥有优异的力学性能外，在热传导、电磁波吸收、抗噪音等方面也有广阔前景。其既可以作为许多应用的结构材料,也可以作为一些场合的功能材料,在一般情况下，更是兼具功能和结构的双重作用，是一种性能卓越的多功能工程材料。目前金属点阵材料中的蜂窝夹芯板、波纹夹芯板已广泛应用于建筑、造船业以及航空航天领域。
目前使用拉伸网折叠技术制备点阵金属材料，拉伸网是将原金属板切割后拉伸扩张而制成，其网身轻便且承载能力强。将制备出的拉伸网经过轧机平整处理后冲压折叠便可制备出金属点阵结构，将此点阵芯体与面板进行焊接或胶结工艺连接起来即制备出金属点阵夹芯材料。Kooistra等采用拉伸网折叠的技术制备出铝合金金字塔点阵夹芯结构，该工艺最大的优点是板网由原张金属板制成，生产过程原料浪费少，大大节约了原材料，但其在制造过程中仍需剧烈变形，只能用于高延展性的材料，导致制成的结构强度较低，且加工工艺较为复杂。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对利用拉伸网折叠技术制备的点阵金属材料其结构强度较低，加工工艺较为复杂的问题，本发明首先将6061铝合金、石墨烯等物质进行混合煅烧，并分别进行热轧和冷轧，得到合金板，再将其置于冲床上进行压轧，得修正三角形多孔网状结构，接着将其置于V型模具中进行冲压折叠后，浸泡于无水乙醇中，并进行超声振荡，取出振荡后的轻质高强点阵金属材料粗料，通过纱布洗净后，经干燥和冷冻处理后，得到轻质高强点阵金属材料，本发明制备的轻质高强点阵金属材料具有轻质和强度较高的特点，加工工艺简单，可广泛应用于航天航空和工业装备技术领域。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，取60～65份6061铝合金、6～8份石墨烯及1～2份二氧化锰，混合均匀，随后放入煅烧炉中，在500～550℃煅烧30～40min，随炉冷却至室温，得合金基料，再放入热轧机中进行热轧，随后进行冷轧，制得厚度为1～3mm的合金板；
（2）将上述合金板放入冲床上，冲头形状为边长为2～3cm的正三角形，对合金板冲压，合金板相邻两个三角形空隙距离为4～6mm，得三角形多孔网状结构，随后将三角形多孔网状结构放入轧机内，以2.1～2.3m/s进行压轧，得修正三角形多孔网状结构；
（3）将上述所得的修正三角形多孔网状结构，通过角度为75～80︒的V型模具对其进行冲压折叠，得轻质高强点阵金属材料粗料，随后将其浸泡于无水乙醇中，并置于超声振荡器中，以45～50kHz振荡30～50min；
（4）在上述振荡结束后，将振荡后的轻质高强点阵金属材料粗料取出，通过纱布将其表面擦拭干净，随后放入烘箱中，设定温度为100～105℃，干燥2～3h后取出，放入液氮速冻机中，设定温度为-10～-5℃，冷冻处理20～25min后取出，自然升温至室温，即可得到轻质高强点阵金属材料。
本发明制备的轻质高强点阵金属材料吸收能量达到1500J以上，弹性模量达到220Gpa以上，泊松比达到0.35以上，弯曲刚度达到1750N·m2以上，强度达到25Gpa以上。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的轻质高强点阵金属材料具有轻质结构，且强度较高，强度达到25Gpa以上；
（2）本发明制备的轻质高强点阵金属材料相关力学性能优异，可广泛应用于航天航空和工业装备技术领域；
（3）本发明制备工艺简单，所需原材料成本低。
具体实施方式
首先按重量份数计，取60～65份6061铝合金、6～8份石墨烯及1～2份二氧化锰，混合均匀，随后放入煅烧炉中，在500～550℃煅烧30～40min，随炉冷却至室温，得合金基料，再放入热轧机中进行热轧，随后进行冷轧，制得厚度为1～3mm的合金板；将上述合金板放入冲床上，冲头形状为边长为2～3cm的正三角形，对合金板冲压，合金板相邻两个三角形空隙距离为4～6mm，得三角形多孔网状结构，随后将三角形多孔网状结构放入轧机内，以2.1～2.3m/s进行压轧，得修正三角形多孔网状结构；将上述所得的修正三角形多孔网状结构，通过角度为75～80︒的V型模具对其进行冲压折叠，得轻质高强点阵金属材料粗料，随后将其浸泡于无水乙醇中，并置于超声振荡器中，以45～50kHz振荡30～50min；
最后在上述振荡结束后，将振荡后的轻质高强点阵金属材料粗料取出，通过纱布将其表面擦拭干净，随后放入烘箱中，设定温度为100～105℃，干燥2～3h后取出，放入液氮速冻机中，设定温度为-10～-5℃，冷冻处理20～25min后取出，自然升温至室温，即可得到轻质高强点阵金属材料。
实例1
首先按重量份数计，取65份6061铝合金、8份石墨烯及2份二氧化锰，混合均匀，随后放入煅烧炉中，在550℃煅烧40min，随炉冷却至室温，得合金基料，再放入热轧机中进行热轧，随后进行冷轧，制得厚度为3mm的合金板；将上述合金板放入冲床上，冲头形状为边长为3cm的正三角形，对合金板冲压，合金板相邻两个三角形空隙距离为6mm，得三角形多孔网状结构，随后将三角形多孔网状结构放入轧机内，以2.3m/s进行压轧，得修正三角形多孔网状结构；将上述所得的修正三角形多孔网状结构，通过角度为80︒的V型模具对其进行冲压折叠，得轻质高强点阵金属材料粗料，随后将其浸泡于无水乙醇中，并置于超声振荡器中，以50kHz振荡50min；最后在上述振荡结束后，将振荡后的轻质高强点阵金属材料粗料取出，通过纱布将其表面擦拭干净，随后放入烘箱中，设定温度为105℃，干燥3h后取出，放入液氮速冻机中，设定温度为-5℃，冷冻处理25min后取出，自然升温至室温，即可得到轻质高强点阵金属材料。经检测，本发明制备的轻质高强点阵金属材料吸收能量达到1525J，弹性模量达到225Gpa，泊松比达到0.36，弯曲刚度达到1755N·m2，强度达到26Gpa。
实例2
首先按重量份数计，取60份6061铝合金、6份石墨烯及1份二氧化锰，混合均匀，随后放入煅烧炉中，在500℃煅烧30min，随炉冷却至室温，得合金基料，再放入热轧机中进行热轧，随后进行冷轧，制得厚度为1mm的合金板；将上述合金板放入冲床上，冲头形状为边长为2cm的正三角形，对合金板冲压，合金板相邻两个三角形空隙距离为4mm，得三角形多孔网状结构，随后将三角形多孔网状结构放入轧机内，以2.1m/s进行压轧，得修正三角形多孔网状结构；将上述所得的修正三角形多孔网状结构，通过角度为75︒的V型模具对其进行冲压折叠，得轻质高强点阵金属材料粗料，随后将其浸泡于无水乙醇中，并置于超声振荡器中，以45kHz振荡30min；最后在上述振荡结束后，将振荡后的轻质高强点阵金属材料粗料取出，通过纱布将其表面擦拭干净，随后放入烘箱中，设定温度为100℃，干燥2h后取出，放入液氮速冻机中，设定温度为-10℃，冷冻处理20min后取出，自然升温至室温，即可得到轻质高强点阵金属材料。经检测，本发明制备的轻质高强点阵金属材料吸收能量达到1535J，弹性模量达到224Gpa，泊松比达到0.37，弯曲刚度达到1762N·m2，强度达到27Gpa。
实例3
首先按重量份数计，取62份6061铝合金、7份石墨烯及2份二氧化锰，混合均匀，随后放入煅烧炉中，在520℃煅烧35min，随炉冷却至室温，得合金基料，再放入热轧机中进行热轧，随后进行冷轧，制得厚度为2mm的合金板；将上述合金板放入冲床上，冲头形状为边长为2cm的正三角形，对合金板冲压，合金板相邻两个三角形空隙距离为5mm，得三角形多孔网状结构，随后将三角形多孔网状结构放入轧机内，以2.2m/s进行压轧，得修正三角形多孔网状结构；将上述所得的修正三角形多孔网状结构，通过角度为77︒的V型模具对其进行冲压折叠，得轻质高强点阵金属材料粗料，随后将其浸泡于无水乙醇中，并置于超声振荡器中，以47kHz振荡40min；最后在上述振荡结束后，将振荡后的轻质高强点阵金属材料粗料取出，通过纱布将其表面擦拭干净，随后放入烘箱中，设定温度为102℃，干燥2h后取出，放入液氮速冻机中，设定温度为-7℃，冷冻处理22min后取出，自然升温至室温，即可得到轻质高强点阵金属材料。经检测，本发明制备的轻质高强点阵金属材料吸收能量达到1532J，弹性模量达到230Gpa，泊松比达到0.37，弯曲刚度达到1756N·m2，强度达到26.5Gpa。