一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明为一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺。其特征在于所述汽车保险杠用泡沫铝材料化学成分及其质量百分比为：4～15％Si，1～5％Ca，0.2～2.2％Mg，1.5～3.5％涂覆处理后的TiH2，其余为Al；其中涂覆材料主要成分为Al2O3。工艺流程为：升温加热至半固态→弥散搅拌TiH2→快速冷却制成预制体→二次发泡→成品。与现有技术相比，本发明一种汽车保险杠用泡沫铝材料孔隙率为72.5％，孔径为2.5mm，平均圆形度为0.812。对比传统的薄壁空心金属保险杠，在吸能相同，圆管壁厚、圆管内半径和圆管长度均相同的情况下，一根泡沫铝填充圆管吸收的能量与一根空心金属圆管吸收的能量相比提高了82％，因此泡沫铝填充圆管汽车保险杠的质量比空心金属圆管保险杠的减少了55％。
【专利说明】一种汽车保险杠用泡沬铝材料及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于材料加工【技术领域】，涉及一种泡沫铝材料，特别是一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]20世纪末期，能源问题和环保问题成为两个热点问题，日益受到世界各国的关注，面对日益短缺的常规能源和愈发严重的环境污染，作为两问题主要载体之一的汽车工业，开始做出积极的战略调整，以应对这些问题所带来的不利影响。研发节能型汽车成为汽车工业发展的主题，人们开始关注汽车的轻量化问题，因为质量更小的汽车所需的能源相对更少，在减少排放的同时也可以降低对环境的污染，可谓事半功倍。据国际权威部门统计，汽车所用燃料约60%消耗于汽车白重，汽车质量每减轻，可降低油耗。
[0003]近年来，大量新的轻质材料被应用到汽车上，其中又以高强度钢、铝、镁、复合材料为代表。然而，在汽车整体轻量化的大趋势下，保险杠的轻量化比率反而在这几年的发展中有所降低。这是因为保险杠承担着保障碰撞安全性的任务，是碰撞的第一线，因而保险杠在设计时更需要注重安全性。
[0004]汽车前保险杠对于汽车散热器、发动机罩板、灯具和翼子板具有很好的保护作用，汽车后保险杠可以减小汽车行李舱和尾部灯具的损伤。保险杠系统是当汽车与其它车辆或障碍物发生碰撞时，能保护乘客安全、降低车体损害程度。轻微事故时保险杠系统能吸收冲击能量白动恢复原状，有效地降低了汽车的修理费用。遇上严重撞车事故时，冲击力经保险横杠被分散到整个车身，避免局部变形过大，保证乘客有足够的生存空问。完善的车身结构应具备高效的动能吸收、动能分散和可溃车身设计，具有高强度的乘员舱和相应的行人保护组件。
[0005]为了保证乘客 安全，要求材料不仅具有一定的强度和刚度，而且要有良好的抗冲击力。目前用于做汽车保险杠吸能结构件的空心金属管虽然具有较高的强度，但能量吸收性不及泡沫铝，泡沫铝是一种轻质的抗冲击材料，而强度性能不高又不适合单独作为吸能的结构件。所以若在空心金属管内填充泡沫铝，得到泡沫铝夹芯结构件制成的汽车保险杠，既可满足刚度和强度要求，又可提高保险杠的能量吸收性。
[0006]然而，目前泡沫铝制备成本居高不下，当前的一些制备工艺过程控制困难，孔结构不均匀的问题，限制着其广泛应用。研究泡沫铝的低成本制备技术意义重大。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种孔径小，气孔分布均匀，且效率较高的泡沫铝材料制备工艺。
[0008]为实现上述目的，本发明可以通过以下基本化学成分的设计和技术方案来实现:
[0009]本发明所提供的一种汽车保险杠用泡沫铝材料化学成分及其质量百分比为:4-15% Si，I-5% Ca,0.2-2.2% Mg，L 5-3.5%涂覆处理后的TiH2，其余为Al ;其中涂覆材料主要成分为Al2O3。
[0010]本发明所提供的一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺，其制造工艺步骤是:
[0011]I)材料采用工业铝锭、工业多晶硅、工业钙带、工业镁带和粒度为300目的工业TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分为Al2O315
[0012]2)将TiH2混入准备好的Al2O3中，Al2O3的质量为TiH2质量的25-35%，通过搅拌将TiH2与Al2O3完全混匀，使发泡剂TiH2颗粒表面能够被胶体完全润湿并形成涂覆层，在160-250°C条件下进行烘干，在烘干的同时进行搅拌，然后静置烘烤，烘干。然后使用170-250目的筛子将破碎后的TiH2过筛，得到粒度均匀的发泡剂粉末。
[0013]3)将铝锭加入石墨坩埚内加热至熔化，再将所需质量的硅用铝箔包好浸入铝液，在680-740°C条件下铝、硅完全熔化冷却后，制备成Al-12% Si合金待用。
[0014]4)在Al-12% Si合金冷却过程中加入I-5% Ca和0.2-2.2% Mg，同时进行机械搅拌，搅拌温度为550-650°C，搅拌时间为0.3-1.3min，搅拌速度为1000-1500r /min，待所制备的合金冷却至540-640°C，用铝箔包裹住1.5-3.5%预先涂覆处理的TiH2加入到合金熔体中进行发泡，再次进行机械搅拌，搅拌参数与上同，使发泡剂均匀弥散在半固态熔体中，获得近球状、球状的半固态非枝晶组织。两个小时后刮掉熔体表面氧化皮，制备成预制体合金冷却待用。
[0015]5)将制备成的预制体进行二次发泡，二次发泡温度为700-750°C，发泡时间为8 -20mino
[0016]本发明所提 供的汽车保险杠用泡沫铝材料化学成分配制依据为:
[0017]采用涂覆材料对TiH2进行表面涂覆处理后，TiH2的分解温度可提高70°C以上，开始分解的时间可延长3min以上，铝硅熔体的润湿性得到改善。
[0018]通过施加机械搅拌，凝固组织由发达的枝晶组织转变成为近球状、球状的半固态非枝晶组织，使熔体在较低的温度下(半固态温度区)仍具有良好的流动性，从而保证了经涂覆处理的TiH2颗粒，能够弥散混合在铝硅熔体中不至于大量分解，获得可发泡预制体。
[0019]Ca加入的主要作用是通过对熔体一定时间的搅拌来提高熔体粘度，较高的粘度才能使得发泡过程中分解得到的气泡不溢出熔体。因为Ca在搅拌过程中会在体系中引入第二相物质，这些化合物可以增加熔体粘度。
[0020]Mg可以有效降低熔体的表面张力，有利于发泡过程气泡的产生以及存活。
[0021]有益效果
[0022]与现有技术相比，本发明具有如下优点:孔隙率为72.5%，孔径为2.5mm，平均圆形度为0.812。对比传统的薄壁空心金属保险杠，在吸能相同，圆管壁厚、圆管内半径和圆管长度均相同的情况下，泡沫铝填充圆管汽车保险杠只需泡沫铝填充圆管11根，而空心金属圆管保险杠需空心金属圆管20根，一根泡沫铝填充圆管吸收的能量与一根空心金属圆管吸收的能量相比提高了 82%，因此泡沫铝填充圆管汽车保险杠的质量比空心金属圆管保险杠的减少了 55%。
【具体实施方式】
[0023]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详述。[0024]实施例一
[0025]本发明所提供的一种汽车保险杠用泡沫铝材料化学成分及其质量百分比为:5%Si,2% Ca,0.8% Mg，1.6%涂覆处理后的TiH2，其余为Al ;其中涂覆材料主要成分为A1203。
[0026]本发明所提供的一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺，其制造工艺步骤是:
[0027]I)材料采用工业铝锭、工业多晶硅、工业钙带、工业镁带和粒度为300目的工业TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分为Al2O315
[0028]2)将TiH2混入准备好的Al2O3中，Al2O3的质量为TiH2质量的23%，通过搅拌将TiH2与Al2O3完全混匀，使发泡剂TiH2颗粒表面能够被胶体完全润湿并形成涂覆层，在180°C条件下进行烘干，在烘干的同时进行搅拌，然后静置烘烤，烘干。然后使用180目的筛子将破碎后的TiH2过筛， 得到粒度均匀的发泡剂粉末。
[0029]3)将铝锭加入石墨坩埚内加热至熔化，再将所需质量的硅用铝箔包好浸入铝液，在680°C条件下铝、硅完全熔化冷却后，制备成Al-12% Si合金待用。
[0030]4)在Al-12% Si合金冷却过程中加入2% Ca和0.8% Mg，同时进行机械搅拌，搅拌温度为550°C，搅拌时间为0.3min，搅拌速度为IOOOr / min，待所制备的合金冷却至540°C，用铝箔包裹住1.6%预先涂覆处理的TiH2加入到合金熔体中进行发泡，再次进行机械搅拌，搅拌参数与上同，使发泡剂均匀弥散在半固态熔体中，获得近球状、球状的半固态非枝晶组织。两个小时后刮掉熔体表面氧化皮，制备成预制体合金冷却待用。
[0031]5)将制备成的预制体进行二次发泡，二次发泡温度为700°C，发泡时间为8min。
[0032]实施例二
[0033]本发明所提供的一种汽车保险杠用泡沫铝材料化学成分及其质量百分比为:15%Si, 5% Ca, 2.2% Mg，2%涂覆处理后的TiH2，其余为Al ;其中涂覆材料主要成分为A1203。
[0034]本发明所提供的一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺，其制造工艺步骤是:
[0035]I)材料采用工业铝锭、工业多晶硅、工业钙带、工业镁带和粒度为300目的工业TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分为Al2O315
[0036]2)将TiH2-入准备好的Al2O3中，Al2O3的质量为TiH2质量的35%，通过搅拌将TiH2与Al2O3完全混匀，使发泡剂TiH2颗粒表面能够被胶体完全润湿并形成涂覆层，在250°C条件下进行烘干，在烘干的同时进行搅拌，然后静置烘烤，烘干。然后使用250目的筛子将破碎后的TiH2过筛，得到粒度均匀的发泡剂粉末。
[0037]3)将铝锭加入石墨坩埚内加热至熔化，再将所需质量的硅用铝箔包好浸入铝液，在740°C条件下铝、硅完全熔化冷却后，制备成Al-12% Si合金待用。
[0038]4)在Al-12% Si合金冷却过程中加入5% Ca和2.2 % Mg，同时进行机械搅拌，搅拌温度为650°C,搅拌时间为1.3min,搅拌速度为1500r / min,待所制备的合金冷却至640°C，用铝箔包裹住2%预先涂覆处理的TiH2加入到合金熔体中进行发泡，再次进行机械搅拌，搅拌参数与上同，使发泡剂均匀弥散在半固态熔体中，获得近球状、球状的半固态非枝晶组织。两个小时后刮掉熔体表面氧化皮，制备成预制体合金冷却待用。
[0039]5)将制备成的预制体进行二次发泡，二次发泡温度为750°C，发泡时间为20min。
【权利要求】
1.一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺，其特征在于所述化学成分及其质量百分比为:4~15% Si，I~5% Ca，0.2~2.2% Mg，L 5~3.5%涂覆处理后的TiH2，其余为Al ;其中涂覆材料主要成分为Al2O315
2.根据权利要求1所述一种汽车保险杠用泡沫铝材料及其制备工艺，其特征在于，其制造工艺步骤是: 1)材料采用工业铝锭、工业多晶硅、工业钙带、工业镁带和粒度为300目的工业TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分为Al2O3 ； 2)将TiH2混入准备好的Al2O3中，Al2O3的质量为TiH2质量的25~35%，通过搅拌将TiH2与Al2O3完全混匀，使发泡剂TiH2颗粒表面能够被胶体完全润湿并形成涂覆层，在160~250°C条件下进行烘干，在烘干的同时进行搅拌，然后静置烘烤，烘干；然后使用170~250目的筛子将破碎后的TiH2过筛，得到粒度均匀的发泡剂粉末； 3)将铝锭加入石墨坩埚内加热至熔化，再将所需质量的硅用铝箔包好浸入铝液，在680~740°C条件下铝、硅完全熔化冷却后，制备成Al-12% Si合金待用； 4)在Al-12%Si合金冷却过程中加入I~5% Ca和0.2~2.2% Mg，同时进行机械搅拌，搅拌温度为550~650°C，搅拌时间为0.3~1.3min，搅拌速度为1000~1500r / min,待所制备的合金冷却至540~640°C，用铝箔包裹住1.5~3.5%预先涂覆处理的TiH2加入到合金熔体中进行发泡，再次进行机械搅拌，搅拌参数与上同，使发泡剂均匀弥散在半固态熔体中，获得近球状、球状的半固态非枝晶组织，制备成预制体合金冷却待用； 5)将制备成的预制体进行二次发泡，二次发泡温度为700~750°C，发泡时间为8~20mino
【文档编号】C22C1/08GK103451492SQ201310400590
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】刘建国, 蒋卫军, 蒋国民, 张燕, 印杰 申请人:丹阳市国美汽配有限公司