[发明专利]一种充填异型泡沫铝及铝合金的能量吸收器

说明书

一、技术领域

本发明属于一种能量吸收器，特别涉及一种异型能量吸收器。

二、背景技术

现有技术：以闭孔泡沫铝为重点的超轻型多孔金属，由于特殊的孔隙结构，实现了材料轻质、多功能化，从而成为当前航天以及高技术的热点。由于汽车等民用及高技术领域的需求，泡沫铝异型件、三明治结构正成为泡沫金属制备领域中的前沿，其中将闭孔泡沫铝用作能量吸收已有报导，而现有的泡沫铝材料在作为能量吸收器的时候，其能量吸收效率在60％左右，且在其吸收能量过程中会产生碎屑，可能破坏包装，导致人员受伤，也会对周围电子电路的安全运行产生不利影响。目前采用整体泡沫铝材料制造的能量吸收器，其形状由于制备工艺的限制，比较单一，对需要保护的异型结构适用性不高，经常受到种种限制，特别是对大体积部件防护，整体泡沫铝合金材料的制备非常困难，而采用拼接的方法，就导致吸能效果降低；采用二次泡沫化铝合金异型件的能量吸收器，可将吸收效率提高10％以上，满足各种高技术领域的能量吸收应用。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种吸能效率高、不产生碎屑、可满足吸收特大冲击能量的，需要大型异型件要求的充填异型泡沫铝及铝合金的能量吸收器。

本发明的技术解决方案为：一种充填异型泡沫铝及铝合金的能量吸收器，由金属外壳和二次泡沫化铝及铝合金异型件组成，所述二次泡沫化铝及铝合金异型件为孔隙率在50.4％～93.8％变化，孔径1～5mm的二次泡沫化铝及铝合金异型件。二次泡沫化铝及铝合金异型件为球形、圆柱形。二次泡沫化铝及铝合金异型件的堆积密度V_泡沫铝/V_壳体在30.0％～95.0％。二次泡沫化铝及铝合金异型件的尺寸在3～50mm。

本发明获得如下技术效果：

1、本发明采用铝及铝合金作为基体材料的不同直径的球形件及不同大小的圆柱等填充件，可以根据吸能要求及环境采用不同的堆积密度在异型壳体中进行堆积，制成的异型能量吸收器质量更轻，吸能效率比整体泡沫铝提高10％以上。图1中三条曲线分别是平均密度均为0.6g/cm³的整体泡沫铝，泡沫铝球堆积和空心塑料球的应变-吸能效率响应曲线。其中泡沫铝合金球和塑料球均采用直径为3-5mm的小球用作压缩性能实验。(1)整体泡沫铝和泡沫铝球堆积应变-吸能效率响应曲线具有较为稳定的平台区。它们在较低的应力水平下可产生大的应变，由于其独特的压缩性能，具有良好的能量吸收能力和较大的能量吸收率。(2)采用整体泡沫铝时形变达到10％时开始进入能量吸收平台区，此时的吸能效率为59％；而采用泡沫铝球堆积时当形变量达到13％时才开始进入能量吸收平台区，其吸能效率高达82％，比整体泡沫铝合金的吸能效率更高，但平台区较整体泡沫铝要稍短。这是由于采用泡沫铝球堆积时形成的间隙吸能及泡沫铝球本身的吸能二者的综合作用。(3)采用空心塑料球的堆积方式时，应变发生初期时吸能效率瞬间达到很高，形变量达到15％后吸能效率急剧下降。从图中曲线表明如果采用塑料球等材料作为包装设计或人员保护，冲击力会在瞬间超过一定值，从而导致包装破坏和人员伤害。

2、本发明采用二次泡沫化方法制备的球形件及圆柱等异型件作填充件，外用壳包裹的方法，在压缩过程中避免碎屑的产生，保证周边人员及电子等设备的安全。

3、本发明采用二次泡沫化方法制备的球形件及圆柱等异型件作填充件，解决了制备异型及超大尺寸能量吸收器的方法，可满足吸收特大冲击能量的，需要大型异型件的要求。对于要保护的重要部件，采用焊接等方法制备各种大型异型中空箱体，在箱体中填满各种尺寸及孔隙率的泡沫铝合金球形、圆柱等异型件，当在大的冲击能量作用下，通过异型壳体变形、填充件堆积压缩转向密实、填充件本身的塑性变形三种方式的共同作用来起到能量吸收的作用。

4、本发明采用铝、铁、钛、铜及其合金中的一种作为壳体，同时对壳体的形状、厚度进行设计，可满足不同需求的吸能应用。

5、本发明采用铝、铁、钛、铜及其合金中的一种作为壳体，可进行防腐蚀及美观处理，以适应于更宽领域的应用。

6、本发明采用二次泡沫化方法制备的球形件、圆柱等异型件，可采用铝及多种铝合金作为基体材料，满足不同范围的吸能需求。

四、附图说明

图1三种多孔材料的形变与吸能效率对比图

图2二次泡沫化制备的泡沫铝合金球形及圆柱形等异型填充件(球形填充件平均直径23mm，圆柱形填充件平均直径12mm，高37mm。平均孔隙率73.07％，平均孔径1.7mm)。

图3为各种金属基体、各种外形尺寸的异型壳体。