[发明专利]一种梯度多孔复合材料的原位制备方法

说明书

本发明涉及一种梯度多孔复合材料的原位制备方法，包括以下步骤：将铝合金加热至熔融态后加入增粘剂，得铝合金熔体；将预热好的氧化铝空心球加入铝合金熔体中，使氧化铝空心球在铝合金熔体中均匀分散，得半凝固态的铝基多孔复合材料；将预热好的铝质泡沫材料压入半凝固态下的铝基多孔复合材料中，冷却到室温，即得梯度多孔复合材料。该梯度多孔复合材料结合了闭孔泡沫金属的轻质、多功能的特性以及铝基多孔复合材料的高强度的特性，可以实现力学性能和变形行为的有效控制。本发明制备方法可使泡沫金属与铝基多孔复合材料间的界面形成冶金结合，实现了梯度多孔复合材料的原位制备，并具有生产成本低和生产效率高等特点，有利于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种多孔材料的制备，具体地说是一种梯度多孔复合材料的原位制备方法。

背景技术

多孔材料是结构-功能一体化材料，它的结构特征包括低密度、高比强度以及优异的能量吸收性能和功能特性（如吸声减震、电磁屏蔽和耐热阻燃等），使其在航空航天、汽车、高铁和军事装备等领域的应用得到了快速的发展。传统闭孔泡沫金属的密度低，具有显著的轻量化效果。然而，闭孔泡沫金属内部孔洞的不均匀分布，导致其在压缩变形过程中的失效位置不易控制。低强度和有限的吸能特性，导致闭孔泡沫金属难以满足防护的要求。铝基多孔复合材料由金属基体和多孔增强体组成，可以通过改变增强体的尺寸和含量调控孔隙率。在压缩过程中增强体起支撑作用，可以显著提升铝基多孔复合材料的力学性能和吸能性能。

梯度多孔材料是通过设计各组成部分的空间分布规律，使其呈现梯度变化，从而得到具有特定性能的多孔材料，并达到优化整体使用性能的目的，从而满足实际工程应用的需要。

在梯度多孔材料的内部一般是包含相同类型的多孔材料，对压缩力学性能和变形失效行为的影响有限。不同类型的多孔材料在密度和压缩性能上具有显著的差别，将其组合为梯度多孔材料有助于充分发挥各自的优势。目前多是采用粘结剂或机械结合的方式，将两种具有不同特征的多孔材料结合在一起，制备梯度多孔材料，但其界面在载荷作用下将会预先失效，导致梯度多孔材料的承载能力降低。因此，不成熟的制备工艺限制了梯度多孔材料的工程应用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种梯度多孔复合材料的原位制备方法，以解决现有梯度多孔材料存在的内部界面结合强度不足以及对力学性能和变形失效行为的影响有限等问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种梯度多孔复合材料的原位制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化铝空心球置于箱式炉中，在200℃~500℃的温度下预热保温30min~120min；

（2）将铝合金加热至熔融态，待熔体温度稳定保持在高于其熔点100℃~200℃时，向其中加入增粘剂，再以100r/min~1000r/min机械搅拌5min~20min，得到增粘后的铝合金熔体；

（3）将预热好的氧化铝空心球加入增粘后的铝合金熔体中，氧化铝空心球的加入量占铝合金熔体总体积的35%~55%，搅拌3 min~15min，使氧化铝空心球在铝合金熔体内均匀分布，静置保温1min~10min，得到处于半凝固态下的铝基多孔复合材料；

（4）将铝质泡沫材料的外表面打磨，在去除材料表面的氧化皮后，将其置于箱式炉中，在200℃~500℃的温度下预热保温3min~10min；

（5）将预热好的铝质泡沫材料直接压入处于半凝固态下的铝基多孔复合材料中，在冷却至室温后即得梯度多孔复合材料。

进一步地，所述氧化铝空心球的外径为1.0mm~6.0mm，壁厚为0.1mm~0.5mm。

进一步地，所述铝合金为铸造铝合金或变形铝合金。

进一步地，所述增粘剂为金属钙颗粒，其加入量为铝合金熔体总质量的1.0%~8.0%。