專利名稱：一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料加工領(lǐng)域，特別涉及泡沫材料制造與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
泡沫材料具有重量輕、隔音、隔熱、防振、耐沖擊以及優(yōu)良的電學(xué)性能和可回收性等特點(diǎn)，在汽車、航空、航天、交通、能源以及海陸空武器裝備、通信、等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此，是近年來國際材料及其加工領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向之一。目前，雖然泡沫材料的研究受到國內(nèi)外學(xué)者以及產(chǎn)業(yè)界的普遍重視，但真正規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用并不多，其原因是泡沫材料的制備工藝的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全取得突破；孔結(jié)構(gòu)控制難等一系列問題。雖然粉末冶金發(fā)泡法具有生產(chǎn)工藝相對簡單，能夠根據(jù)需求近終成形，直接做成復(fù)雜形狀的零件，無需加工和粘結(jié)等優(yōu)點(diǎn)，但由于其原料價格較貴，且成品尺寸受到限制。因此，在應(yīng)用上受到很大的限制。累積疊軋焊法是采用工業(yè)板材以及通用的軋制和熱處理設(shè)備，無需增加任何專用設(shè)備，生產(chǎn)工序少，降低了生產(chǎn)成本；并且多次反復(fù)軋制使得發(fā)泡劑顆粒細(xì)化并且致密化，結(jié)合強(qiáng)度高。但采用該方法制備的泡沫鋁夾心板，需要50%以上的壓下量，并且，生產(chǎn)效率低，成本也較高，發(fā)泡劑分布也不均勻。此外，該方法只適合制備板狀材料，產(chǎn)品的形狀受到限制。目前多數(shù)制備工藝方法都無法制造出管壁由泡沫材料與黑色金屬、有色金屬構(gòu)成的金屬/泡沫材料/金屬夾層結(jié)構(gòu)的管材。因此，如何進(jìn)一步降低成本，提出更穩(wěn)定、更具有可重復(fù)性和孔結(jié)構(gòu)更易控制的管壁由泡沫材料與黑色金屬、有色金屬構(gòu)成的金屬/泡沫材料/金屬夾層結(jié)構(gòu)的管材的工藝技術(shù)，并能實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的低成本規(guī)?；a(chǎn)，獲得無缺陷的、性能優(yōu)良的、質(zhì)量可控的泡沫金屬，是推進(jìn)泡沫金屬工業(yè)化應(yīng)用和提高應(yīng)用水平的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，為進(jìn)一步降低成本，提出更穩(wěn)定、更具有可重復(fù)性和孔結(jié)構(gòu)更易控制的管壁由泡沫材料與黑色金屬、有色金屬構(gòu)成的金屬/泡沫材料/金屬夾層結(jié)構(gòu)的管材的工藝技術(shù)，并能實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的低成本規(guī)模化生產(chǎn)，獲得無缺陷的、性能優(yōu)良的、質(zhì)量可控的泡沫金屬。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，是將含有TiH2或SrCO3的發(fā)泡劑粉末放入細(xì)管材內(nèi)，再將多根裝有發(fā)泡劑粉末的細(xì)管， 封裝在與細(xì)管相同材質(zhì)的，由兩個尺寸不同的外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中，經(jīng)擠壓加工致密后，制成金屬/泡沫材料/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的前驅(qū)體，將管材的前驅(qū)體放置在由外壁金屬管材與內(nèi)壁金屬管材構(gòu)成的空腔中，經(jīng)過通常的發(fā)泡處理后，得到金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材。所述裝入發(fā)泡劑的細(xì)管為金屬，內(nèi)徑為3 50mm，壁厚廣20mm，長度大于300mm。進(jìn)一步的，所述裝入發(fā)泡劑的細(xì)管為鋁或鋁合金。
所述外管和內(nèi)管構(gòu)成空腔的組合體采用與細(xì)管相同的材料，或采用與金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的內(nèi)、外壁材質(zhì)相同的材料。利用通常的焊接、鉚接方法加工成由外管和內(nèi)管構(gòu)成空腔的組合體。所述外管的尺寸為外徑5(T500mm，壁厚大于2mm，長度大于100mm;所述內(nèi)管的尺寸為外徑l(T300mm，壁厚大于2mm，長度大于100mm。 所述外壁金屬管材的尺寸為外徑5(T500mm，壁厚大于1mm，長度大于100mm;所述內(nèi)壁金屬管材的尺寸為外徑l(T300mm，壁厚大于1mm，長度大于100mm。一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，包括以下步驟
(1)將發(fā)泡劑放入細(xì)管內(nèi)將金屬管材的一端，用金屬塊或樹脂塞封住，將發(fā)泡劑放入細(xì)管內(nèi)，經(jīng)過冷壓后，用金屬塊或樹脂將發(fā)泡劑封在細(xì)管內(nèi)；
(2)將多根裝有發(fā)泡劑的細(xì)管封裝在由外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中將多根裝有發(fā)泡劑的細(xì)管擺放在由外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中，并用發(fā)泡劑密實管材與管材、管材與外管、內(nèi)管之間的縫隙中，然后采用焊接、鉚接加工，將多根裝有發(fā)泡劑的細(xì)管封裝在由外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中，制成復(fù)合坯；其中，外管的尺寸為外徑5(T500mm，壁厚大于2mm，長度大于 IOOmm ；內(nèi)管的尺寸為外徑l(T300mm，壁厚大于2mm，長度大于IOOmm ；
(3)擠壓加工將復(fù)合坯采用常規(guī)的擠壓加工方法，進(jìn)行變形加工；制造成金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的前驅(qū)體；前驅(qū)體的相對密度大于90% ；所述擠壓加工方法采用冷擠壓加工或熱擠壓加工，采用熱擠壓加工時，加熱溫度應(yīng)低于發(fā)泡劑的分解溫度，以防止發(fā)泡劑在擠壓過程中發(fā)生分解；
(4)將金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的前驅(qū)體，放置在由外壁金屬管材與內(nèi)壁金屬管材構(gòu)成的空腔中，采用焊接、鉚接加工，制成一個組合體；所述外壁金屬管材的尺寸為外徑5(T500mm，壁厚大于1mm，長度大于IOOmm ；所述內(nèi)壁金屬管材的尺寸為外徑 l(T300mm，壁厚大于1mm，長度大于IOOmm ；內(nèi)壁金屬管材與外壁金屬管材的內(nèi)壁之間的尺寸為前驅(qū)體壁厚的廣10倍；
(5)發(fā)泡處理采用通常的發(fā)泡處理方法，對由步驟4形成的組合體進(jìn)行發(fā)泡處理，金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材。所述步驟(3)中所采用的熱擠壓加工，加熱溫度應(yīng)低于發(fā)泡劑的分解溫度，當(dāng)發(fā)泡劑為TiH2，其加熱溫度應(yīng)低于350°C ；當(dāng)發(fā)泡劑為SrCO3時，其加熱溫度應(yīng)低于1050°C。
圖1是一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，具體實施方式
如下
實施例1 :7075鋁合金/泡沫鋁/7075鋁合金夾層結(jié)構(gòu)管材的制造 1.將發(fā)泡劑封裝在細(xì)管內(nèi)
工業(yè)純鋁細(xì)管外徑為20mm、內(nèi)徑為10mm、鋸切長度為800mm，將管材的一端，用工業(yè)純鋁塊封住，發(fā)泡劑TiH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其它為Al粉，將TiH2與Al粉在常溫常壓下混合均勻后裝入工業(yè)純鋁管材中進(jìn)行冷擠壓，用普通的鋁塊將發(fā)泡劑封在管材內(nèi)。2.制作復(fù)合管工業(yè)純鋁外管外徑為240mm，內(nèi) 徑為220mm，工業(yè)純鋁內(nèi)管外徑為100mm，內(nèi)徑為 80mm，采用通常鉚接加工方法，制成使外管內(nèi)壁與內(nèi)管外壁之間的尺寸為60mm的復(fù)合管。3.制作泡沫鋁前驅(qū)體
采用通常鉚接加工方法，將多根裝有發(fā)泡劑粉末的工業(yè)純鋁細(xì)管，封裝在與用工業(yè)純鋁制成的，由兩個尺寸不同的外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中。制成由裝有發(fā)泡劑的工業(yè)純鋁細(xì)管與復(fù)合管形成的復(fù)合管坯，在室溫條件下，將復(fù)合坯進(jìn)行擠壓加工，制成內(nèi)徑為80mm，夕卜徑為88mm的泡沫鋁前驅(qū)體。將泡沫鋁前驅(qū)體鋸切成長度為1000mm。4.發(fā)泡處理制備7075鋁合金/泡沫鋁/7075鋁合金夾層結(jié)構(gòu)管材
將泡沫鋁前驅(qū)體，放置在由7075鋁合金外壁管材與內(nèi)壁管材構(gòu)成的空腔中，采用通常的焊接、鉚接加工，制成一個組合體。外壁7075鋁合金管材的尺寸為外徑110mm，內(nèi)徑為90mm，長度為1000mm。內(nèi)壁7075鋁合金管材的尺寸為外徑70mm，內(nèi)徑為50mm，長度為 1000mm。將組合體裝入加熱爐中進(jìn)行發(fā)泡處理，發(fā)泡溫度為650°C，發(fā)泡時間為lOmin。由此制成7075鋁合金/泡沫鋁/7075鋁合金夾層結(jié)構(gòu)管材的制造。實施例2 合金鋼/泡沫鐵/合金鋼夾層結(jié)構(gòu)管材的制造 1將發(fā)泡劑封裝在細(xì)管內(nèi)
工業(yè)純鐵細(xì)管外徑為20mm、內(nèi)徑為10mm、鋸切長度為800mm，將管材的一端，用工業(yè)純鐵塊封住，發(fā)泡劑SrCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，其它為Fe粉，將SrCO3與Fe粉在常溫常壓下混合均勻后裝入工業(yè)純鐵管材中進(jìn)行冷壓，用普通的鐵塊將發(fā)泡劑封在管材內(nèi)。2制作復(fù)合管
工業(yè)純鐵外管外徑為240mm，內(nèi)徑為220mm，工業(yè)純鐵內(nèi)管外徑為100mm，內(nèi)徑為 80mm，采用通常鉚接加工方法，制成使外管內(nèi)壁與內(nèi)管外壁之間的尺寸為60mm的復(fù)合管。3制作泡沫鐵前驅(qū)體
采用通常鉚接加工方法，將多根裝有發(fā)泡劑粉末的工業(yè)純鐵細(xì)管，封裝在與用工業(yè)純鐵制成的，由兩個尺寸不同的外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中。制成由裝有發(fā)泡劑的工業(yè)純鐵細(xì)管與復(fù)合管形成的復(fù)合管坯，將復(fù)合坯進(jìn)行擠壓加工，加熱溫度為900°C，制成內(nèi)徑為 80mm，外徑為88mm的泡沫鐵前驅(qū)體。將泡沫鐵前驅(qū)體鋸切成長度為1000mm。4發(fā)泡處理制備合金鋼/泡沫鐵/合金鋼夾層結(jié)構(gòu)管材
將泡沫鐵前驅(qū)體，放置在由合金鋼外壁管材與內(nèi)壁管材構(gòu)成的空腔中，采用通常的焊接、鉚接加工，制成一個組合體。外壁合金鋼管材的尺寸為外徑110mm，內(nèi)徑為90mm，長度為1000mm。內(nèi)壁合金鋼管材的尺寸為外徑70mm，內(nèi)徑為50mm，長度為1000mm。將組合體裝入加熱爐中進(jìn)行發(fā)泡處理，發(fā)泡溫度為1350°C，發(fā)泡時間為5min。由此制成合金鋼/泡沫鐵/合金鋼夾層結(jié)構(gòu)管材的制造。實施例3 :TC4鈦合金/泡沫鋁/TC4鈦合金夾層結(jié)構(gòu)管材的制造
與實施例1的不同之處在于制備出泡沫鋁前驅(qū)體以后，是放置在TC4鈦合金外壁管材與內(nèi)壁管材構(gòu)成的空腔中，最后制備出的是TC4鈦合金/泡沫鋁/TC4鈦合金夾層結(jié)構(gòu)的管材。
權(quán)利要求
1.一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，其特征在于，將含有TiH2或 SrCO3W發(fā)泡劑粉末放入細(xì)管材內(nèi)，再將多根裝有發(fā)泡劑粉末的細(xì)管，封裝在與細(xì)管相同材質(zhì)的，由兩個尺寸不同的外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中，經(jīng)擠壓加工致密后，制成金屬/泡沫材料/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的前驅(qū)體，將管材的前驅(qū)體放置在由外壁金屬管材與內(nèi)壁金屬管材構(gòu)成的空腔中，經(jīng)過通常的發(fā)泡處理后，得到金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，其特征在于，裝入發(fā)泡劑的細(xì)管為金屬，內(nèi)徑為3 50mm，壁厚廣20mm，長度大于300mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，其特征在于，所述外管和內(nèi)管構(gòu)成空腔的組合體采用與細(xì)管相同的材料，或采用與金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的內(nèi)、外壁材質(zhì)相同的材料；利用通常的焊接、鉚接方法加工成由外管和內(nèi)管構(gòu)成空腔的組合體；所述外管的尺寸為外徑5(T500mm，壁厚大于2mm，長度大于 100mm;所述內(nèi)管的尺寸為外徑l(T300mm，壁厚大于2mm，長度大于100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，其特征在于，所述外壁金屬管材的尺寸為外徑5(T500mm，壁厚大于1mm，長度大于100mm;所述內(nèi)壁金屬管材的尺寸為外徑l(T300mm，壁厚大于1mm，長度大于100mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，其特征在于，所述裝入發(fā)泡劑的細(xì)管為鋁或鋁合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將發(fā)泡劑放入細(xì)管內(nèi)將金屬管材的一端，用金屬塊或樹脂塞封住，將發(fā)泡劑放入細(xì)管內(nèi)，經(jīng)過冷壓后，用金屬塊或樹脂將發(fā)泡劑封在細(xì)管內(nèi)；(2)將多根裝有發(fā)泡劑的細(xì)管封裝在由外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中將多根裝有發(fā)泡劑的細(xì)管擺放在由外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中，并用發(fā)泡劑密實管材與管材、管材與外管、內(nèi)管之間的縫隙中，然后采用焊接、鉚接加工，將多根裝有發(fā)泡劑的細(xì)管封裝在由外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中，制成復(fù)合坯；其中，外管的尺寸為外徑5(T500mm， 壁厚大于2mm，長度大于100mm;內(nèi)管的尺寸為外徑l(T300mm，壁厚大于2mm，長度大于 IOOmm ；(3)擠壓加工將復(fù)合坯采用常規(guī)的擠壓加工方法，進(jìn)行變形加工；制造成金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的前驅(qū)體；前驅(qū)體的相對密度大于90% ；所述擠壓加工方法采用冷擠壓加工或熱擠壓加工，采用熱擠壓加工時，加熱溫度應(yīng)低于發(fā)泡劑的分解溫度，以防止發(fā)泡劑在軋制擠壓過程中發(fā)生分解；(4)將金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的前驅(qū)體，放置在由外壁金屬管材與內(nèi)壁金屬管材構(gòu)成的空腔中，采用焊接、鉚接加工，制成一個組合體；所述外壁金屬管材的尺寸為外徑5(T500mm，壁厚大于1mm，長度大于IOOmm ；所述內(nèi)壁金屬管材的尺寸為外徑 l(T300mm，壁厚大于1mm，長度大于IOOmm ；內(nèi)壁金屬管材與外壁金屬管材的內(nèi)壁之間的尺寸為前驅(qū)體壁厚的廣10倍；(5)發(fā)泡處理采用通常的發(fā)泡處理方法，對由步驟4形成的組合體進(jìn)行發(fā)泡處理，金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，其特征在于，所述步驟⑶中所采用的熱擠壓加工，加熱溫度應(yīng)低于發(fā)泡劑的分解溫度；當(dāng)發(fā)泡劑為 TiH2其加熱溫度應(yīng)低于350°C ；當(dāng)發(fā)泡劑為SrCO3時，其加熱溫度應(yīng)低于1050°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的制造方法，該方法是將發(fā)泡劑粉末放入細(xì)管材內(nèi)，再將多根裝有發(fā)泡劑粉末的細(xì)管，封裝在與細(xì)管相同材質(zhì)的，、且由兩個尺寸不同的外管和內(nèi)管構(gòu)成的空腔中，經(jīng)擠壓加工致密后，制成金屬/泡沫材料/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材的前驅(qū)體，將管材的前驅(qū)體放置在由外壁金屬管材與內(nèi)壁金屬管材構(gòu)成的空腔中，經(jīng)過通常的發(fā)泡處理后，得到金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)管材。采用該方法，可以制造出管壁由泡沫金屬與黑色金屬、有色金屬構(gòu)成的金屬/泡沫金屬/金屬夾層結(jié)構(gòu)的管材。由此所得到的夾層結(jié)構(gòu)壁厚的管材具有高剛度、輕量化、減振，降噪的作用，有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B32B1/08GK102218851SQ201110124
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者任學(xué)平, 侯紅亮, 曲海濤, 李殊霞, 王耀奇, 趙艷君 申請人:北京科技大學(xué)