本發(fā)明屬于復(fù)合金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著“節(jié)能環(huán)?！钡睦砟钤絹碓奖簧鐣?huì)廣泛關(guān)注，輕量化也逐步應(yīng)用到普通汽車領(lǐng)域，在提高操控性的同時(shí)還能有出色的節(jié)油表現(xiàn)。降低汽車重量的途徑是在車身上大量使用輕型多孔材料，如鋁、鎂等合金多孔材料、聚氨酯夾心板材料，這些材料的制造成本較高，鋁、鎂等合金多孔材料只能采取本體金屬熱融發(fā)泡，而該方法制備的材料孔隙均勻性極差，通孔與閉孔互相混合并存，無法有效起到汽車輕量化的作用，同時(shí)，孔隙的不均性也會(huì)造成材料的承受力不均勻；聚氨酯夾心板材料應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，其強(qiáng)度和阻燃性較差，嚴(yán)重影響汽車的行駛安全性。如何研制出高強(qiáng)度、輕量化的優(yōu)質(zhì)多孔金屬復(fù)合材料仍是本領(lǐng)域的一大難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有汽車用復(fù)合材料存在的上述問題，提供一種能夠有效降低汽車整車質(zhì)量、可吸收撞擊能量、可塑性高、阻燃性強(qiáng)的輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法：

在真空熱處理?xiàng)l件下，在多孔基體材料的表層采用熱滲透技術(shù)負(fù)載al-ti-sic合金粉末，再于合金粉末表面涂覆聚氨酯樹脂膜，并在300～500℃條件下烘干即可，

其中，多孔基體材料為多孔泡沫鐵，其厚度為1～50mm，開孔率為20～90％，質(zhì)量密度為800～3500g/m²，平均孔徑為100-500um，

作為優(yōu)選：對(duì)多孔泡沫鐵進(jìn)行熱滲透之前，先將其置于溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)5～8％的稀鹽酸溶液中浸泡5～10min，去除材料表面的氧化膜，隨后將材料用自來水清洗干凈并烘干；

負(fù)載al-ti-sic合金粉末的方法為，將氫氧化鋁粉末、二氧化鈦粉末、碳化硅粉末以及水混合充分，于2.0*10^-2pa的真空度、800～1500℃的熱滲透溫度下，對(duì)多孔基體材料進(jìn)行真空熱滲透，直至合金粉末滲透進(jìn)入多孔基底材料厚度的1/5～2/5，再將負(fù)載后的多孔基體材料置于500～1000℃下保溫5～10小時(shí)，

其中，氫氧化鋁粉末、二氧化鈦粉末、碳化硅粉末以及水的用量按重量百分比計(jì)算為，氫氧化鋁粉末70～85％、二氧化鈦粉末5～10％、碳化硅粉末5～10％、水5～10％，氫氧化鋁粉末、二氧化鈦粉末、碳化硅粉末的顆粒尺寸均為0.05～1.5mm，

通過擠壓設(shè)備將分子量為10000～50000的聚氨酯樹脂擠壓到材料內(nèi)孔，以實(shí)現(xiàn)聚氨酯樹脂在合金粉末表面的涂覆，擠壓壓力控制在0.1～1mpa，通過擠壓壓力控制聚氨酯樹脂進(jìn)入基材的縱向深度為1～5mm。

本發(fā)明的有益效果在于：主體材料為多孔泡沫金屬，能有效減輕汽車重量，重量可下降60％以上；

本發(fā)明在選擇氫氧化鋁作為合金粉末的基礎(chǔ)上采用熱滲透的涂覆工藝，熱滲透涂覆過程中氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為氧化鋁，并且與二氧化鈦等其他成分綜合反應(yīng)后形成了共熔體，結(jié)構(gòu)更為牢固，涂層整體性更好，

材料具有高強(qiáng)度、高抗疲勞性，由此制作的結(jié)構(gòu)材料不僅具有較高的承載強(qiáng)度，同時(shí)可以吸收60％以上撞擊能量，大大提升了汽車的安全性能；

在多孔金屬材料表層負(fù)載了高強(qiáng)度的al-ti-sic合金，保留了其內(nèi)部孔連接結(jié)構(gòu)的致密性和強(qiáng)度，更有效增強(qiáng)了材料的抗拉強(qiáng)度和延伸性能，提升了常規(guī)多孔金屬抗沖擊性能，由此采用該材料制作的汽車防護(hù)板以及相關(guān)結(jié)構(gòu)件，其耐沖擊、吸收能量性能、體積質(zhì)量比更加優(yōu)越；

本發(fā)明采用熱滲透的工藝解決了現(xiàn)有熱噴涂技術(shù)所造成的環(huán)境污染以及噴涂不均勻的問題，采用表面樹脂封裝技術(shù)，解決了金屬材料在使用環(huán)境中的耐腐蝕問題以及增強(qiáng)了材料的鋼度。工藝成本低，易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1步驟(2)中負(fù)載到多孔基體材料上的合金粉末的sem圖，可見該合金粉末負(fù)載物形成了共熔體，結(jié)構(gòu)致密、平整；

圖2為對(duì)比實(shí)施例1步驟(2)中負(fù)載到多孔基體材料上的合金粉末的sem圖，可見合金粉末負(fù)載物中各成分呈顆粒狀分散存在，未形成共熔體。

圖3為對(duì)比實(shí)施例2步驟(2)中負(fù)載到多孔基體材料上的合金粉末的sem圖，可見合金粉末負(fù)載物中各成分呈顆粒狀分散存在，未形成共熔體。

圖4為對(duì)比實(shí)施例3步驟(2)中負(fù)載到多孔基體材料上的合金粉末的sem圖，可見合金粉末負(fù)載物中各成分呈顆粒狀分散存在，未形成共熔體。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)將開孔率為20％且分布均勻、厚度為5mm、質(zhì)量密度為850g/m²的多孔泡沫鐵板材置于溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的稀鹽酸溶液中浸泡5min以去除材料表面的氧化膜，隨后用自來水清洗干凈并低溫烘干；

(2)將氫氧化鋁粉末、二氧化鈦粉末、碳化硅粉末(顆粒尺寸均為0.05mm)以及水按重量百分比70％：10％：10％：10％混合充分，于2.0*10^-2pa的真空度、800℃的熱滲透溫度下，對(duì)經(jīng)過步驟(1)處理的多孔泡沫鐵板材進(jìn)行真空熱滲透，直至合金粉末滲透進(jìn)入多孔基底材料厚度的2/5，再將負(fù)載后的多孔泡沫鐵板材置于500℃、有氮?dú)夥毡Ｗo(hù)的熱處理爐中保溫5小時(shí)，所得合金粉末的sem圖如附圖1所示；

(3)在步驟(2)中負(fù)載的合金粉末上，通過擠壓設(shè)備將分子量為10000的聚氨酯樹脂擠壓到材料內(nèi)孔，擠壓壓力控制在0.1mpa，聚氨酯樹脂進(jìn)入基材的縱向深度為1mm，并在300℃下烘干。

對(duì)本實(shí)施例中制備的輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料與相應(yīng)的多孔泡沫鐵板材基體分別進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、拉伸率等性能的對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，

表1

實(shí)施例2

(1)將開孔率為50％且分布均勻、厚度為15mm、質(zhì)量密度為1000g/m²的多孔泡沫鐵板材置于溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％的稀鹽酸溶液中浸泡8min以去除材料表面的氧化膜，隨后用自來水清洗干凈并低溫烘干；

(2)將氫氧化鋁粉末、二氧化鈦粉末、碳化硅粉末(顆粒尺寸均為0.2mm)以及水按重量百分比75％：5％：10％：10％混合充分，于2.5*10^-2pa的真空度、900℃的熱滲透溫度下，對(duì)經(jīng)過步驟(1)處理的多孔泡沫鐵板材進(jìn)行真空熱滲透，直至合金粉末滲透進(jìn)入多孔基底材料厚度的1/5，再將負(fù)載后的多孔泡沫鐵板材置于700℃、有氮?dú)夥毡Ｗo(hù)的熱處理爐中保溫6小時(shí)；

(3)在步驟(2)中負(fù)載的合金粉末上，通過擠壓設(shè)備將分子量為20000的聚氨酯樹脂擠壓到材料內(nèi)孔，擠壓壓力控制在0.3mpa，聚氨酯樹脂進(jìn)入基材的縱向深度為2mm，并在400℃下烘干。

對(duì)本實(shí)施例中制備的輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料與相應(yīng)的多孔泡沫鐵板材基體分別進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、拉伸率等性能的對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示，

表2

實(shí)施例3

(1)將開孔率為75％且分布均勻、厚度為30mm、質(zhì)量密度為2500g/m²的多孔泡沫鐵板材置于溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％的稀鹽酸溶液中浸泡9min以去除材料表面的氧化膜，隨后用自來水清洗干凈并低溫烘干；

(2)將氫氧化鋁粉末、二氧化鈦粉末、碳化硅粉末(顆粒尺寸均為0.8mm)以及水按重量百分比80％：10％：5％：5％混合充分，于2.5*10^-2pa的真空度、1000℃的熱滲透溫度下，對(duì)經(jīng)過步驟(1)處理的多孔泡沫鐵板材進(jìn)行真空熱滲透，直至合金粉末滲透進(jìn)入多孔基底材料厚度的1/5，再將負(fù)載后的多孔泡沫鐵板材置于800℃、有氮?dú)夥毡Ｗo(hù)的熱處理爐中保溫7小時(shí)；

(3)在步驟(2)中負(fù)載的合金粉末上，通過擠壓設(shè)備將分子量為30000的聚氨酯樹脂擠壓到材料內(nèi)孔，擠壓壓力控制在0.5mpa，聚氨酯樹脂進(jìn)入基材的縱向深度為3mm，并在450℃下烘干。

對(duì)本實(shí)施例中制備的輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料與相應(yīng)的多孔泡沫鐵板材基體分別進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、拉伸率等性能的對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示，

表3

實(shí)施例4

(1)將開孔率為90％且分布均勻、厚度為50mm、質(zhì)量密度為3500g/m²的多孔泡沫鐵板材置于溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％的稀鹽酸溶液中浸泡10min以去除材料表面的氧化膜，隨后用自來水清洗干凈并低溫烘干；

(2)將氫氧化鋁粉末、二氧化鈦粉末、碳化硅粉末(顆粒尺寸均為1.5mm)以及水按重量百分比85％：5％：5％：5％混合充分，于3.0*10^-2pa的真空度、1500℃的熱滲透溫度下，對(duì)經(jīng)過步驟(1)處理的多孔泡沫鐵板材進(jìn)行真空熱滲透，直至合金粉末滲透進(jìn)入多孔基底材料厚度的1/5，再將負(fù)載后的多孔泡沫鐵板材置于1000℃、有氮?dú)夥毡Ｗo(hù)的熱處理爐中保溫8小時(shí)；

(3)在步驟(2)中負(fù)載的合金粉末上，通過擠壓設(shè)備將分子量為50000的聚氨酯樹脂擠壓到材料內(nèi)孔，擠壓壓力控制在0.6mpa，聚氨酯樹脂進(jìn)入基材的縱向深度為5mm，并在500℃下烘干。

對(duì)本實(shí)施例中制備的輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料與相應(yīng)的多孔泡沫鐵板材基體分別進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、拉伸率等性能的對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4所示，

表4

對(duì)比實(shí)施例1

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，僅將步驟(2)中的“氫氧化鋁粉末”替換為等摩爾、等尺寸的氧化鋁粉末，其余組分、操作不變。

結(jié)果步驟(2)中熱處理后得到的合金粉末的sem圖如附圖2所示。

對(duì)比實(shí)施例2

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，僅將步驟(2)中的熱滲透工藝用磁控濺射工藝替代，其余組分、操作不變。

結(jié)果步驟(2)中熱處理后得到的合金粉末的sem圖如附圖3所示。

對(duì)比實(shí)施例3

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，僅將步驟(2)中的熱滲透工藝用熱涂覆工藝替代，其余組分、操作不變。

結(jié)果步驟(2)中熱處理后得到的合金粉末的sem圖如附圖4所示。