[发明专利]一种钢质多孔复合棒材制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种钢质多孔复合棒材制备方法。

背景技术

多孔金属材料是多孔材料的一种，是对含有人为制造的孔隙的金属材料的统称，一般译为“porous metal”

金属多孔材料(又称为金属孔隙材料或者多孔金属材料)制备方法主要有粉末烧结法、添加发泡剂法、固-气共晶反应法、渗流铸造法、卷入气体法和空心球烧结法等。与传统的致密金属材料相比，多孔金属材料具有比重小、孔隙度高、透过性能好、比强度高、吸振、吸音以及绝热等优势。由于多孔金属材料的这些优良性能，其目前已经广泛使用在航天航空、军事工业、冶金、建筑、汽车、石油化工、医药、纺织、酿造等国防军事部门以及国民经济等部门。金属多孔材料可以用来制造减震器、缓冲器、吸能器、过滤器、流体透过器、热交换器、灭火器、发动机的排气消声器、催化剂载体、多孔金属电极、火箭鼻锥及尾翼的冷却发汗材料、水下潜艇的消音器等。

多孔金属由于存在着大量的孔洞，使其机械性能与金属本身存在一定差异，一般来说当密度减小时，多孔金属的力学性能将急速下降，其抗拉强度、弹性模量、屈服应力随孔隙率的增大而呈指数函数降低。例如多孔铝的抗拉强度只有铝的1/100左右，比强度约为铝的1/10。对于铁的多孔材料孔隙率一般为3％～30％，屈服强度范围为70MPa～200MPa，抗拉强度范围为150MPa～320MPa，并且随着孔隙率升高强度逐渐降低。例如，多孔铁材料孔隙率为7％时，屈服强度为130MPa，抗拉强度为220MPa；多孔铁材料孔隙率为12％时，屈服强度为125MPa，抗拉强度为200MPa。多孔金属力学性能随孔隙率变化的特性大大限制了其应用范围，比如很多结构材料，要求重量轻，同时还要强度高，一般的多孔材料无法满足。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种钢质多孔复合棒材制备方法，与过去的多孔金属棒材相比，该棒材具有重量轻、强度高的特点。

技术方案

一种钢质多孔复合棒材制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、坯料准备：将金属颗粒或金属粉放入钢管内部并压实，两端封闭钢管的两端，组成复合坯料；

步骤2、挤压模具制备：且挤压模具的半模角为25°～45°，工作带长度8～15mm；

步骤3、烧结：将加热炉升温到600℃～900℃温度，将复合坯料放入加热炉并通入氩气，再加热到该钢管的烧结温度，保温时间为1h～2h，使复合坯料在高温下发生冶金结合，内部金属颗粒之间发生冶金结合后得到烧结后的复合坯料；

烧结方法的工艺参数：首先，升温到放入复合坯料，同时通入氩气。然后，加热到1000℃～1200℃，保温1h～2h，使复合坯料在高温下发生冶金结合，内部金属颗粒之间发生冶金结合，

步骤4、连续挤压：将烧结后的复合坯料，放入挤压模具中进行挤压，以连续小变形热挤压加工成形，使复合坯料成为多孔复合棒材；

所述挤压的工艺参数：根据挤压比λ与多孔复合棒材的孔隙率ψ的关系λ＝1.05+ψ，确定模具的挤压比λ，挤压速度为≤10mm/s，挤压温度为1000℃～1200℃，挤压模具预热温度为150℃～200℃。

所述挤压比λ为1～1.5。

所述钢管的壁厚为钢管直径的3％～30％。

所述金属颗粒为金属球或圆柱金属颗粒。

所述金属球的直径为Ф0.5～Ф10mm。

所述金属棒材为直径Ф0.5～Ф5mm长3～8mm的金属棒材。

所述金属粉为100-200目的金属粉。

所述金属粉为铁粉。

所述挤压模具材料为45钢。

所述金属球或金属棒材为钢质。

有益效果

本发明提出的一种钢质多孔复合棒材制备方法，是一种由致密金属材料(结构钢)和金属颗粒(或金属粉)经一定成型方法制备的多孔复合棒材。本发明提出的钢质多孔复合棒材制备方法是用金属颗粒(或金属粉)与致密金属组成复合坯料，首先通过高温烧结过程使复合坯料发生冶金结合，然后实施连续小变形热挤压加工成形为多孔复合材料。此方法制备的钢质多孔复合材料内部具有一定孔隙率，能够达到一定减重量，同时具有较高强度。

本发明制备的钢质多孔复合棒材内部具有一定的孔隙率3％～30％，达到减重目的，比相同体积的实心棒材要减重3％～20％，同时外层的金属管能够保证良好的力学性能，抗拉强度可达200MPa～600MPa。相对于普通金属棒材，该金属杆成本较低。