[发明专利]一种泡沫铝原位填充薄壁管的制备方法

说明书

本发明涉及一种泡沫铝原位填充薄壁管及其制备方法。该泡沫铝原位填充薄壁管包括空心状薄壁管，在薄壁管内原位填充有泡沫铝，薄壁管与泡沫铝之间通过冶金结合实现无缝结合；薄壁管内填充的泡沫铝的孔隙率为40％‑90％。其制备方法为将填充有均匀混合的铝粉和尿素颗粒的薄壁圆管置于冷压模具中冷压压制成型，挤压脱模后切割成圆柱形预制块，将预制块水浴溶解去除尿素颗粒，而后干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为550‑660℃条件下保温2‑4h，制得泡沫铝原位填充薄壁管。本发明通过冶金结合实现了泡沫铝填充物与薄壁管内壁之间的无缝结合，二者协调变形最大程度上发挥出泡沫材料的吸能性能，提高了泡沫铝填充薄壁管的力学性能和吸能性。

技术领域

本发明涉及航空、汽车领域，尤其涉及一种泡沫铝原位填充薄壁管的制备方法。

背景技术

泡沫铝是近年发展起来的一种新型功能材料，具有轻质、高比刚度、宏观多孔、压缩应力-应变曲线包含一个很长的平稳区间等特点，材料本身的多孔效应使得泡沫铝具有比其基体材料高得多的吸能、阻尼性能。而对于管状材料，多具有低阻尼、易屈曲与吸能性差等缺陷。目前，多通过将泡沫铝填充到空心管材中，将二者性质进行有效结合。

对于现有的泡沫铝填充圆管结构，其制备方法大多是将制备好的泡沫铝切割成一定形状和尺寸，然后将其外加填充到空心管中。对于所填充的泡沫铝，目前常规做法是在大块泡沫金属上通过线切割或其他机加工手段获取所需尺寸和形貌的泡沫金属，不仅加工效率低下，并且切割过程产生废料较多，资源浪费严重。

公开号为CN104633291A的专利提出了一种高强度轻质泡沫铝钢管，在空心钢管本体内填充有泡沫铝，泡沫铝挤压在钢管本体内将钢管内部空间充实。公开号为CN104772933A的专利提出了一种泡沫铝填充双钢管复合构件，在外钢管与内钢管之间填充有泡沫铝。二者均通过填充泡沫铝实现了钢管强度的提高，但由于采用外加填充方法，泡沫铝与管壁之间存在间隙，影响填充管的强度和吸能性能，且间隙越大填充性能越差。综上，说明填充泡沫与薄壁管内壁之间的间隙越小，得到的填充圆管的性能越佳，且最理想的状态就是无缝结合。

Isabel Duarte等人在“Manufacturing and bending behaviour of in situfoam-filled aluminium alloy tubes”一文中提到了一种原位填充泡沫铝管，泡沫铝直接在薄壁铝管中原位发泡，文中采用氢化钛做发泡剂，与铝粉、硅粉混合进行原位发泡，制得的原位填充泡沫铝管的孔隙率难以精确控制，并且孔径不够均匀，尤其在与管壁接触部分造孔较小，使泡沫铝管性能不稳定，不利于在对质量和强度要求较高的条件下使用，限制了原位填充泡沫铝管的适用范围。

因此，提供一种可实现薄壁管与泡沫铝填充物无缝结合、孔径均匀、质轻、强度高、吸能性好的泡沫金属填充件，是本领域需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现薄壁管与泡沫铝填充物无缝结合、孔隙较均匀、质轻、强度高、吸能性好的泡沫铝原位填充薄壁管的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种泡沫铝原位填充薄壁管的制备方法，通过以下步骤制得：将填充有均匀混合的铝粉和尿素颗粒的薄壁圆管置于冷压模具中，在压制压力为300-600MPa、保压时间240-600s的条件下利用冷压圆柱进行压制，挤压后脱模切割成含尿素颗粒的圆柱形预制块，将预制块通过水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为550-660℃条件下保温2-4h，制得泡沫铝原位填充薄壁管。

进一步的，所述铝粉和尿素颗粒的质量比为0.2-3.2:1。

进一步的，所述铝粉颗粒的粒径大小为20-200μm，所述尿素颗粒的粒径大小为0.3-3mm。

进一步的，所述薄壁管的外壁直径比冷压凹模具内径小0.1-2mm，所述薄壁管的内壁直径比冷压圆柱的外径大0.1-2mm。