[发明专利]一种锌基复合泡沫材料

说明书

本发明公开了一种锌基复合泡沫材料。锌合金由于较低的熔点和较大的比重，限制了在许多领域的应用。目前锌合金主要用于金属防腐蚀，而其他领域的应用远少于金属防腐。所以开发新型轻质锌合金材料具有重要意义。金属基复合泡沫材料具有许多优异的性能，开发锌基复合泡沫材料能拓展锌合金的应用范围。本发明在锌金属中加入一定成分比例的铝、铜、镁合金化元素，形成锌合金，在锌合金熔体中添加空心玻璃微珠，在一定时间内，用搅拌器以一定的速度进行机械搅拌，使空心玻璃微珠均匀分散在合金中，冷却凝固形成锌基复合泡沫材料。本锌基复合泡沫具有一定的孔隙率，而且具有密度低，压缩性能高，吸能能力和比吸能高的优点。本发明的锌基复合泡沫其空心玻璃微珠和基体相容性好，工艺制备方法简单，有良好的力学性能，在吸能缓冲、防撞减振及防爆抗振的汽车、航空航天、军事装备及船舶等领域具有很好应用前景。

技术领域

本发明属于防撞缓冲、吸能减振、防爆抗振技术领域，具体涉及一种锌基复合泡沫材料。

背景技术

泡沫金属材料和金属基复合泡沫具有低密度、高比压缩强度、高比刚度、高阻尼、高耐磨性、高疲劳强度、低热膨胀系数等诸多优良的物理特性，为制备轻结构、高吸能、吸声等功能性材料提供了可能。目前已经开发的泡沫金属材料及金属基复合泡沫等多孔材料已经开始应用于汽车、航空、国防、公共安全等领域，作为良好的防震吸能材料，降低了安全风险。但随着科学技术的发展，高速高冲击碰撞设备越来越多，大部分泡沫金属以及金属基复合泡沫材料的吸能、比吸能、吸能效率已不能满足防撞减震等安全性能的需求。

锌和锌合金主要应用在保护涂层、抗腐蚀材料、防撞减震、耐磨件、减速齿轮回转窑托轮瓦等领域。锌合金的比重较高，应用范围还比较窄，绝大部分应用于防腐和涂层领域。改善锌合金比重高的特性，拓展应用锌合金范围显得很重要。

发明内容

本发明目的是提供不同配比的锌基复合泡沫材料。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种锌基复合泡沫材料，基体为Zn-Al-Cu-Mg合金，在熔炼中加入一定体积分数的空心玻璃微珠，搅拌使玻璃空心微珠均匀分散到基体中。

所述锌基复合泡沫材料化学成分按照质量百分比为：Zn 82％-92％，Al 5％-20％，Mg 0.5-3％，Cu 1-2％；按照体积分数百分比，玻璃空心微珠为5-70vol.％,粒径50-100μm。

按照体积分数百分比，空心玻璃微珠为5-70vol.％。具体办法是先进行基体熔炼，测算基体密度，根据基体密度算出体积，称量相应体积的空心玻璃微珠。

按照上述配比，熔炼过程为：用中频感应熔炼炉加热衬套保护的石墨坩埚熔化锌；锌熔化后升温至650-700℃，加入铝和铜，保温8-10分钟；在铝铜合金和铝块熔化后搅拌均匀，随后降温至500-550℃，加入铝箔包裹的镁板，保温2-3分钟；用搅拌器搅拌合金液体，转速为400-800r/min，加入空心玻璃微珠，搅拌3-8分钟，冷却脱模。

按照上述方案，空心玻璃微珠全部进入合金中，形成闭孔结构的锌基复合泡沫。

按照上述方案，锌基复合泡沫材料密度降低为3.4-5.8g/cm³，孔隙率最高可达到55％，比吸能最高可达到36.0KJ/m³，吸能效率最高可达到67.5％，平均平台应力最高可达到238MPa。

本发明采用不同成分比例的铝含量和不同体积分数空心微珠进行试验。熔炼过程中采用相同工艺，加工后在万能试验机上进行准静态压缩测试。

本发明制备的锌基复合泡沫材料，既有普通复合泡沫材料的特征，又由于空心玻璃微珠的闭孔结构，提高了材料的均匀性、一致性、完整性，性能得到提高。

本发明有益效果在于：