[发明专利]一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法

说明书

本发明涉及材料成形技术领域，具体涉及一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，根据实际需求，通过控制不同规格泡沫金属的孔洞密度梯度变化方式和孔洞密度差异范围，获得密度柔性变化且稳定可控的泡沫金属，然后通过合适连接方式，制备填充密度梯度变化可控的多规格泡沫金属薄壁复合管件，从而扩大薄壁管件的应用范围，为汽车设计工程师们提供更大的设计空间。

技术领域

本发明涉及材料成形技术领域，具体涉及一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，具体是一种孔洞结构及尺寸稳定且密度梯度可控的填充泡沫金属薄壁复合管的制备方法。

背景技术

固态泡沫金属，拥有高强度和低比重特点，结合了高抗压强度与良好的能量吸收特性。泡沫金属具备众多优异性能，在汽车工业领域，消费者和汽车生产厂商尤为看重它的碰撞吸能性能。随着社会及工业的进一步发展，近年来发现密度梯度变化的泡沫金属结构具有比单一密度泡沫金属材料更好的吸能特性，变形模式更加稳定。相比于单一均匀密度材料，密度变化的泡沫金属材料制备原理复杂，实际制备非常困难，难以得到性能稳定的产品。因此如何制备出性能稳定、密度变化可控的泡沫金属材料对部件吸能能力的研究具有重大意义。

汽车行业研究人员经过大量的实际实验发现，填充有泡沫金属的薄壁管件能有效改善整体结构的变形模式并提高吸能效率。不仅如此，通过有限元模拟和优化算法发现填充有密度变化泡沫金属的薄壁管件无论是在轴向、横向还是倾斜角度的压力下其吸能效率可进一步得到提高且变形模式更加稳定。在这种情况下，亟需为此发明一种制备密度变化可控泡沫金属的既经济又工艺简单的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种制备填充密度梯度变化可控泡沫金属薄壁复合管的方法，通过调整泡沫金属粉末和发泡剂粉末的混合比例以及调整发泡剂粉末的预处理制度来获得不同粉末混合前驱体；根据目标性能分别将不同混合前驱体置入冷压模具腔体内，通过顺序放入天然橡胶垫片将不同混合前驱体分隔，并通过CIP法冷压成紧实预制体；将上述预制体加热至天然橡胶剧烈降解温度使其气化、分解，再通过复压及挤压工艺获得密度达到实体密度98％以上的发泡预制体；将预制体裁剪成所需规格及形状并在电阻炉中进行发泡处理，冷却后得到密度梯度变化的泡沫金属稳定多孔结构；根据胶粘或焊接连接法使密度梯度变化的泡沫金属与薄壁管进行有效复合制得填充密度梯度变化可控的泡沫金属薄壁复合管。本发明可以通过改变混合前驱体层数、粉末混合比例、预处理制度和铺设方式，制备出密度梯度变化可控且稳定的填充泡沫金属薄壁复合管。

具体技术方案如下：

一种制备填充密度梯度可控泡沫金属薄壁复合管的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：确定目标产品的规格和性能要求，选定密度变化泡沫金属层的对应层数n和各层泡沫金属14的相对密度，并通过结构分析选择适用于实际需求的最优密度梯度形式，可以制备的三种泡沫金属梯度形式有：

(1)如目标产品17中填充的泡沫金属14中孔洞密度沿轴向逐渐升高或降低：所述n层混合粉末随层数从1、2、3……n层逐步铺设时，通过逐渐增加或减少混合粉末中发泡剂粉末2的相对含量，也可逐步升高或降低发泡剂粉末2的预处理温度或时间来实现目标泡沫金属梯度形式。

(2)如目标产品18中填充泡沫金属14中孔洞在两端相对密度低，中间相对密度高：所述n层混合粉末随层数从1、2、3……n层逐步铺设时，适当增加两端混合粉末中发泡剂粉末2含量或适当降低中间发泡剂粉末2含量；亦或通过降低两端发泡剂粉末2的预处理温度，提高预处理时间或适当提高中间发泡剂的预处理温度，或降低预处理时间来实现目标泡沫金属梯度形式。

(3)如目标产品19中填充泡沫金属14中孔洞在两端相对密度高，中间相对密度低：所述n层混合粉末随层数从1、2、3……n层逐步铺设时，适当减少两端混合粉末中发泡剂粉末2的含量或适当提高中间发泡剂粉末2的含量；亦或通过提高两端发泡剂粉末2的预处理温度，降低预处理时间或适当降低中间发泡剂预处理温度，或提高预处理时间来实现目标泡沫金属梯度形式。