[发明专利]一种仿生鱼鳞结构的金属材料制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生鱼鳞结构的金属材料制备方法，其包括以下步骤：制备片状结构：对铝材料加入磨球、乙醇、助磨剂进行磨制，之后过滤钢球得到铝粉液，铝粉液在乙醇溶液中超声分散，离心分离后干燥得到原材料；将原材料进行定向排列处理，然后放入模具中进行热压得到仿生鱼鳞结构。本发明制备出来的金属表现出较高的强度和韧性，能抵御外界较强的载荷冲击，工艺流程、操作均简单；通过构建仿生鱼鳞的微观结构，使得金属材料在具有高强度高韧性的同时，具有大批量生产的可能；通过热压法制备出来的材料，致密性良好，可以直接用于产品的二次加工。

技术领域

本发明涉及一种仿生材料的制备方法，具体是一种仿生鱼鳞结构的金属材料制备方法。

背景技术

鱼鳞是一种附属品，不同鱼有着不同的鱼鳞结构，大致可以分为四类：盾鳞、齿鳞、硬鳞和圆鳞。虽然鱼鳞有着不同的分类，但是所有的鱼鳞有着共性，它们作为天然的材料，具有很好的强度，同时具有着超轻和超薄的柔韧性。研究表明，鱼鳞优异的力学性能与它的结构有着紧密的联系。鱼鳞实际上是典型的层状结构，层与层之间的分布十分紧密，呈叠层状分布，单个层片有着不规则的中间厚两边略薄，在排列的时候，两边薄的地方与中间厚的地方交替排列。美国加州大学伯克利分校罗伯特·里奇研究组揭示了巨骨舌鱼能抵御食人鱼可怕攻击的关键机制：鱼鳞特殊的螺旋胶合板微纳结构，能吸收外界能量并抵抗裂纹的扩张，因此才具有较好的综合力学性能。

通过生物材料制备出的仿生鱼鳞具有良好的综合力学性能，但是无法广泛应用在航空航天结构件领域中，首先是制造工艺十分的复杂，不利于工业化生产。生物材料的耐热性远低于金属复合材料，产量远低于金属材料，价格也远高于金属材料，因此对于航空航天大构件，还是以金属材料为主。

目前已经提出了许多加工技术来生产，比如使用逐层沉积、溶液浇铸和自组装来制造仿生有机/无机材料，这些技术基本上都是对于有机材料的制造，不适用于金属材料。

发明内容

为解决现有仿生鱼鳞结构的制备缺陷，本发明提供一种仿生鱼鳞结构的金属材料制备方法。

本发明采用以下技术方案实现：一种仿生鱼鳞结构的金属材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)制备片状结构；

对铝材料加入磨球、乙醇、助磨剂进行磨制，之后过滤所述钢球得到铝粉液，并对所述铝粉液在乙醇溶液中超声分散，离心分离后干燥得到原材料，即所述片状结构；

(2)将所述原材料进行定向排列处理；

(3)对定向排列的原材料放入模具中进行热压，得到所述仿生鱼鳞结构。

作为上述方案的进一步改进，所述磨球和所述铝材料的质量比为10-25:1。

作为上述方案的进一步改进，所述乙醇的质量为所述铝材料质量的 100％-300％。

作为上述方案的进一步改进，所述乙醇溶液的浓度为80-99.9％。

作为上述方案的进一步改进，所述助磨剂为硬脂酸，硬脂酸量为所述铝材料质量的1.5％-4％。

作为上述方案的进一步改进，所述铝材料容置于磨球罐中再加入磨球、乙醇、助磨剂进行磨制。

作为上述方案的进一步改进，热压时，热压温度为200-650℃，压力为 40-220MPa。

作为上述方案的进一步改进，所述上层清液在真空干燥箱干燥，得到纳米片状铝粉。

作为上述方案的进一步改进，制备片状结构时：将铝粉作为铝材料放入球磨罐中，并按磨球和所述铝材料以质量比10-25：1的方式加入磨球，再加入为所述铝材料质量的100％-300％的乙醇，加入为所述铝材料质量的1.5％-4％的硬脂酸。