[發明專利]基于單一直徑高強度金屬球的輕量化金屬多孔材料強化方法

有效

• 申請號: 201711273123.2
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108220835B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 王坤;魏愛平;林繼興;童先;史子木;牛麗媛
• 申請（專利權）人: 浙江工貿職業技術學院
• 主分類號: C22F1/00
• 分類號: C22F1/00;C22F1/04;C22F1/06;C22F3/00;B22F3/11
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明公開了一種基于單一直徑高強度金屬球的輕量化金屬多孔材料強化方法，利用單一直徑的高強度金屬球填充金屬多孔材料內部和外部空間，通過擠壓金屬球，使金屬多孔材料局部受到擠壓，進而使金屬多孔材料組織更加細化和致密，從而提升其力學性能。

技術領域

本發明屬于材料科學領域，具體是指基于單一直徑高強度金屬球的輕量化金屬多孔材料強化方法。

背景技術

多孔介質在自然界動植物體中發揮著不可替代的功能。許多天然結構材料本身就是多孔固體，如木材、骨頭以及珊瑚等等，能長時間承受靜載荷和疲勞載荷。在航空航天、船舶、汽車等工業領域，高強度、低重量的材料一直是工程技術人員關注的焦點。近年來出現的人工金屬多孔材料也具有很高的孔隙率，同時具有高比強度、高比剛度、高強韌、抗沖擊等優良力學性能，除此之外還具有多功能集成的特性，如屏蔽電磁輻射、減震以及隔熱降噪等等。

金屬多孔材料按其微結構的規則程度可分為無序和有序兩大類，前者主要包括泡沫材料，后者主要指點陣材料，即桿件按一定規則重復排列而成的空間桁架結構。但目前通過熔模鑄造或3D打印制備的金屬多孔材料，大多存在組織不致密，性能不理想的問題。

為解決上述問題，目前金屬多孔材料的強化手段有如下幾種：(1)調整材料成分：調整基體材料成分，即添加強化元素起到固溶或第二相強化的作用。添加變質劑起到細化組織的作用；(2)改變多孔結構，例如調整泡沫金屬材料的空隙率和桿徑，優化金屬多孔材料的點陣結構：桿徑、桿長、角度等；(3)通過熱等靜壓進行后期強化，以消除內部缺陷(一般為孔隙)。

對于(1)和(2)的強化方式，只能在金屬多孔材料制備前進行，當金屬多孔材料被制備出來后，則不能再作為金屬多孔材料的強化手段。方式(3)可對制備成型的金屬材料進行強化，但熱等靜壓設備價格昂貴，一般為百萬以上。同時熱等靜壓處理工藝也較為復雜。上述兩點均限制了其應用。

發明內容

本發明的發明目的是克服現有技術中針對已制備出的金屬多孔材料組織不致密、性能不理想，而熱等靜壓處理設備昂貴、工藝復雜的問題，而提供一種基于單一直徑的高強度金屬球的輕量化金屬多孔材料的強化方法，從而提高其材料性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案是利用單一直徑的高強度金屬球填充金屬多孔材料內部和外部空間，通過模具擠壓金屬球，使金屬多孔材料局部受到擠壓，進而使金屬多孔材料組織更加細化和致密。

具體包括以下步驟：

(1)使用金屬多孔材料，其中孔徑≥1.5mm，桿徑≥0.5mm，同時，孔徑與桿徑的比例≥3；

(2)將金屬多孔材料放入壓縮模具內，壓縮模具的內壁與金屬多孔材料的距離大于等于金屬多孔材料桿徑的1.5倍；

(3)振動模具的同時填充單一直徑的高強度金屬圓球，其中高強度金屬球硬度為金屬多孔材料硬度的2倍以上，高強度金屬球的直徑為金屬多孔材料桿徑的0.5～1.5倍，金屬多孔材料的四周尤其是壓縮方向上必須均被高強度金屬球包圍，保證金屬多孔材料不與壓縮模具和壓頭直接接觸；

(4)采用與壓縮模具相配合的壓頭，壓頭與模具間的距離小于高強度金屬球直徑的0.5倍，使得高強度金屬球不會從壓縮模具與壓頭間的縫隙溢出；

(5)以0.1～0.5mm/s的速度向下進行壓縮，使壓縮模具內的壓縮強度為金屬多孔材料所用基體金屬材料屈服強度的0.1～0.5倍，該壓縮強度為壓力/模具內的橫截面積，并保壓10秒～30秒，使高強度金屬圓球填充到金屬多孔材料的內部空間；

(6)以0.1～3mm/s的速度向下進行壓縮，壓縮模具內的壓縮強度大于金屬多孔材料所用基體金屬材料的屈服強度，保壓30秒～60秒，其中壓縮強度為壓力/模具內的橫截面積；

(7)卸載壓力，松動高強度金屬球后取出經過強化處理的金屬多孔材料。