[發明專利]一種鋅基復合泡沫材料

在審

• 申請號: 201910439265.4
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110129618A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 潘利文;楊超;饒德旺;楊倚旺;邱俊逸;胡治流
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C22C18/04
• 分類號: C22C18/04;C22C1/08
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 李秋琦

本發明公開了一種鋅基復合泡沫材料。鋅合金由于較低的熔點和較大的比重，限制了在許多領域的應用。目前鋅合金主要用于金屬防腐蝕，而其他領域的應用遠少于金屬防腐。所以開發新型輕質鋅合金材料具有重要意義。金屬基復合泡沫材料具有許多優異的性能，開發鋅基復合泡沫材料能拓展鋅合金的應用范圍。本發明在鋅金屬中加入一定成分比例的鋁、銅、鎂合金化元素，形成鋅合金，在鋅合金熔體中添加空心玻璃微珠，在一定時間內，用攪拌器以一定的速度進行機械攪拌，使空心玻璃微珠均勻分散在合金中，冷卻凝固形成鋅基復合泡沫材料。本鋅基復合泡沫具有一定的孔隙率，而且具有密度低，壓縮性能高，吸能能力和比吸能高的優點。本發明的鋅基復合泡沫其空心玻璃微珠和基體相容性好，工藝制備方法簡單，有良好的力學性能，在吸能緩沖、防撞減振及防爆抗振的汽車、航空航天、軍事裝備及船舶等領域具有很好應用前景。

技術領域

本發明屬于防撞緩沖、吸能減振、防爆抗振技術領域，具體涉及一種鋅基復合泡沫材料。

背景技術

泡沫金屬材料和金屬基復合泡沫具有低密度、高比壓縮強度、高比剛度、高阻尼、高耐磨性、高疲勞強度、低熱膨脹系數等諸多優良的物理特性，為制備輕結構、高吸能、吸聲等功能性材料提供了可能。目前已經開發的泡沫金屬材料及金屬基復合泡沫等多孔材料已經開始應用于汽車、航空、國防、公共安全等領域，作為良好的防震吸能材料，降低了安全風險。但隨著科學技術的發展，高速高沖擊碰撞設備越來越多，大部分泡沫金屬以及金屬基復合泡沫材料的吸能、比吸能、吸能效率已不能滿足防撞減震等安全性能的需求。

鋅和鋅合金主要應用在保護涂層、抗腐蝕材料、防撞減震、耐磨件、減速齒輪回轉窯托輪瓦等領域。鋅合金的比重較高，應用范圍還比較窄，絕大部分應用于防腐和涂層領域。改善鋅合金比重高的特性，拓展應用鋅合金范圍顯得很重要。

發明內容

本發明目的是提供不同配比的鋅基復合泡沫材料。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

一種鋅基復合泡沫材料，基體為Zn-Al-Cu-Mg合金，在熔煉中加入一定體積分數的空心玻璃微珠，攪拌使玻璃空心微珠均勻分散到基體中。

所述鋅基復合泡沫材料化學成分按照質量百分比為：Zn 82％-92％，Al 5％-20％，Mg 0.5-3％，Cu 1-2％；按照體積分數百分比，玻璃空心微珠為5-70vol.％,粒徑50-100μm。

按照體積分數百分比，空心玻璃微珠為5-70vol.％。具體辦法是先進行基體熔煉，測算基體密度，根據基體密度算出體積，稱量相應體積的空心玻璃微珠。

按照上述配比，熔煉過程為：用中頻感應熔煉爐加熱襯套保護的石墨坩堝熔化鋅；鋅熔化后升溫至650-700℃，加入鋁和銅，保溫8-10分鐘；在鋁銅合金和鋁塊熔化后攪拌均勻，隨后降溫至500-550℃，加入鋁箔包裹的鎂板，保溫2-3分鐘；用攪拌器攪拌合金液體，轉速為400-800r/min，加入空心玻璃微珠，攪拌3-8分鐘，冷卻脫模。

按照上述方案，空心玻璃微珠全部進入合金中，形成閉孔結構的鋅基復合泡沫。

按照上述方案，鋅基復合泡沫材料密度降低為3.4-5.8g/cm³，孔隙率最高可達到55％，比吸能最高可達到36.0KJ/m³，吸能效率最高可達到67.5％，平均平臺應力最高可達到238MPa。

本發明采用不同成分比例的鋁含量和不同體積分數空心微珠進行試驗。熔煉過程中采用相同工藝，加工后在萬能試驗機上進行準靜態壓縮測試。

本發明制備的鋅基復合泡沫材料，既有普通復合泡沫材料的特征，又由于空心玻璃微珠的閉孔結構，提高了材料的均勻性、一致性、完整性，性能得到提高。

本發明有益效果在于：