專利名稱：一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種能量吸收器，特別涉及一種異型能量吸收器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)以閉孔泡沫鋁為重點的超輕型多孔金屬，由于特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了材料輕質(zhì)、多功能化，從而成為當前航天以及高技術(shù)的熱點。由于汽車等民用及高技術(shù)領(lǐng)域的需求，泡沫鋁異型件、三明治結(jié)構(gòu)正成為泡沫金屬制備領(lǐng)域中的前沿，其中將閉孔泡沫鋁用作能量吸收已有報導，而現(xiàn)有的泡沫鋁材料在作為能量吸收器的時候，其能量吸收效率在60％左右，且在其吸收能量過程中會產(chǎn)生碎屑，可能破壞包裝，導致人員受傷，也會對周圍電子電路的安全運行產(chǎn)生不利影響。目前采用整體泡沫鋁材料制造的能量吸收器，其形狀由于制備工藝的限制，比較單一，對需要保護的異型結(jié)構(gòu)適用性不高，經(jīng)常受到種種限制，特別是對大體積部件防護，整體泡沫鋁合金材料的制備非常困難，而采用拼接的方法，就導致吸能效果降低；采用二次泡沫化鋁合金異型件的能量吸收器，可將吸收效率提高10％以上，滿足各種高技術(shù)領(lǐng)域的能量吸收應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種吸能效率高、不產(chǎn)生碎屑、可滿足吸收特大沖擊能量的，需要大型異型件要求的充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，由金屬外殼和二次泡沫化鋁及鋁合金異型件組成，所述二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為孔隙率在50.4％～93.8％變化，孔徑1～5mm的二次泡沫化鋁及鋁合金異型件。二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為球形、圓柱形。二次泡沫化鋁及鋁合金異型件的堆積密度V泡沫鋁/V殼體在30.0％～95.0％。二次泡沫化鋁及鋁合金異型件的尺寸在3～50mm。
本發(fā)明獲得如下技術(shù)效果1、本發(fā)明采用鋁及鋁合金作為基體材料的不同直徑的球形件及不同大小的圓柱等填充件，可以根據(jù)吸能要求及環(huán)境采用不同的堆積密度在異型殼體中進行堆積，制成的異型能量吸收器質(zhì)量更輕，吸能效率比整體泡沫鋁提高10％以上。圖1中三條曲線分別是平均密度均為0.6g/cm3的整體泡沫鋁，泡沫鋁球堆積和空心塑料球的應變-吸能效率響應曲線。其中泡沫鋁合金球和塑料球均采用直徑為3-5mm的小球用作壓縮性能實驗。(1)整體泡沫鋁和泡沫鋁球堆積應變-吸能效率響應曲線具有較為穩(wěn)定的平臺區(qū)。它們在較低的應力水平下可產(chǎn)生大的應變，由于其獨特的壓縮性能，具有良好的能量吸收能力和較大的能量吸收率。(2)采用整體泡沫鋁時形變達到10％時開始進入能量吸收平臺區(qū)，此時的吸能效率為59％；而采用泡沫鋁球堆積時當形變量達到13％時才開始進入能量吸收平臺區(qū)，其吸能效率高達82％，比整體泡沫鋁合金的吸能效率更高，但平臺區(qū)較整體泡沫鋁要稍短。這是由于采用泡沫鋁球堆積時形成的間隙吸能及泡沫鋁球本身的吸能二者的綜合作用。(3)采用空心塑料球的堆積方式時，應變發(fā)生初期時吸能效率瞬間達到很高，形變量達到15％后吸能效率急劇下降。從圖中曲線表明如果采用塑料球等材料作為包裝設(shè)計或人員保護，沖擊力會在瞬間超過一定值，從而導致包裝破壞和人員傷害。
2、本發(fā)明采用二次泡沫化方法制備的球形件及圓柱等異型件作填充件，外用殼包裹的方法，在壓縮過程中避免碎屑的產(chǎn)生，保證周邊人員及電子等設(shè)備的安全。
3、本發(fā)明采用二次泡沫化方法制備的球形件及圓柱等異型件作填充件，解決了制備異型及超大尺寸能量吸收器的方法，可滿足吸收特大沖擊能量的，需要大型異型件的要求。對于要保護的重要部件，采用焊接等方法制備各種大型異型中空箱體，在箱體中填滿各種尺寸及孔隙率的泡沫鋁合金球形、圓柱等異型件，當在大的沖擊能量作用下，通過異型殼體變形、填充件堆積壓縮轉(zhuǎn)向密實、填充件本身的塑性變形三種方式的共同作用來起到能量吸收的作用。
4、本發(fā)明采用鋁、鐵、鈦、銅及其合金中的一種作為殼體，同時對殼體的形狀、厚度進行設(shè)計，可滿足不同需求的吸能應用。
5、本發(fā)明采用鋁、鐵、鈦、銅及其合金中的一種作為殼體，可進行防腐蝕及美觀處理，以適應于更寬領(lǐng)域的應用。
6、本發(fā)明采用二次泡沫化方法制備的球形件、圓柱等異型件，可采用鋁及多種鋁合金作為基體材料，滿足不同范圍的吸能需求。
四

圖1三種多孔材料的形變與吸能效率對比2二次泡沫化制備的泡沫鋁合金球形及圓柱形等異型填充件(球形填充件平均直徑23mm，圓柱形填充件平均直徑12mm，高37mm。平均孔隙率73.07％，平均孔徑1.7mm)。
圖3為各種金屬基體、各種外形尺寸的異型殼體。
圖4為未密封的二次泡沫化鋁合金作填充件的異型能量吸收器。
五具體實施例方式
實施例1第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為83.8％，平均孔徑1.7mm，平均直徑為12mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為3mm，直徑為10mm的鋁管作殼體，將二次泡沫化鋁合金填充件在殼體內(nèi)完成堆積，其堆積密度為73.5％；第三步通過焊接的方法將鋁管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能量吸收器。
第四步對異型能量吸收器進行防腐蝕處理。
實施例2第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為75.8％，平均孔徑1.7mm，平均直徑為23mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為2mm，直徑為90mm的不銹鋼直角彎管作殼體，將二次泡沫化鋁合金填充件在殼體內(nèi)完成堆積，其堆積密度為65.3％；第三步通過焊接的方法將不銹鋼直角彎管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能量吸收器。
第四步對異型能量吸收器進行防腐蝕處理。
實施例3第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為50.4％，平均孔徑1.0mm，平均直徑為23mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為2mm，直徑為90mm的不銹鋼直角彎管作殼體，將二次泡沫化鋁合金填充件在殼體內(nèi)完成堆積，其堆積密度為30.0％；
第三步通過焊接的方法將不銹鋼直角彎管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能量吸收器。
第四步對異型能量吸收器進行防腐蝕處理。
實施例4第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為93.8％，平均孔徑5.0mm，平均直徑為23mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為2mm，直徑為90mm的不銹鋼直角彎管作殼體，將二次泡沫化鋁合金填充件在殼體內(nèi)完成堆積，其堆積密度為95.0％；第三步通過焊接的方法將不銹鋼直角彎管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能量吸收器。
第四步對異型能量吸收器進行防腐蝕處理。
權(quán)利要求
1.一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其特征在于由金屬外殼和二次泡沫化鋁及鋁合金異型件組成，所述二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為孔隙率在50.4％～93.8％變化，孔徑1～5mm的二次泡沫化鋁及鋁合金異型件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其特征在于所述二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為球形、圓柱形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其特征在于二次泡沫化鋁及鋁合金異型件的堆積密度V泡沫鋁/V殼體在30.0％～95.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其特征在于二次泡沫化鋁及鋁合金異型件的尺寸在3～50mm。
全文摘要
一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其特征在于由金屬外殼和二次泡沫化鋁及鋁合金異型件組成，所述二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為孔隙率在50.4％～93.8％變化，孔徑1～5mm的二次泡沫化鋁及鋁合金異型件。本發(fā)明采用鋁及鋁合金作為基體材料的不同直徑的球形件及不同大小的圓柱等填充件，可以根據(jù)吸能要求及環(huán)境采用不同的堆積密度在異型殼體中進行堆積，制成的異型能量吸收器質(zhì)量更輕，吸能效率比整體泡沫鋁提高10％以上。
文檔編號C22C1/08GK101089417SQ200710024998
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者何德坪, 禇旭明, 何思淵, 施國棟, 王權(quán), 甘望益, 劉書田 申請人:東南大學