一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝。其特征在于所述汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為：4～15％Si，1～5％Ca，0.2～2.2％Mg，1.5～3.5％涂覆處理后的TiH2，其余為Al；其中涂覆材料主要成分為Al2O3。工藝流程為：升溫加熱至半固態(tài)→彌散攪拌TiH2→快速冷卻制成預(yù)制體→二次發(fā)泡→成品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料孔隙率為72.5％，孔徑為2.5mm，平均圓形度為0.812。對(duì)比傳統(tǒng)的薄壁空心金屬保險(xiǎn)杠，在吸能相同，圓管壁厚、圓管內(nèi)半徑和圓管長(zhǎng)度均相同的情況下，一根泡沫鋁填充圓管吸收的能量與一根空心金屬圓管吸收的能量相比提高了82％，因此泡沫鋁填充圓管汽車保險(xiǎn)杠的質(zhì)量比空心金屬圓管保險(xiǎn)杠的減少了55％。
【專利說(shuō)明】一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沬鋁材料及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種泡沫鋁材料，特別是一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)末期，能源問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題成為兩個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，日益受到世界各國(guó)的關(guān)注，面對(duì)日益短缺的常規(guī)能源和愈發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染，作為兩問(wèn)題主要載體之一的汽車工業(yè)，開始做出積極的戰(zhàn)略調(diào)整，以應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題所帶來(lái)的不利影響。研發(fā)節(jié)能型汽車成為汽車工業(yè)發(fā)展的主題，人們開始關(guān)注汽車的輕量化問(wèn)題，因?yàn)橘|(zhì)量更小的汽車所需的能源相對(duì)更少，在減少排放的同時(shí)也可以降低對(duì)環(huán)境的污染，可謂事半功倍。據(jù)國(guó)際權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，汽車所用燃料約60%消耗于汽車白重，汽車質(zhì)量每減輕，可降低油耗。
[0003]近年來(lái)，大量新的輕質(zhì)材料被應(yīng)用到汽車上，其中又以高強(qiáng)度鋼、鋁、鎂、復(fù)合材料為代表。然而，在汽車整體輕量化的大趨勢(shì)下，保險(xiǎn)杠的輕量化比率反而在這幾年的發(fā)展中有所降低。這是因?yàn)楸ｋU(xiǎn)杠承擔(dān)著保障碰撞安全性的任務(wù)，是碰撞的第一線，因而保險(xiǎn)杠在設(shè)計(jì)時(shí)更需要注重安全性。
[0004]汽車前保險(xiǎn)杠對(duì)于汽車散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)罩板、燈具和翼子板具有很好的保護(hù)作用，汽車后保險(xiǎn)杠可以減小汽車行李艙和尾部燈具的損傷。保險(xiǎn)杠系統(tǒng)是當(dāng)汽車與其它車輛或障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，能保護(hù)乘客安全、降低車體損害程度。輕微事故時(shí)保險(xiǎn)杠系統(tǒng)能吸收沖擊能量白動(dòng)恢復(fù)原狀，有效地降低了汽車的修理費(fèi)用。遇上嚴(yán)重撞車事故時(shí)，沖擊力經(jīng)保險(xiǎn)橫杠被分散到整個(gè)車身，避免局部變形過(guò)大，保證乘客有足夠的生存空問(wèn)。完善的車身結(jié)構(gòu)應(yīng)具備高效的動(dòng)能吸收、動(dòng)能分散和可潰車身設(shè)計(jì)，具有高強(qiáng)度的乘員艙和相應(yīng)的行人保護(hù)組件。
[0005]為了保證乘客 安全，要求材料不僅具有一定的強(qiáng)度和剛度，而且要有良好的抗沖擊力。目前用于做汽車保險(xiǎn)杠吸能結(jié)構(gòu)件的空心金屬管雖然具有較高的強(qiáng)度，但能量吸收性不及泡沫鋁，泡沫鋁是一種輕質(zhì)的抗沖擊材料，而強(qiáng)度性能不高又不適合單獨(dú)作為吸能的結(jié)構(gòu)件。所以若在空心金屬管內(nèi)填充泡沫鋁，得到泡沫鋁夾芯結(jié)構(gòu)件制成的汽車保險(xiǎn)杠，既可滿足剛度和強(qiáng)度要求，又可提高保險(xiǎn)杠的能量吸收性。
[0006]然而，目前泡沫鋁制備成本居高不下，當(dāng)前的一些制備工藝過(guò)程控制困難，孔結(jié)構(gòu)不均勻的問(wèn)題，限制著其廣泛應(yīng)用。研究泡沫鋁的低成本制備技術(shù)意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種孔徑小，氣孔分布均勻，且效率較高的泡沫鋁材料制備工藝。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可以通過(guò)以下基本化學(xué)成分的設(shè)計(jì)和技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]本發(fā)明所提供的一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:4-15% Si，I-5% Ca,0.2-2.2% Mg，L 5-3.5%涂覆處理后的TiH2，其余為Al ;其中涂覆材料主要成分為Al2O3。
[0010]本發(fā)明所提供的一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝，其制造工藝步驟是:
[0011]I)材料采用工業(yè)鋁錠、工業(yè)多晶硅、工業(yè)鈣帶、工業(yè)鎂帶和粒度為300目的工業(yè)TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分為Al2O315
[0012]2)將TiH2混入準(zhǔn)備好的Al2O3中，Al2O3的質(zhì)量為TiH2質(zhì)量的25-35%，通過(guò)攪拌將TiH2與Al2O3完全混勻，使發(fā)泡劑TiH2顆粒表面能夠被膠體完全潤(rùn)濕并形成涂覆層，在160-250°C條件下進(jìn)行烘干，在烘干的同時(shí)進(jìn)行攪拌，然后靜置烘烤，烘干。然后使用170-250目的篩子將破碎后的TiH2過(guò)篩，得到粒度均勻的發(fā)泡劑粉末。
[0013]3)將鋁錠加入石墨坩堝內(nèi)加熱至熔化，再將所需質(zhì)量的硅用鋁箔包好浸入鋁液，在680-740°C條件下鋁、硅完全熔化冷卻后，制備成Al-12% Si合金待用。
[0014]4)在Al-12% Si合金冷卻過(guò)程中加入I-5% Ca和0.2-2.2% Mg，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌溫度為550-650°C，攪拌時(shí)間為0.3-1.3min，攪拌速度為1000-1500r /min，待所制備的合金冷卻至540-640°C，用鋁箔包裹住1.5-3.5%預(yù)先涂覆處理的TiH2加入到合金熔體中進(jìn)行發(fā)泡，再次進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌參數(shù)與上同，使發(fā)泡劑均勻彌散在半固態(tài)熔體中，獲得近球狀、球狀的半固態(tài)非枝晶組織。兩個(gè)小時(shí)后刮掉熔體表面氧化皮，制備成預(yù)制體合金冷卻待用。
[0015]5)將制備成的預(yù)制體進(jìn)行二次發(fā)泡，二次發(fā)泡溫度為700-750°C，發(fā)泡時(shí)間為8 -20mino
[0016]本發(fā)明所提 供的汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料化學(xué)成分配制依據(jù)為:
[0017]采用涂覆材料對(duì)TiH2進(jìn)行表面涂覆處理后，TiH2的分解溫度可提高70°C以上，開始分解的時(shí)間可延長(zhǎng)3min以上，鋁硅熔體的潤(rùn)濕性得到改善。
[0018]通過(guò)施加機(jī)械攪拌，凝固組織由發(fā)達(dá)的枝晶組織轉(zhuǎn)變成為近球狀、球狀的半固態(tài)非枝晶組織，使熔體在較低的溫度下(半固態(tài)溫度區(qū))仍具有良好的流動(dòng)性，從而保證了經(jīng)涂覆處理的TiH2顆粒，能夠彌散混合在鋁硅熔體中不至于大量分解，獲得可發(fā)泡預(yù)制體。
[0019]Ca加入的主要作用是通過(guò)對(duì)熔體一定時(shí)間的攪拌來(lái)提高熔體粘度，較高的粘度才能使得發(fā)泡過(guò)程中分解得到的氣泡不溢出熔體。因?yàn)镃a在攪拌過(guò)程中會(huì)在體系中引入第二相物質(zhì)，這些化合物可以增加熔體粘度。
[0020]Mg可以有效降低熔體的表面張力，有利于發(fā)泡過(guò)程氣泡的產(chǎn)生以及存活。
[0021]有益效果
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):孔隙率為72.5%，孔徑為2.5mm，平均圓形度為0.812。對(duì)比傳統(tǒng)的薄壁空心金屬保險(xiǎn)杠，在吸能相同，圓管壁厚、圓管內(nèi)半徑和圓管長(zhǎng)度均相同的情況下，泡沫鋁填充圓管汽車保險(xiǎn)杠只需泡沫鋁填充圓管11根，而空心金屬圓管保險(xiǎn)杠需空心金屬圓管20根，一根泡沫鋁填充圓管吸收的能量與一根空心金屬圓管吸收的能量相比提高了 82%，因此泡沫鋁填充圓管汽車保險(xiǎn)杠的質(zhì)量比空心金屬圓管保險(xiǎn)杠的減少了 55%。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。[0024]實(shí)施例一
[0025]本發(fā)明所提供的一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:5%Si,2% Ca,0.8% Mg，1.6%涂覆處理后的TiH2，其余為Al ;其中涂覆材料主要成分為A1203。
[0026]本發(fā)明所提供的一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝，其制造工藝步驟是:
[0027]I)材料采用工業(yè)鋁錠、工業(yè)多晶硅、工業(yè)鈣帶、工業(yè)鎂帶和粒度為300目的工業(yè)TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分為Al2O315
[0028]2)將TiH2混入準(zhǔn)備好的Al2O3中，Al2O3的質(zhì)量為TiH2質(zhì)量的23%，通過(guò)攪拌將TiH2與Al2O3完全混勻，使發(fā)泡劑TiH2顆粒表面能夠被膠體完全潤(rùn)濕并形成涂覆層，在180°C條件下進(jìn)行烘干，在烘干的同時(shí)進(jìn)行攪拌，然后靜置烘烤，烘干。然后使用180目的篩子將破碎后的TiH2過(guò)篩， 得到粒度均勻的發(fā)泡劑粉末。
[0029]3)將鋁錠加入石墨坩堝內(nèi)加熱至熔化，再將所需質(zhì)量的硅用鋁箔包好浸入鋁液，在680°C條件下鋁、硅完全熔化冷卻后，制備成Al-12% Si合金待用。
[0030]4)在Al-12% Si合金冷卻過(guò)程中加入2% Ca和0.8% Mg，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌溫度為550°C，攪拌時(shí)間為0.3min，攪拌速度為IOOOr / min，待所制備的合金冷卻至540°C，用鋁箔包裹住1.6%預(yù)先涂覆處理的TiH2加入到合金熔體中進(jìn)行發(fā)泡，再次進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌參數(shù)與上同，使發(fā)泡劑均勻彌散在半固態(tài)熔體中，獲得近球狀、球狀的半固態(tài)非枝晶組織。兩個(gè)小時(shí)后刮掉熔體表面氧化皮，制備成預(yù)制體合金冷卻待用。
[0031]5)將制備成的預(yù)制體進(jìn)行二次發(fā)泡，二次發(fā)泡溫度為700°C，發(fā)泡時(shí)間為8min。
[0032]實(shí)施例二
[0033]本發(fā)明所提供的一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:15%Si, 5% Ca, 2.2% Mg，2%涂覆處理后的TiH2，其余為Al ;其中涂覆材料主要成分為A1203。
[0034]本發(fā)明所提供的一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝，其制造工藝步驟是:
[0035]I)材料采用工業(yè)鋁錠、工業(yè)多晶硅、工業(yè)鈣帶、工業(yè)鎂帶和粒度為300目的工業(yè)TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分為Al2O315
[0036]2)將TiH2-入準(zhǔn)備好的Al2O3中，Al2O3的質(zhì)量為TiH2質(zhì)量的35%，通過(guò)攪拌將TiH2與Al2O3完全混勻，使發(fā)泡劑TiH2顆粒表面能夠被膠體完全潤(rùn)濕并形成涂覆層，在250°C條件下進(jìn)行烘干，在烘干的同時(shí)進(jìn)行攪拌，然后靜置烘烤，烘干。然后使用250目的篩子將破碎后的TiH2過(guò)篩，得到粒度均勻的發(fā)泡劑粉末。
[0037]3)將鋁錠加入石墨坩堝內(nèi)加熱至熔化，再將所需質(zhì)量的硅用鋁箔包好浸入鋁液，在740°C條件下鋁、硅完全熔化冷卻后，制備成Al-12% Si合金待用。
[0038]4)在Al-12% Si合金冷卻過(guò)程中加入5% Ca和2.2 % Mg，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌溫度為650°C,攪拌時(shí)間為1.3min,攪拌速度為1500r / min,待所制備的合金冷卻至640°C，用鋁箔包裹住2%預(yù)先涂覆處理的TiH2加入到合金熔體中進(jìn)行發(fā)泡，再次進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌參數(shù)與上同，使發(fā)泡劑均勻彌散在半固態(tài)熔體中，獲得近球狀、球狀的半固態(tài)非枝晶組織。兩個(gè)小時(shí)后刮掉熔體表面氧化皮，制備成預(yù)制體合金冷卻待用。
[0039]5)將制備成的預(yù)制體進(jìn)行二次發(fā)泡，二次發(fā)泡溫度為750°C，發(fā)泡時(shí)間為20min。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝，其特征在于所述化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:4~15% Si，I~5% Ca，0.2~2.2% Mg，L 5~3.5%涂覆處理后的TiH2，其余為Al ;其中涂覆材料主要成分為Al2O315
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種汽車保險(xiǎn)杠用泡沫鋁材料及其制備工藝，其特征在于，其制造工藝步驟是: 1)材料采用工業(yè)鋁錠、工業(yè)多晶硅、工業(yè)鈣帶、工業(yè)鎂帶和粒度為300目的工業(yè)TiH2粉末JiH2粉末涂覆材料主要成分為Al2O3 ； 2)將TiH2混入準(zhǔn)備好的Al2O3中，Al2O3的質(zhì)量為TiH2質(zhì)量的25~35%，通過(guò)攪拌將TiH2與Al2O3完全混勻，使發(fā)泡劑TiH2顆粒表面能夠被膠體完全潤(rùn)濕并形成涂覆層，在160~250°C條件下進(jìn)行烘干，在烘干的同時(shí)進(jìn)行攪拌，然后靜置烘烤，烘干；然后使用170~250目的篩子將破碎后的TiH2過(guò)篩，得到粒度均勻的發(fā)泡劑粉末； 3)將鋁錠加入石墨坩堝內(nèi)加熱至熔化，再將所需質(zhì)量的硅用鋁箔包好浸入鋁液，在680~740°C條件下鋁、硅完全熔化冷卻后，制備成Al-12% Si合金待用； 4)在Al-12%Si合金冷卻過(guò)程中加入I~5% Ca和0.2~2.2% Mg，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌溫度為550~650°C，攪拌時(shí)間為0.3~1.3min，攪拌速度為1000~1500r / min,待所制備的合金冷卻至540~640°C，用鋁箔包裹住1.5~3.5%預(yù)先涂覆處理的TiH2加入到合金熔體中進(jìn)行發(fā)泡，再次進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌參數(shù)與上同，使發(fā)泡劑均勻彌散在半固態(tài)熔體中，獲得近球狀、球狀的半固態(tài)非枝晶組織，制備成預(yù)制體合金冷卻待用； 5)將制備成的預(yù)制體進(jìn)行二次發(fā)泡，二次發(fā)泡溫度為700~750°C，發(fā)泡時(shí)間為8~20mino
【文檔編號(hào)】C22C1/08GK103451492SQ201310400590
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】劉建國(guó), 蔣衛(wèi)軍, 蔣國(guó)民, 張燕, 印杰 申請(qǐng)人:丹陽(yáng)市國(guó)美汽配有限公司