[发明专利]一种基于铝铜合金泡沫强度梯度设计方法

说明书

本发明公开了一种基于铝铜合金泡沫强度梯度设计方法，属于金属材料加工技术领域。采用调节泡沫铝铜合金时效处理过程温场分布的方法，形成泡沫铝合金基体的微结构梯度进而形成强度梯度，以此实现特定的材料力学性能。通过引入碳化硅作为辅助稳定剂，同时降低钙加入的含量，解决了钙元素削弱泡沫铝铜基体时效强化效果的问题；通过设计铝铜泡沫时效温度场，获得不同位置泡沫铝铜合金基体时效效果，解决了铝铜泡沫强度梯度调控方法的问题，实现具有显著强度梯度的泡沫铝铜合金制备。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种基于铝铜合金泡沫强度梯度设计方法。

背景技术

泡沫铝是一种轻质高强的结构材料，具有优秀的隔热，隔音，减震，阻尼的能力。获得了汽车，航空航天等工业领域的广泛兴趣，并取得了很好的应用效果。科学技术进步对材料性能提出了新的要求，提高金属泡沫材料的性能探索也从未停下脚步。

目前泡沫铝材料的主要制备方法有熔体发泡法，吹气法，粉末冶金法等，熔体发泡法制备过程简单，成本相对较低适用于工业生产。

泡沫铝合金的孔结构决定其的力学性能，通过对泡沫铝合金孔结构调节可获得更优异的综合性能。

现有的泡沫铝合金强度梯度为通过耦合铝熔体泡沫生长和凝固过程，在泡沫铝中产生沿生长方向的密度梯度。密度梯度会导致泡沫铝材料质量分布的非对称性，难以满足特殊领域对材料平衡性的要求。

研究表明，强度梯度的泡沫铝具有更优异的冲击吸能性能，在高速冲击时可产生更理想的冲击平台应力，在最大许用冲击应力条件下，可吸收更多的冲击能量。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于铝铜合金泡沫强度梯度设计方法，通过调控时效过程中温度的梯度分布从而得到泡沫铝合金内的强度梯度分布。

一种基于铝铜合金泡沫强度梯度设计方法，包括如下步骤：

1)采用熔体发泡法制备铝铜合金泡沫，得到具有均匀孔隙率的泡沫铝铜合金；

2)将步骤1)制备得到具有均匀孔隙率的泡沫铝铜合金，将其进行梯度温度时效处理；

3)采用上述梯度温度时效处理的铝铜泡沫合金结构件，设计不同温度区间产生微结构梯度，获得泡沫结构件的强度梯度。

进一步地，步骤1)中，所述的铝铜合金成分为Al-9Cu，铜占合金成分的1-9wt.％。

进一步地，步骤1)中，所述的采用熔体发泡法制备铝铜合金泡沫，包括如下步骤：

1.1)将铝铜合金(纯度99.99％的铝锭与99.99％的铜锭按照铜占总重量的1-9wt.％的含量)放入电阻炉中的坩埚中加热到800℃以上熔融备用，并使用搅拌器搅拌使得铝铜熔体充分混合均匀，保温到675-690℃；

1.2)将稳定剂碳化硅按照占合金总重的3-8wt.％，钙占合金总重的0.5-1.0wt.％的比例加入熔体中，并用搅拌器以中速800-1000转每分钟的速度搅拌10分钟以上，保证稳定剂均匀分散在熔体中，保温至675℃；

1.3)加入占合金总重量1.5-2.0wt％的氢化钛作为发泡剂，搅拌器以高速1200-1500转每分钟的速度搅拌60-90秒，之后取出冷却；

1.4)采用全方位水冷，在坩埚的底部以及四周以相同的水速冷却坩埚，冷却凝固后取出铝铜泡沫结构件，去除表皮，切出长度为150mm，直径为30mm的铝铜泡沫结构件备用；

进一步地，步骤2)中，所述的将其进行梯度温度时效处理，包括如下步骤：

2.1)将制备好的铝铜泡沫结构件放入520℃-540℃环境中保温8小时以上进行固溶；