[发明专利]一种高强韧高中子吸收泡沫铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及泡沫铝基复合材料，特指一种高强韧高中子吸收颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。本发明将具有高强韧高中子吸收性能的(B₄C+HfB₂)/6016Al复合材料进行发泡处理，利用TiH₂颗粒作为发泡剂，采用累积叠轧法制备泡沫预制体，实现了泡沫铝的强韧化，大截面积实现了对中子的高效吸收、借助高度弥散的原位纳米增强体实现对透过微米增强体间隙射线的有效捕获，并通过纳米增强体的高弥散强韧化作用、显著提高复合材料强韧性，利用发泡结构，减轻铝基复合材料的密度，实现了中子吸收材料的轻量化与小型化，获得高强韧高中子吸收的泡沫铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及泡沫铝基复合材料，特指一种高强韧高中子吸收颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

技术背景

泡沫铝是一种多孔隙低密度的新型功能泡沫金属材料，它具有质量轻、结构强度适宜的特点，并兼有金属和气泡特征。泡沫铝密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、渗透性好，具有良好的阻尼特性和电磁屏蔽能力，同时还具有金属固有的防火、防潮、无毒、无味等特点，应用领域十分广泛。但作为结构材料，泡沫铝自身强度较低，无法在较大受力条件下使用。

累积叠轧是一种新型的材料大塑性变和致密化制备技术，广泛应用于金属材料的晶粒细化、复合材料的致密化。

随着中子屏蔽材料的进一步发展，功能/结构一体化设计逐渐成为发展趋势，其要求中子屏蔽材料不仅具备中子吸收功能，还能充当结构材料。中子屏蔽材料采用一体化设计可大幅简化屏蔽结构，实现屏蔽结构的轻量化与小型化。但作为结构材料，泡沫铝自身强度较低，无法在较大受力条件下使用。因此，制备具有较高强度又能具有优良中子吸收性能的泡沫铝基复合材料是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有的高中子吸收铝基复合材料密度高、抗冲击能力差等不足，提出的一种新型高强韧中子屏蔽泡沫铝基复合材料及其制备方法，采用微纳增强的铝基复合材料并对其进行发泡处理获得高强韧高中子吸收泡沫铝基复合材料，充分发挥泡沫金属的低密度、高抗冲击特性的同时，通过引入增强体、提高泡沫金属的强韧性和中子吸收能力。

本发明采用高中子吸收、高稳定的微米级B₄C外加增强体与高中子捕获能力的含B、Hf元素的原位纳米HfB₂增强体相结合的铝基复合材料，采用TiH₂为发泡剂，通过累积叠轧法制备泡沫铝预制体，经高温发泡，保温，获得高强韧高中子吸收的泡沫铝基复合材料。

本发明采用累积叠轧法制备泡沫铝基复合材料，该方法将两条以上铝板上下叠置，并在铝板之间分散适量发泡剂粉(TiH₂颗粒)。叠合后的铝板经有效减量轧制后再切成两段或两端以上，再经表面预处理后重新叠合并进行轧制；通过重复这一操作，发泡剂颗粒将很好地分布在整个预制体的厚度中。所述预制体形成并可用于随后的发泡热处理。

一种高强韧高中子吸收泡沫铝基复合材料及其制备方法，其特征在于：采用微米级B₄C和纳米级HfB₂增强的铝基复合材料作为发泡材料，提高材料的强韧性。TiH₂颗粒作为发泡剂，通过累积叠轧技术，制备泡沫铝基复合材料预制体，并进行发泡处理，获得高强韧高中子吸收泡沫铝基复合材料。

基于累积叠轧工艺，制备方法通过以下的具体步骤进行：

(1)首先将外加B₄C和内生HfB₂颗粒增强的6016Al复合材料切割成若干块平行于轧制方向的铝板，然后退火；

(2)在退火后的铝板边缘钻四个孔，用铜线固定末端，用丙酮脱脂，用圆形不锈钢刷刮刷；