一种汽车碰撞吸能复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于汽车安全防护技术领域，具体公开了一种汽车碰撞吸能复合材料及其制备方法。所述复合材料包括M层颗粒增强泡沫铝芯材和M+1层双相钢板，所述泡沫铝芯材与双相钢板依次交替堆叠，所述双相钢板的组成相为奥氏体相和马氏体相。本发明专利技术的汽车碰撞吸能材料，在碰撞瞬间通过双相钢变形诱导马氏体形成，从而在碰撞瞬间吸收大量能量并保持结构稳定，然后通过多孔蓬松的泡沫铝吸收剩余能量，克服了传统碰撞吸能结构碰撞瞬间容易失效，吸能效果无法完全体现的问题。此外，由于双相钢具有比铝合金等轻质金属更高的强度和加工硬化率，因此可以在不牺牲强度和轻质的条件下，实现更高的比吸能，达到相同的安全目标，同时更节省成本。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车碰撞吸能复合材料及其制备方法
本专利技术涉及汽车被动安全防护
，特别是涉及一种汽车碰撞吸能复合材料及其制备方法。
技术介绍
交通事故发生时，汽车的防碰撞性能直接关系着乘客的安全。目前，汽车的防碰撞安全设计主要是主动安全防护和被动安全防护相结合，其中被动安全防护主要依靠安装在汽车前后的保险杠系统保证汽车框架在碰撞下不受严重破坏。在低速碰撞场景下，为了吸收汽车撞击产生的巨大瞬时能量，常在保险杠后安装吸能盒，以此达到碰撞的目的。也有在保险杠内部填充吸能材料，以达到碰撞吸能的目的。虽然汽车事故中低速碰撞占大多数，但是少数的中高速碰撞却会直接对乘客造成严重伤害，甚至死亡。目前常用的低碳钢质、铝质、碳纤维复合材料等碰撞吸能材料，在应对中、高速碰撞时，起到的效果很小，通常在剧烈撞击下会迅速失效(瞬时应力破坏结构，在弱面产生断裂)，因此只能依靠汽车车身溃缩吸能进行被动式安全防护。奥氏体双相钢具有独特的形变诱发相变效应，又称为形变诱发塑性(TRIP效应)。在1967年，Zackay等人在研究亚稳态奥氏体不锈钢时发现，由于添加了大量合金元素，材料在室温下的组织为不稳定的奥氏体组织，在变形时会发生马氏体相变，持续变形时会持续有马氏体产生，使得变形由马氏体区向奥氏体区转移，推迟了颈缩的产生。此外，由于马氏体转变是一种无扩散型的相变，因此转变效率极快，通常可达103ms-1。在汽车碰撞吸能领域，双相钢具有吸能量大、缓冲能力较强的优势，在一定速度范围内发生碰撞时，能更好的保护乘员安全。因此，双相钢有望应用于汽车碰撞吸能材料的研究和制备。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种汽车碰撞吸能复合材料及其制备方法，用于解决现有技术中碰撞吸能材料在剧烈撞击下会迅速失效、吸能效果无法完全体现等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种汽车碰撞吸能复合材料，包括M层颗粒增强泡沫铝芯材和M+1层双相钢板，所述颗粒增强泡沫铝芯材与所述双相钢板依次交替堆叠，所述双相钢板的组成相为奥氏体相和马氏体相。可选地，所述M+1层双相钢板中，位于最外层的双相钢板马氏体含量为0％-75％，位于内层的双相钢板马氏体含量为0％-20％。位于最外层的双相钢板和位于内层的双相钢板具有不同的马氏体含量，其中最外层的双相钢板主要起支撑、传递作用，内层双相钢板及颗粒增强泡沫铝主要起吸能作用。可选地，所述双相钢板的马氏体含量通过轧制、冷处理、热处理中的任意一种或几种工艺进行调控。可选地，所述颗粒增强泡沫铝芯材中的颗粒为陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒选自纳米氧化物、纳米碳化物、纳米硼化物、纳米氮化物中的任意一种或几种。可选地，所述双相钢板的厚度为0.1-100mm，所述颗粒增强泡沫铝芯材的厚度为0.1-500mm。可选地，所述颗粒增强泡沫铝芯材和双相钢板通过粘接的方式固定在一起。本专利技术第二方面提供如第一方面所述的汽车碰撞吸能复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)双相钢板预处理：将位于最外层的双相钢板进行预轧制，将位于内层的双相钢板进行固溶处理后，保温后取出淬火；(2)双相钢板表面处理：将经过预处理的双相钢板清洗、烘干，然后对双相钢板与颗粒增强泡沫铝芯材的接触面进行粗化处理；(3)叠放粘接：按照复合材料的叠层结构，将双相钢板与颗粒增强泡沫铝芯材逐层叠放，并粘接在一起；(4)切割、焊接：根据材料的使用场景进行切割，切割后，在切割面对双相钢板和颗粒增强泡沫铝芯材进行焊接，即得所述汽车碰撞吸能复合材料。可选地，所述步骤(1)中，位于最外层的双相钢板的预轧制工艺选自轧制、冷处理、热处理中的任意一种或几种。可选地，所述步骤(1)中，位于最外层的双相钢板进行预轧制时的下压量为0.01％-95％。可选地，所述步骤(1)中，位于内层的双相钢板固溶处理的温度为900-1150℃，保温时间为10-2400min。可选地，所述步骤(1)中，位于内层的双相钢板淬火时所用的淬火介质为水淬、盐淬、油淬中的任意一种或几种。可选地，所述步骤(2)中，用砂纸或打磨工具对双相钢板进行粗化处理。可选地，所述步骤(3)中，双相钢板与泡沫铝之间通过粘接剂粘合在一起。可选地，所述步骤(3)中，粘接剂选自环氧树脂胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、有机硅胶粘剂、聚酰亚胺胶粘剂和无机胶粘剂中的任意一种或几种。可选地，所述步骤(4)中，焊接后，所述复合材料可直接使用，或使用薄金属板将所述复合材料封装后再使用。如上所述，本专利技术的汽车碰撞吸能复合材料及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术提供了一种基于形变诱导相变效应的汽车碰撞吸能复合材料，在碰撞瞬间通过双相钢变形诱导马氏体形成，从而在碰撞瞬间吸收大量能量并保持钢板结构稳定，然后通过多孔蓬松的颗粒增强泡沫铝芯材吸收剩余能量。本专利技术的汽车碰撞吸能复合材料不仅克服了传统碰撞吸能结构碰撞瞬间容易失效，吸能效果无法完全体现的问题，由于所用的泡沫铝芯材经过颗粒增强，具有更高的比强度、比刚度，具有较高的比吸能，因此本复合材料还具有较高的比吸能。另外，双相钢具有比铝合金等轻质金属更高的强度和加工硬化率，因此可以在不牺牲强度和轻质的条件下，实现更高的比吸能，并达到相同的安全目标，同时更节省成本。附图说明图1显示为本专利技术实施例中的汽车碰撞吸能复合材料的结构示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。附图说明：最外层双相钢板1，内层双相钢板2，颗粒增强泡沫铝芯材3。本专利技术提供了一种汽车碰撞吸能复合材料，包括M层颗粒增强泡沫铝芯材3和M+1层双相钢板，颗粒增强泡沫铝芯材3与双相钢板依次交替堆叠，并通过粘接的方式固定在一起。具体的，双相钢板的组成相为奥氏体相和马氏体相；其中，位于最外层的双相钢板马氏体含量为0％-75％，位于内层的双相钢板马氏体含量为0％-20％。位于最外层的双相钢板和位于内层的双相钢板具有不同的马氏体含量，其中，最外层双相钢板1主要起支撑、传递作用，内层双相钢，2及颗粒增强泡沫铝芯材3主要起吸能作用。双相钢板的马氏体含量通过轧制、冷处理、热处理中的任意一种或几种工艺调控实现。颗粒增强泡沫铝材料为市面上常见的板材，其制备工艺为通用工艺。本专利技术中的颗粒增强泡沫铝芯材可直接采用市面上常见的颗粒增强泡沫铝材料，或者根据现有的方法制备，例如以下方法：采用常用的渗流铸造工艺，使用50-400目的氯化钙作为造孔剂，首先压制成方坯，在厢式炉中烧结成多孔预制体块，烧结温度550-950℃，烧结时间30min-240min；烧结后缓冷，再把其放于铸型内，进行预热。熔化铝液后，升高温度50-150℃，加入粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车碰撞吸能复合材料，其特征在于，包括M层颗粒增强泡沫铝芯材和M+1层双相钢板，所述颗粒增强泡沫铝芯材与所述双相钢板依次交替堆叠，所述双相钢板的组成相为奥氏体相和马氏体相。/n

【技术特征摘要】
1.一种汽车碰撞吸能复合材料，其特征在于，包括M层颗粒增强泡沫铝芯材和M+1层双相钢板，所述颗粒增强泡沫铝芯材与所述双相钢板依次交替堆叠，所述双相钢板的组成相为奥氏体相和马氏体相。


2.根据权利要求1所述的汽车碰撞吸能复合材料，其特征在于：所述M+1层双相钢板中，位于最外层的双相钢板马氏体含量为0％-75％，位于内层的双相钢板马氏体含量为0％-20％。


3.根据权利要求2所述的汽车碰撞吸能复合材料，其特征在于：所述双相钢板的马氏体含量通过轧制、冷处理、热处理中的任意一种或几种工艺进行调控。


4.根据权利要求1所述的汽车碰撞吸能复合材料，其特征在于：所述颗粒增强泡沫铝芯材中的颗粒为陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒选自纳米氧化物、纳米碳化物、纳米硼化物、纳米氮化物中的任意一种或几种。


5.根据权利要求1所述的汽车碰撞吸能复合材料，其特征在于：所述双相钢板的厚度为0.01-100mm，所述颗粒增强泡沫铝芯材的厚度为0.1-500mm。


6.根据权利要求1所述的汽车碰撞吸能复合材料，其特征在于：所述颗粒增强泡沫铝芯材和双相钢板通过粘接的方式固定在一起。


7.根据权利要求1-6任一项所述的汽车碰撞吸能复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)双相钢板预处理：将位于最外层的双相钢板进行预轧制，将位于内层的双相钢板进行固溶处理后，保温后取出淬火；
(2)双相钢板表面处理：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芝民，冯科，朱科，徐诗鑫，白书霞，
申请(专利权)人：中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50