本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前，已知的船體都是由木材、鋼鐵、玻璃鋼、玻璃纖維復(fù)合材料及鋁質(zhì)材料等硬質(zhì)材料建成。最早期的船體建造材料是木材，木船的造價較低，是淺水域的重要交通工具，但它的缺點(diǎn)是容易腐爛，使用壽命不長，需要經(jīng)常涂油防水滲漏，而且難以滿足工業(yè)化用船的需求；鋼鐵是最常用的建造船體的材料，但是它的比重太大、重量太大，影響船體航行速度，根據(jù)世界船舶工業(yè)對未來市場需求的預(yù)測，隨著造船業(yè)的發(fā)展，船用鋼材的品種和規(guī)格將有較大的提升，高強(qiáng)度、厚規(guī)格造船用鋼板的需求量將不斷攀升。高強(qiáng)度造船用鋼不僅要有較高的強(qiáng)度，而且要有好的韌塑性，特別是低溫沖擊韌性。船體結(jié)構(gòu)用鋼板主要用于制造遠(yuǎn)洋、沿海和內(nèi)河航運(yùn)船舶的船體、甲板等的鋼板；玻璃鋼及木材又不夠結(jié)實(shí)，只能建造小船，玻璃鋼的結(jié)構(gòu)比重大，浮力小，抗沖擊力小，同時因?yàn)樾⌒痛w的重量有限制，所以難以用于大型船體建造；鋁質(zhì)材料存在耐海水及海洋環(huán)境性能差的問題；而玻璃纖維復(fù)合材料船體存在耐溫性能差的缺點(diǎn)。

由于船舶工作環(huán)境惡劣，船體殼要受海水的化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和海洋生物、微生物的腐蝕；船體承受較大的風(fēng)浪沖擊和交變負(fù)荷；船舶形狀使其加工方法復(fù)雜等因素，所以對船體結(jié)構(gòu)用鋼要求嚴(yán)格。首先良好的韌性是最關(guān)鍵的要求，此外，要求有較高的強(qiáng)度，良好的耐腐蝕性能、焊接性能，加工成型性能以及表面質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法，以提供一種比重低于鋼鐵，但是強(qiáng)度比鋼鐵要高，同時耐腐蝕和抗電子輻射的多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，且其比重接近于木材。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案主要是：一種多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，按重量百分比計包括以下組分：

10~25%鋼、0.1~0.8%鉛、20~50%鋁、20~55%樹脂、10~49%石棉。

同時提供一種多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將樹脂和石棉用粉碎機(jī)制成粉末，按重量稱取鉛粉、樹脂粉末和石棉粉末，常溫下攪拌混合均勻，得到粉末混合物；

（2）用不同大小的鋼板包裹上述粉末混合物，并用鍛壓機(jī)將鋼板鍛壓成球體，得到實(shí)心球體；

（3）將步驟（2）中得到的實(shí)心球體加熱到380~400℃，將鋁加熱到680~800℃并涂覆在所述實(shí)心球體上，冷卻后實(shí)心球體表面的鋁涂層與實(shí)心球體結(jié)合，得到鎦鋁的實(shí)心球體，備用；

（4）將鋼筋加熱到480~600℃，將鋁加熱到680~800℃并涂覆在所述鋼筋上，冷卻后鋼筋表面的鋁涂層與鋼筋結(jié)合，得到鎦鋁的鋼筋，備用；

（5）將所述鎦鋁的鋼筋搭建在模具的內(nèi)部并固定住，將鋁加熱到680~800℃后將所述鎦鋁的實(shí)心球體放置其中并混合，然后一起澆鑄到模具中，冷卻后即可制備得到多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述樹脂包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯樹脂、氟碳樹脂、氨基樹脂。

優(yōu)選地，步驟（2）中所述實(shí)心球體的外表面直徑為1~10cm。

優(yōu)選地，步驟（2）中所述球體的鋼層厚度為0.5~3mm。

優(yōu)選地，步驟（3）中所述實(shí)心球體表面的鋁涂層的厚度為2~3mm。

優(yōu)選地，步驟（4）中所述鋼筋表面的鋁涂層的厚度為2~3mm。

優(yōu)選地，步驟（5）中制備得到的所述多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中所述鎦鋁的鋼筋、鎦鋁的實(shí)心球體和鋁的體積比為5~30：5~70：5~20。

優(yōu)選地，步驟（5）中將12根所述鎦鋁的鋼筋搭建在立方形模具的12條邊緣棱上并固定住，將鋁加熱到680~800℃后將所述鎦鋁的實(shí)心球體放置其中并混合，然后一起澆鑄到模具中，冷卻后即可制備得到多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

優(yōu)選地，步驟（5）中將12根所述鎦鋁的鋼筋搭建在立方形模具的12條邊緣棱上并固定住，再將1~6根所述鎦鋁的鋼筋搭建在立方形模具的內(nèi)部非邊緣棱處并固定住，將鋁加熱到680~800℃后將所述鎦鋁的實(shí)心球體放置其中并混合，然后一起澆鑄到模具中，冷卻后即可制備得到多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

本發(fā)明中使用的鋼筋可以是圓柱形或其它形狀。

本發(fā)明利用生命科學(xué)領(lǐng)域中的“筋-骨-肉”原理，利用鋼筋作為復(fù)合材料的支撐構(gòu)件，即鋼筋在復(fù)合材料中充當(dāng)“骨”的角色；將鋁熔融后澆鑄到復(fù)合材料中作為粘結(jié)材料，即鋁在復(fù)合材料中充當(dāng)“筋”的角色；裝有鉛份、樹脂粉末和石棉粉末的實(shí)心球體作為復(fù)合材料的主體，在復(fù)合材料中充當(dāng)“肉”的角色。其整體呈現(xiàn)出的鋼筋力學(xué)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了很大的強(qiáng)度，以及較小的比重，同時其還兼具了耐腐蝕和抗電子輻射的優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合用于造船工業(yè)中船體的建造。

其中裝有鉛粉、樹脂粉末和石棉粉末的實(shí)心球體為圓球狀，其球形鋼板外殼可以提供很大強(qiáng)度的受壓能力，為復(fù)合材料提供了很高的強(qiáng)度，同時其中空的內(nèi)部里面裝有樹脂和石棉，極大地降低了復(fù)合材料的比重，減輕了復(fù)合材料的重量，提高了阻熱吸收勢能的效果。

本發(fā)明使用的鉛粉，在復(fù)合材料中發(fā)揮抗電離輻射的作用。

本發(fā)明的材料在單位密度上比鋼的體積大，最大限度地利用了鋼筋的強(qiáng)度和張力，使力臂更長。

本發(fā)明使用的鋼筋為制造行業(yè)常用的鋼筋。

本發(fā)明的多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可用于船體制造。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明的復(fù)合材料具有比重小、強(qiáng)度高、耐腐蝕以及抗電子輻射的優(yōu)點(diǎn)；

（2）本發(fā)明的復(fù)合材料的原材料來源廣泛、容易得到、價格低廉，同時大量使用了樹脂、石棉等廉價原材料，使得復(fù)合材料的制作成本遠(yuǎn)低于船體鋼材；

（3）使用本發(fā)明的復(fù)合材料的制造的船體重量輕，比重接近于木材，同時強(qiáng)度優(yōu)于鋼材。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合以下具體實(shí)施例做進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明不限于具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其制備方法，包括以下步驟：

（1）將樹脂和石棉用粉碎機(jī)制成粉末，按重量稱取鉛粉、樹脂粉末和石棉粉末，常溫下攪拌混合均勻，得到粉末混合物；

（2）用鋼板包裹上述粉末混合物，并用鍛壓機(jī)將鋼板鍛壓成球體，得到外表面直徑為10cm的實(shí)心球體，所述球體的鋼層厚度為2mm；

（3）將步驟（2）中得到的實(shí)心球體使用電弧爐加熱到380℃，將鋁加熱到700℃并涂覆在所述實(shí)心球體上，冷卻后實(shí)心球體表面的鋁涂層與實(shí)心球體結(jié)合，得到鎦鋁的實(shí)心球體，備用，所述實(shí)心球體表面的鋁涂層的厚度為2mm；

（4）使用電弧爐將鋼筋加熱到500℃，將鋁加熱到700℃并涂覆在所述鋼筋上，冷卻后鋼筋表面的鋁涂層與鋼筋結(jié)合，得到鎦鋁的鋼筋，備用，所述鋼筋表面的鋁涂層的厚度為2mm；

（5）將12根20cm長的所述鎦鋁的鋼筋搭建在立方形模具的12條邊緣棱上并固定住，再將1根28cm長的所述鎦鋁的鋼筋搭建在立方形模具的內(nèi)部斜對邊棱的中間處并固定住，使用電弧爐將鋁加熱到700℃后將兩個所述鎦鋁的實(shí)心球體放置其中并混合，然后一起澆鑄到模具中，冷卻后即可制備得到長寬高都為20cm的多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

參見圖1，1是長度為20cm的鎦鋁的鋼筋，2是直徑10cm鎦鋁的實(shí)心球體，3是澆鑄到模具中冷卻后的鋁，4是長度為28cm的鎦鋁的鋼筋。

所制得的多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，按重量百分比計包括以下組分：15%鋼、0.3%鉛、40%鋁、30%樹脂、14.7%石棉。

實(shí)施例2

多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其制備方法，包括以下步驟：

（1）將樹脂和石棉用粉碎機(jī)制成粉末，按重量稱取鉛粉、樹脂粉末和石棉粉末，常溫下攪拌混合均勻，得到粉末混合物；

（2）用鋼板包裹上述粉末混合物，并用鍛壓機(jī)將鋼板鍛壓成外表面直徑為1cm、3cm和10cm的球體，得到實(shí)心球體，所述球體的鋼層厚度為2mm；

（3）將步驟（2）中得到的實(shí)心球體使用電弧爐加熱到400℃，將鋁加熱到700℃并涂覆在所述實(shí)心球體上，冷卻后實(shí)心球體表面的鋁涂層與實(shí)心球體結(jié)合，得到鎦鋁的實(shí)心球體，備用，所述實(shí)心球體表面的鋁涂層的厚度為2mm；

（4）使用電弧爐將鋼筋加熱到500℃，將鋁加熱到700℃并涂覆在所述鋼筋上，冷卻后鋼筋表面的鋁涂層與鋼筋結(jié)合，得到鎦鋁的鋼筋，備用，所述鋼筋表面的鋁涂層的厚度為2mm；

（5）將12根20cm長的所述鎦鋁的鋼筋搭建在立方形模具的12條邊緣棱上并固定住，使用電弧爐將鋁加熱到700℃后將2個直徑10cm、2個直徑3cm和4個直徑1cm的所述鎦鋁的實(shí)心球體放置其中并混合，然后一起澆鑄到模具中，冷卻后即可制備得到長寬高都為20cm的多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

參見圖2，1是長度為20cm的鎦鋁的鋼筋，2是直徑10cm鎦鋁的實(shí)心球體，3是澆鑄到模具中冷卻后的鋁，4是直徑3cm鎦鋁的實(shí)心球體，5是直徑1cm鎦鋁的實(shí)心球體。

所制得的多種金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，按重量百分比計包括以下組分：10%鋼、0.5%鉛、20%鋁、45%樹脂、24.5%石棉。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明作的等效變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍之中。