閉孔泡沫鋁材料的制備技術(shù)及其應(yīng)用.doc

1、東東 北北 大大 學(xué)學(xué) 研研 究究 生生 考考 試試 試試 卷卷 評分評分 考試科目：新材料制備技術(shù)考試科目：新材料制備技術(shù) 課程編號：課程編號：y09521086y09521086 專專 業(yè)：有色金屬冶金業(yè)：有色金屬冶金 姓姓 名名: : * 學(xué)學(xué) 號：號：11008651100865 目 錄 1 多孔金屬材料.1 1.1 多孔材料 .1 1.2 金屬材料 .1 1.3 多孔金屬材料 .1 2 閉孔泡沫鋁.2 2.1 閉孔泡沫鋁材料的性能 .2 2.2 閉孔泡沫鋁材料的應(yīng)用 .3 3 閉孔泡沫鋁材料的制備.5 3.1 理論基礎(chǔ) .5 3.1.1 氫化鈦分解 .5 3.1.2 熔體黏度 .6

2、3.1.3 氫氣在鋁液熔體中的溶解度 .6 3.2 閉孔泡沫鋁材料的制備方法 .7 3.2.1 熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁材料 .7 3.2.2 粉末法制備泡沫鋁 .9 3.2.3 其他制備方法 .10 參考文獻(xiàn).12 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 0 閉孔泡沫鋁材料的制備技術(shù)及其應(yīng)用 1 多孔金屬材料 1.1 多孔材料 多孔材料是一種有相互貫通的或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，孔洞邊 界或其表面由支柱或平板構(gòu)成。自然界中的多孔材料有很多，常見的有蜂窩、 海綿、骨骼、軟木、珊瑚等。一般，在傳統(tǒng)工程材料中，孔洞被認(rèn)為是一種結(jié) 構(gòu)缺陷，然而，這些多孔材料在自然界中能夠穩(wěn)定存在，并表現(xiàn)出一些優(yōu)異性 能。千

3、百年來，這些天然的多孔材料被人們廣泛利用，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得人 類仿生這些多孔材料，制備出各種各樣的人造多孔材料，如泡沫塑料、泡沫陶 瓷和泡沫金屬等。這些新型的泡沫材料越來越多地被用作絕緣、緩沖、吸能、 吸聲等材料，從而發(fā)揮了其多孔結(jié)構(gòu)決定的獨特性能。 典型的泡沫材料孔結(jié)構(gòu)有兩種：一種是由大量多邊形孔在平面上聚集形成 的二維結(jié)構(gòu)，由于其形狀類似于蜂房的六邊形結(jié)構(gòu)而被稱為“蜂窩”材料； 另 一種是由大量多面體形狀的孔洞在空間聚集形成的三維結(jié)構(gòu), 通常稱之為“泡 沫”材料。 多孔材料的性能很獨特，相對連續(xù)介質(zhì)材料而言, 多孔材料一般具有相對 密度低、比強(qiáng)度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性

4、好、阻尼、吸 能性能等優(yōu)點。 1.2 金屬材料 金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的 統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料、金屬間化合物和特種金屬材料等。 金屬材料與人類文明的發(fā)展和社會的進(jìn)步有著十分密切的關(guān)系。銅器時代、 鐵器時代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時代的顯著標(biāo)志?，F(xiàn)代，種類繁多的金屬 材料已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料，其性能一般有： 比重大、熔點高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、高強(qiáng)度、塑性變形、可回收、耐高溫等。 易加工 1.3 多孔金屬材料 多孔金屬材料也稱泡沫金屬材料，即金屬內(nèi)部彌散分

5、布著大量的有方向性 的或隨機(jī)的孔洞。由于對孔洞的設(shè)計要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕狀型 的，蜂窩型的等。 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 1 如果構(gòu)成孔洞的固體只存在于孔洞的邊界，即孔洞之間是相通的，則稱這 種材料為開孔泡沫金屬材料；如果孔洞表面也是實心的，即每個孔洞與周圍的 孔洞完全隔開，則稱之為閉孔泡沫金屬材料；而有些孔洞則是半開孔半閉孔的。 多孔金屬材料是近十幾年內(nèi)發(fā)展起來的新材料，它具有泡沫材料和金屬材 料的特性，是許多普通金屬材料所無法具備的。一般閉孔泡沫金屬材料具有比 重小，剛性、比強(qiáng)度好，吸振、吸音性能好等特點；開孔泡沫金屬材料除了具 有上述特點之外，還具有浸透性、通氣性好等特點

6、。正因為多孔金屬材料具有 結(jié)構(gòu)材料利功能材料的特點，所以被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸、建筑工 程、機(jī)械工程、電化學(xué)工程、環(huán)境保護(hù)工程等領(lǐng)域。多孔金屬材料具有很好的 開發(fā)前景和廣闊的用途，它的開發(fā)是人類社會發(fā)展的必然趨勢。日本材料學(xué)家 中峙英雄認(rèn)為，二十一世紀(jì)前五十年多孔金屬材料的研究和應(yīng)用將會受到人們 很大的關(guān)注。 2 閉孔泡沫鋁 隨著交通運輸、電子通訊、汽車制造和航空航天等工業(yè)的迅猛發(fā)展，在人 類的經(jīng)濟(jì)和物質(zhì)文化水平提高的同時，地球資源日益枯竭，各個國家對于材料 的循環(huán)使用及其節(jié)能減排等要求越來越高。而此時現(xiàn)存的一些傳統(tǒng)固態(tài)泡沫材 料，如聚合物泡沫和蜂窩鋁板等已凸顯出其自身的局限性(強(qiáng)度低

7、和抗高溫性能 差等)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會發(fā)展的需要，這使得泡沫金屬尤其是泡沫鋁 材料的研究又重新進(jìn)入到科學(xué)家和一些企業(yè)的視野。 泡沫鋁是在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經(jīng)過發(fā)泡工藝而成，同時兼有 金屬和氣泡特征。 泡沫鋁分為閉孔泡沫鋁和開孔泡沫鋁，用途較廣國內(nèi)研究較多的還是閉孔 泡沫鋁。閉孔泡沫鋁是一種集結(jié)構(gòu)與功能為一體的新型復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、 高比剛度、高能量吸收及優(yōu)良的電磁屏蔽和阻尼等優(yōu)點。 2.1 閉孔泡沫鋁材料的性能 1. 力學(xué)性能 泡沫鋁材料比重小，比強(qiáng)度大。由于金屬材料中存在大量的孔洞，所以材 料的比重顯著減小，密度為金屬鋁的 0.1-0.4 倍，而其抗彎比剛度為鋼的 1.5

8、 倍。 如果是鋁合金或鎂合金的多孔材料，它們的比重可以小于 l，只要材料的外表是 致密的，那么它們可以浮出水面。在機(jī)械設(shè)計時經(jīng)常不用圓棒而采用空心管等 材料，所有這些都是改變宏觀形狀因子以達(dá)到節(jié)省材料的措施。由于多孔金屬 材料比重小，比強(qiáng)度大，所以它可以構(gòu)件的形式廣泛應(yīng)用于機(jī)械工具和交通運 輸工具上。如果將多孔材料軋制成板材，那么可以制作汽車，機(jī)器的蒙皮，以 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 2 取代目前所用的板材。 2. 聲學(xué)性能 隔聲性能：聲波頻率上 800-4000HZ 之間時，閉孔泡沫鋁的隔聲系數(shù)達(dá) 0.9 以上。應(yīng)用泡沫鋁的這種特性，再加上它的易安裝性能，泡沫鋁材料可以被安 裝在高處而無

9、需機(jī)械起重設(shè)備，如：天花頂棚、墻壁和屋頂?shù)?，用來做隔聲板?消音器等隔聲吸音材料。 3. 吸能性能 鑒于多孔金屬材料具有很好的能量吸收特性，孔隙率為 84%的泡沫鋁發(fā)生 50%變型時，可吸收 2.5MJ/M3C 以上的能量。所以它可以來制造能量吸收器， 減震緩沖器等應(yīng)用于機(jī)械工程和車輛工程。當(dāng)它們受到突然的沖擊時，避免造 成車毀人亡的惡性事故。 4. 電磁屏蔽性能 泡沫鋁材料具有很好的電磁波吸收特性、對氣體敏感特性等特點，電磁波 頻率在 2.6-18GHZ 之間時，泡沫鋁的電磁屏蔽量可達(dá) 60-90dB。所以它在通訊 工程，環(huán)保工程等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)途。 5.其他性能 良好的熱學(xué)性能：孔隙率為

10、80-90%的閉孔泡沫鋁導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)于大理石。 通孔泡沫鋁由于其孔洞相互連通，在強(qiáng)制對流條件下具有良好的散熱性。易加 工：切割、鉆孔、膠結(jié)方便；經(jīng)模壓可彎曲成所需形狀；能用有機(jī)或無機(jī)漆進(jìn) 行表面處理；可以兩面蒙皮，構(gòu)成大尺寸的輕質(zhì)、高剛度板?？梢圆捎脵C(jī)械方 法或直接用螺釘連接和固定，也可以用粘接劑粘貼在墻或天花板上。金屬薄板- 泡沫鋁-金屬薄板形成的“三明治”結(jié)構(gòu)繼承了泡沫鋁的優(yōu)異性能，并具有很高 的抗彎強(qiáng)度，可用作新型建材、機(jī)車車輛的高剛度結(jié)構(gòu)件等。更值得一提的是， 日本材料工作者利用仿真技術(shù)，正在開發(fā)多孔金屬材料的人工骨骼。據(jù)稱該材 料具有生物材料的特性，所以是人體理想的骨骼材料。 2.2

11、 閉孔泡沫鋁材料的應(yīng)用 閉孔泡沫鋁是一種集結(jié)構(gòu)與功能為一體的新型復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、電磁 屏蔽、良好的隔聲吸音和高的能量吸收等特性，在交通運輸、汽車制造、電子 通訊和航空航天等工業(yè)部門有著廣闊的應(yīng)用前景。 1建筑裝飾材料 由于泡沫鋁的單位體積重量輕,比普通彩鋼夾芯板密度小；載荷能力高；防 音防振、隔音能力強(qiáng)；不燃燒；使用壽命長等特點,所以能用它來建造不承重的 內(nèi)墻壁、間壁墻、門、天花板、外面的裝飾材料等。要用來做表面裝飾時,也能 做到泡沫塑料、大理石和其他裝飾材料的效果。大型建筑物的外裝,在高層上是 極力避免使用重量大的材料的,泡沫鋁正好適合這種需要。這不僅是重量輕,而且 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)

12、及其應(yīng)用 3 可使外表設(shè)計自由。對強(qiáng)度有特殊要求時,可以利用加入鋼筋制做的泡沫鋁。 泡沫鋁可以采用任意設(shè)計來做為建筑物內(nèi)外和其他的裝飾材料,也能夠做成 具 有如石質(zhì)、大理石、木材、玻璃等材料的式樣。由于用它造成的雕刻物、塑 像和其他物件造型即大又輕,搬運起來是極容易的。 2吸聲隔音材料 泡沫鋁材料能夠有效地利用其做為壁面來調(diào)整廣播、音樂、講堂、劇場等 的音響效果。在產(chǎn)業(yè)部門適合做為發(fā)電室、發(fā)動機(jī)試驗室、飛機(jī)場的防音、發(fā) 音機(jī)械的平臺等材料。日常生活中被用來做為唱機(jī)、立體攝影機(jī)的結(jié)構(gòu)零件,室 內(nèi)冷卻器的防音、旅館等的防音部件等。 3抗振緩沖材料 對于用做汽車緩沖器及其他附帶零件,以把沖撞減緩下來

13、達(dá)到安全目的,泡沫 鋁是最好的材料。與此相反,也能用來做為對于沿路的諸設(shè)備發(fā)生沖撞時的緩和 振動材料。做為重量大而又貴重的物件的運搬、安裝等的防振材料是理想的。 阿波羅 11 號的 LM 在月球表面著陸時起落架下用的就是這種材料。適應(yīng)著陸 時月面的凹凸,并以泡沫鋁的破壞來緩和振動。也適用做為貴重物品的墊板材料。 4在汽車制造業(yè)上的應(yīng)用 泡沫鋁優(yōu)良的性能,決定了它具有廣泛的用途和廣闊的應(yīng)用前景。尤其是在 汽車制造業(yè)上的應(yīng)用,泡沫鋁被認(rèn)為是一種大有前途的未來汽車與其他交通運輸 工具的良好材料。汽車工業(yè)汽車的輕質(zhì)剛性結(jié)構(gòu)采用泡沫鋁材與三明治式復(fù)合 泡沫鋁材制造蓋板、卡車蓋與滑動頂板等可減輕重量與提高

14、剛度。德國卡曼汽 車公司與夫雷霍弗研究所合作用三明治式復(fù)合泡沫鋁材制造的占雅輕便轎車頂 蓋板，其剛度比原來的鋼構(gòu)件的大 7 倍左石，而其質(zhì)量卻比鋼件的小 25%。此 外，還有更高的吸收沖擊能和聲能的效果。以 AFS(AluminumFoamsandwieh)制 造的汽車的某些零件質(zhì)量只有原鋼件質(zhì)量的 1/2，而其剛度卻為鋼件的 10 倍， 保溫絕熱性能比鋁的好 l 倍，對頻率大于 800Hz 的噪聲有很強(qiáng)的消聲能力，還 是一種熱穩(wěn)定的不可燃性的材料，也是一種抗破壞耐用材料，并可以完全回收。 粉體發(fā)泡法制備的泡沫鋁合金作為汽車部件，可根據(jù)其形狀直接在成型模中加 工發(fā)泡。 5在航空航天工業(yè)上的應(yīng)用

15、 輕質(zhì)安全是飛機(jī)、飛船等航空航天飛行器的基本要求。輕質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅可以 減少發(fā)動所需的動能，降低單位能耗，而且可以提高飛行器的靈活性和機(jī)動性。 減輕航天器的重量是航天產(chǎn)品設(shè)計的重要課題之一，我們都知道飛機(jī)、宇宙飛 船等飛行器質(zhì)量的減輕往往以克為單位計算，目前每送入軌道 1kg 有效載荷， 發(fā)射費需用上萬美元?，F(xiàn)在，泡沫鋁在航天方面的應(yīng)用是美國重點研究的方向 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 4 之一。主要應(yīng)用方向為：支撐高精度的一般光學(xué)系統(tǒng)、用于光學(xué)系統(tǒng)大型支架、 機(jī)翼金屬外殼的支撐體，導(dǎo)彈的防外殼高溫塌陷支撐體、雷達(dá)鏡的反射材料。 可用來制造電子設(shè)備減震墊、宇宙飛船起落架、減震兀件和精密儀器的保護(hù)、

16、 機(jī)內(nèi)裝飾、飛機(jī)整流罩、阻流板、副翼、方向舵、側(cè)壁、車門等承受載荷不大， 但是要求剛度高、重量輕的結(jié)構(gòu)部件及相應(yīng)零件。 3 閉孔泡沫鋁材料的制備 3.1 理論基礎(chǔ) 3.1.1 氫化鈦分解 制備閉孔泡沫鋁材料，一般使用 TiH2作為發(fā)泡劑。也可以用 ZrH2、REH3 和碳酸鹽等。前兩者加個昂貴，在發(fā)泡技術(shù)上也不占優(yōu)勢，碳酸鹽發(fā)泡時候反 應(yīng)很快，不易控制，所以現(xiàn)階段發(fā)泡劑還是選用 TiH2。 氫化鈦是一種金屬型氫化物，具面心立方結(jié)構(gòu)，Ti 處在結(jié)點位置，各單胞 有 4 個 Ti 原子，H 原子處于四面體間隙位置，是 CaF2結(jié)構(gòu)，其化學(xué)穩(wěn)定性較 高，不和空氣及水作用，但易和強(qiáng)氧化劑作用。 為了提

17、高泡沫鋁材料的質(zhì)量，了解發(fā)泡劑的發(fā)泡行為是非常有必要的，以 控制發(fā)泡過程中的溫度和時間等工藝參數(shù)，從而可以找出最佳工藝條件。 氫化鈦的分解反應(yīng)方程式： 在無氧條件下： （3-1） 2( )( )2( )ssg TiHTiH 在有氧條件下： （3-2） 2( )2( )2( )2( )sgsg TiHOTiOH 在熔體中，氫化鈦的分解是在無氧條件下進(jìn)行的，所以是按方程式（3-1） 進(jìn)行分解的。其吉布斯自由能變?yōu)椋?（3-3） 2 nH GRTLPRTL 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 5 圖 3-1 氫化鈦分解曲線 可知，當(dāng) TiH2分解產(chǎn)生氫氣的實際壓力大于氣相中氫氣的實際分壓時反應(yīng) 才能向右進(jìn)

18、行。由氫化鈦分解曲線可以看出，只有當(dāng)溫度 T820K 時，氫化鈦 的平衡分壓高于大氣壓。所以，發(fā)泡時鋁液溫度應(yīng)在 820K 以上才能保證氫化 鈦的完全分解。 氫化鈦是具有規(guī)則形狀的致密顆粒體，隨著分解反應(yīng)的進(jìn)行，氫化鈦顆粒 將逐漸縮小，反應(yīng)生成物厚度將逐漸增加，因此，氫化鈦分解反應(yīng)方式符合收 縮核模型。根據(jù)氣固反應(yīng)機(jī)理，氫化鈦分解反應(yīng)包括以下 4 個環(huán)節(jié)：在 TiH2表 面上的結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)；在 TiH2/TiHx和 TiHx/Ti 界面上的結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)； H 穿 過 TiHx與 Ti 反應(yīng)層的內(nèi)擴(kuò)散；H 穿過 Ti 表面邊界層的外擴(kuò)散。根據(jù)氫化鈦分 解的過程，其分解過程的收縮核模型如圖 3-2

19、 所示 圖 3-2 氫化鈦分解模型 3.1.2 熔體黏度 熔體的黏度可以影響到發(fā)泡的好壞，當(dāng)發(fā)泡劑分解出氫氣壓力一定時，熔 體黏度越大，泡沫就越穩(wěn)定。增加黏度的方法一般是向熔體中加入金屬或非金 屬顆粒。非金屬顆粒懸浮在熔體中使熔體黏度增大，如鍍銅碳纖維等。一些碳 酸鹽在分解產(chǎn)生氣體進(jìn)行發(fā)泡的同時也會是熔體黏度增大。金屬或合金元素在 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 6 一定溫度下和鋁液產(chǎn)生固體的金屬間化合物析出相使熔體黏度增大，如鈣、鈦、 錳、鐵、硅、鎂等。 常用的增粘劑是金屬鈣，在熔體中可以生成鈣鋁金屬間化合物，懸浮在鋁 熔體中是熔體增黏。這種增粘劑成本低，但是金屬鈣增加了鋁的脆性，重力使 鋁液

20、下沉，氣泡上浮，使氣泡的分散和孔結(jié)構(gòu)的均勻性也很難控制。 熔體的黏度和溫度也有關(guān)系，溫度升高，熔體黏度減小。所以溫度需要控 制在一定的范圍，已獲得更好的發(fā)泡條件，熔體的黏度和溫度關(guān)系一般可以表 示為： （3-4）exp(/()AERT 3.1.3 氫氣在鋁液熔體中的溶解度 鋁液中氫氣溶解度可以用哈培爾(CHAPEL)法測量。氫在鋁液中的溶解度 CH 與鋁液溫度 T、鋁液中氫氣分壓 PH 有關(guān)，它們的關(guān)系可通過下式表達(dá)： （3-5） 2 s E KT HH CKPe 式中Es氫的摩爾溶解熱； K常數(shù)； T鋁液溫度，K； R氣體常數(shù)； CH氫在鋁液中的溶解度，cm3/100gAl； PH鋁液中氫氣

21、分壓，MPa。 式(3-5)也可以用如下 Sieverts 定律表示。 （3-6）log0.5log HH A CPB T 式中 A 和 B 為與合金成分有關(guān)的常數(shù)。常數(shù) A 和 B 值見表 3-1： 表 3-1 不同鋁合金的 A、B 常數(shù) 合金成分AB 純 Al2 5502.62 Al+2%Si2 8002.79 Al+4%Si2 9502.91 Al+8%Si3 0502.95 Al+16%Si3 1503.00 Al+2%Cu2 9502.90 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 7 Al+4%Cu3 0502.94 Al+8%Cu3 1502.94 Al+3%Mg2 6951.50 Al+6

22、%Mg2 6201.50 由上式可知，對于純鋁中氫氣的溶解度，當(dāng)氣體分壓一定時，氫的溶解度 隨溫度的升高而增大；當(dāng)溫度一定時，氫氣溶解度隨氣體分壓的增大而增大。 了解氫氣在熔體中的溶解度，對真空下的熔體發(fā)泡有指導(dǎo)意義。 3.2 閉孔泡沫鋁材料的制備方法 閉孔泡沫鋁材料的制備一般經(jīng)過氣泡形核、氣泡長大、穩(wěn)定泡沫、凝固成 型四個過程。制備方法常用的有熔體直接發(fā)泡法、注氣發(fā)泡法、粉末致密化發(fā) 泡法、Gasars 法等。 3.2.1 熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁材料 熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁材料時將發(fā)泡劑加入金屬鋁的熔體中，發(fā)泡劑在一 定溫度下熱分解，釋放氣體。氣體滯留于有一定黏度的金屬熔體中，凝固成型 后得到閉

23、孔泡沫鋁材料。 熔體發(fā)泡法制備閉孔泡沫鋁材料工序簡單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)上普遍采用 這種方法。但是，由于發(fā)泡劑分解較快，即從加入發(fā)泡劑到完成發(fā)泡之間的時 間較短，需要采用高速攪拌，使發(fā)泡劑分散，并可以使氣泡破碎，有助于氣泡 的均勻分布。 1. 普通熔體發(fā)泡法 熔體直接發(fā)泡法適合于生產(chǎn)大規(guī)格的閉孔泡沫鋁材料，其工藝流程如圖 3-3 所示。此方法是先將一定量的鋁或鋁合金錠放到加熱爐中熔化并將鋁液溫度調(diào) 整到適當(dāng)溫度（一般為 680-720） ，然后將一定量的金屬 Ca（2%-3%）添加 到鋁熔體中進(jìn)行攪拌 5 分鐘，這樣通過高親氧性 Ca 元素在低速攪拌過程中形 成穩(wěn)定泡沫的各種顆粒，如 CaO 和

24、 CaAl2O4，Al4Ca 和 Al20CaT2及鋁熔體自身 氧化形成的 Al2O3，這些細(xì)氧化物小顆粒和金屬間化合物的形成增加了鋁熔體 的黏度，被稱為增粘劑。根據(jù)鋁熔體的合金成分調(diào)整好發(fā)泡溫度，通過強(qiáng)力攪 拌將 1%-1.5%的 TiH2均勻地分散到鋁熔體中，氫化鈦在鋁熔體中的大量分解導(dǎo) 致鋁熔體快速膨脹，進(jìn)而形成了高孔隙度的泡沫體。最后，通過快速冷卻(風(fēng)冷 或者水冷)使得泡沫體在鑄型中凝固形成泡沫鋁材料。根據(jù)用途不同，對所得到 的泡沫體鋸切或者電火花加工等可以得到不同形狀的泡沫鋁材料。 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 8 圖 3-3 熔體直接發(fā)泡示意圖 2. 熔體注氣發(fā)泡法 熔體注氣法也是

25、一種適合于規(guī)?；a(chǎn)的泡沫鋁制備工藝，其工藝流程如 圖 3-4 所示。此工藝一般以金屬基復(fù)合材料為原料，如采用 DURALCAN F3D20S 型金屬基復(fù)合材料等。這些基體材料一般是鍛鋁或者鑄造鋁合金以及含 有 10-30vol.%SiC 顆粒的復(fù)合材料，基體材料中的這些顆粒主要用來提高發(fā)泡 熔體的黏度，借此穩(wěn)定所形成的泡沫體。將符合發(fā)泡條件的金屬基復(fù)合材料熔 化，通過旋轉(zhuǎn)攪拌器上的小噴嘴向鋁液中注入氣體(空氣、氮氣或者氬氣等)， 用來形成均勻分散的氣泡。氣泡在浮力作用下向上運動并聚集在熔體的上表面， 然后通過傳送帶將上部聚集的液態(tài)泡沫拉出并冷凝形成泡沫鋁材料。 圖 3-4 熔體注氣法示意圖

26、3. 負(fù)壓條件下的熔體發(fā)泡 負(fù)壓條件下熔體法炮法制備泡沫鋁材料的工藝和熔體直接發(fā)泡法工藝類似， 只不過是在真空條件下進(jìn)行發(fā)泡，國內(nèi)目前還處于試驗階段。先將一定量的鋁 或鋁合金錠放到加熱爐中熔化，并將鋁液溫度調(diào)整到 720左右，然后將一定 量的金屬 Ca（2%-3%）添加到鋁熔體中進(jìn)行攪拌 5 分鐘，來增加熔體的黏度。 閉孔泡沫鋁的制備技術(shù)及其應(yīng)用 9 根據(jù)鋁熔體的合金成分調(diào)整好發(fā)泡溫度（純鋁一般調(diào)整到 700） ，通過強(qiáng)力攪 拌將 0.2%的 TiH2均勻地分散到鋁熔體中，氫化鈦在鋁熔體中的大量分解。進(jìn) 而，講熔體倒入模型中，然后轉(zhuǎn)移到真空條件下進(jìn)行發(fā)泡得到最終的泡沫鋁產(chǎn) 品。 這種負(fù)壓條件下

27、的熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁材料，減少了發(fā)泡劑的使用量， 還能夠代替粉末法制備復(fù)雜的泡沫鋁零件，大大節(jié)省了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn) 成本。 3.2.2 粉末法制備泡沫鋁 粉末冶金法，也可以稱之為粉末致密化法或 PCM 法，其工藝流程如圖 3-5 所示。此種方法是將鋁粉或鋁合金粉末、一定量的氫化鈦粉末和金屬添加劑均 勻地混合在一起，壓制成迷失的金屬基體得到可發(fā)泡前驅(qū)體。然后將前驅(qū)體放 入成形的模具中，在金屬基體熔點溫度以上加熱使其中的氫化鈦分解，氫化鈦 的分解導(dǎo)致了半熔融狀態(tài)的金屬基體迅速膨脹，通過冷卻膨脹后的金屬基體就 可以獲得高孔隙度的泡沫鋁零部件。 圖 3-5 粉末冶金法泡沫鋁材料制備工藝流程示意圖 3.2.3 其他制備方法 1. Formgrip 法 Formgrip 法制備泡沫鋁首先是由英國全 IJ 橋大學(xué)的 GergelyV，CurranDC，clyneTw 等人提出的，是目前除粉末冶金法以外的另一 種制備泡沫鋁異型件的方法，：首先，將發(fā)泡劑氫化鈦在適當(dāng)?shù)臏囟?400保 溫 24h+500保溫 1h)下進(jìn)行處理，以保證其加入到熔體中僅有少量分解；通過 攪拌的方法將氫化鈦加入到溫度較低的熔融 DURALCAN F3S10S 型鋁液中； 當(dāng)氫化鈦攪拌均