一種易于去除造孔劑的通孔泡沫鋁制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種易于去除造孔劑的通孔泡沫鋁制備方法。先將球形碳酸氫銨：鋁粉＝1～4：1體積比稱量后混合均勻，然后，添加無水乙醇以便增加混合粉末的均勻性，得到試樣混粉，接著將試樣混粉壓制，得到圓柱形或長條形壓坯試樣；將壓坯試樣放在水浴中浸漬以去除球形碳酸氫銨造孔劑，然后在干燥箱內(nèi)進行烘干；最后真空燒結(jié)后冷卻至室溫，得到孔結(jié)構均勻，孔隙率可控的通孔泡沫鋁。本發(fā)明的優(yōu)點在于，與不規(guī)則形狀的造孔劑相比，球形碳酸氫銨所制備的泡沫鋁在應力作用下可以很大程度的避免裂紋萌生，提高通孔泡沫鋁的力學性能；造孔劑可以完全去除，避免了殘余造孔劑對鋁基體的腐蝕，縮短了工藝周期，提高經(jīng)濟效益。
【專利說明】一種易于去除造孔劑的通孔泡沬鋁制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種易于去除造孔劑的通孔泡沫鋁制備方法，具體是一種利用更易去除的造孔劑，對傳統(tǒng)燒結(jié)溶解法進行改進，制備得到結(jié)構均勻、性能優(yōu)異的通孔泡沫鋁，屬于金屬材料加工【技術領域】。

【背景技術】
[0002]多孔泡沫金屬作為氣孔相和金屬相的結(jié)合體，由于其結(jié)構的特殊性，因而表現(xiàn)出不同于致密金屬的特殊性能，具有輕質(zhì)、比表面積大、高比強度、阻尼減振、良好的吸聲隔音、能量吸收、過濾、電磁屏蔽等特性。根據(jù)孔結(jié)構的不同，泡沫金屬可以分為通孔、閉孔兩種。通孔是指胞孔與鄰孔之間是互相連通的；閉孔則指各個胞孔之間是相互獨立、自行封閉的。由于鋁具有熔點低、鑄造性能優(yōu)異、成本低且應用廣泛等優(yōu)點，泡沫鋁一直是多孔泡沫金屬關注和研宄的重點。泡沫鋁優(yōu)異的物理及力學性能使其作為功能材料和結(jié)構材料用于航空航天工業(yè)、交通運輸行業(yè)、建筑工業(yè)等領域。泡沫鋁的孔隙率一般為40%?90%，密度約為鋁的0.1?0.6倍。正因為泡沫鋁中含有大量的孔隙使其密度較低，泡沫鋁的屈服強度也遠小于致密鋁合金材料的屈服強度，但其具有較高的比強度、比剛度。由于泡沫鋁的壓縮特性中存在著較大范圍的屈服平臺段，應變滯后于應力，所以在變形過程中能夠消耗大量的功，使泡沫鋁具有良好的能量吸收能力，是防沖擊和緩沖的理想材料。同時，泡內(nèi)的介質(zhì)(一般情況下為空氣)在聲波的作用下，發(fā)生振動而干涉消音，另外介質(zhì)在聲波的作用下發(fā)生壓縮伸張變形，導致介質(zhì)與孔壁摩擦，使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽虼伺菽X可以作為吸音、消音材料。
[0003]經(jīng)歷了幾十年的研宄發(fā)展，如今泡沫鋁的制備方法已有多種，并且隨著技術的進步，生產(chǎn)成本也在不斷降低，有些制備方法已經(jīng)可以商業(yè)應用。具有通孔結(jié)構的泡沫鋁常用作功能材料，通孔泡沫鋁的主要制備方法有:熔模鑄造法、滲流鑄造法和燒結(jié)溶解法。這幾種方法均有各自的缺點，熔模鑄造法制備的泡沫鋁孔隙率只能在很大的范圍內(nèi)變化080 % )，基體骨架強度偏低，工藝復雜且產(chǎn)量低，價格偏貴。
[0004]滲流鑄造法制備的泡沫鋁，由于鋁熔體表面張力較高，不能完全浸潤造孔劑，鋁液不能完全填充造孔劑之間的間隙，因此，滲流鑄造法制備的泡沫鋁三維連通性較差，孔結(jié)構及孔隙率不均勻。由于泡沫鋁的孔隙率、孔徑大小、胞孔形狀等結(jié)構參數(shù)對其性能以及應用都具有決定性的影響，上述兩種方法均不能精確地控制這些結(jié)構參數(shù)，所以限制了其應用。
[0005]燒結(jié)溶解法是在傳統(tǒng)粉末冶金工藝基礎上發(fā)展起來的，是生產(chǎn)均勻或者梯度微細通孔中密度泡沫鋁的有效方法，制備的泡沫鋁孔徑大小一致，孔隙率和孔結(jié)構均勻，在吸音、吸能等領域有廣泛的應用前景。燒結(jié)溶解法是將原料鋁粉、少量促進燒結(jié)的添加劑、可除去的造孔劑，按照預定的比例混合均勻，造孔劑所占體積將最終決定泡沫鋁產(chǎn)品的孔隙率，接著再將混合好的粉末壓制成坯，造孔劑基本保持原有形貌，而鋁粉將通過塑性變形填充造孔劑之間的孔隙。然后在一定的溫度下進行燒結(jié)，若造孔劑為可分解的有機物，造孔劑會在燒結(jié)過程中氣化分解；若造孔劑為可溶性鹽，則在燒結(jié)后可以用溶劑將其除去，最后便得到通孔泡沫鋁。燒結(jié)過程的好壞對于泡沫鋁的質(zhì)量會產(chǎn)生重要的影響，真空燒結(jié)具有脫氧、脫脂、除氣等作用。通過對比真空燒結(jié)與保護性氣氛燒結(jié)得到的泡沫鋁產(chǎn)品，真空燒結(jié)后的燒結(jié)體強度高，最終產(chǎn)品的組織結(jié)構均勻性、力學性能也更好。燒結(jié)溶解法制備泡沫鋁的孔形貌是復形了造孔劑的形貌，因此造孔劑的孔形貌對于泡沫鋁的結(jié)構及性能有著很重要的影響。目前，燒結(jié)溶解法常用多棱角狀的可溶性他顆粒為造孔劑。由于他顆粒復形的泡沫鋁胞孔不規(guī)則，在外力作用下易形成局部應力集中而造成基體裂紋萌生。另外，由于版1(^1的熔點高于燒結(jié)溫度，且在水中的溶解度較低，未溶解的版^1顆粒會對基體產(chǎn)生腐蝕。雖然燒結(jié)溶解法制備的泡沫鋁強度、塑性均高于燒結(jié)溶解法所制備的泡沫鋁，但是燒結(jié)溶解法長時間溶解他過程會對壓坯產(chǎn)生影響，進而影響下一步燒結(jié)過程中鋁顆粒間結(jié)合的緊密程度，容易造成鋁粉顆粒間存在孔洞和間隙，進而影響其強度。而且燒結(jié)溶解法仍然無法避免未溶解的造孔劑他口所引起的基體腐蝕問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于公開一種易于去除造孔劑的通孔泡沫鋁的制備方法。該方法可以徹底地除去造孔劑，避免殘留造孔劑對基體造成腐蝕，同時避免了長時間溶解造孔劑對壓坯造成的不利影響，提高泡沫鋁的強度和塑性。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明采用工業(yè)級碳酸氫銨為造孔劑制備通孔泡沫鋁。具體的步驟如下:
[0008]八，選擇市售的粒徑約為30-80VIII的氣霧化鋁粉為基體材料，選取0.5?51^的球形碳酸氫銨為造孔劑；
[0009]8，量取碳酸氫銨:銷粉=1?4:1體積比，將碳酸氫銨和鋁粉混合均勻，得到混合粉末，然后，添加無水乙醇以便增加混合粉末的均勻性，得到試樣混粉，無水乙醇的加入量是混合粉末質(zhì)量的10% ；
[0010]0,將試樣混粉在200?4001？3下進行壓制，得到圓柱形或長條形壓坯試樣；
[0011]0，將壓坯試樣放在水浴槽中，通過溶解將造孔劑去除，然后在干燥箱內(nèi)進行烘干；
[0012]2，最后在真空度為10—2?10—3？3真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，將爐溫加熱至500?6001，保溫2?3匕然后試樣隨爐冷卻至室溫得到通孔泡沫鋁。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0014](1)本發(fā)明采用價格便宜，易溶于水，易分解的碳酸氫銨作為造孔劑，在溶解一真空燒結(jié)過程中，即使在溶解過程中有未充分溶解的碳酸氫銨，由于燒結(jié)溫度為500?6001，碳酸氫銨會在601:分解完，因此最終制備的泡沫鋁中不含有碳酸氫銨，不會存在對基體腐蝕的問題，使泡沫鋁的性能較傳統(tǒng)工藝有較大的提升。
[0015](2)由于泡沫鋁孔洞的形狀、粒徑是由造孔劑所決定的，球形的碳酸氫銨顆粒表面光滑，相比多棱角狀的似顆粒，使用球形的碳酸氫銨作為造孔劑，復形的泡沫鋁孔壁光滑，球形孔各向同性，在應力作用過程中會降低裂紋的萌生可能性，泡沫鋁強度會有所提尚。
[0016](3)使用碳酸氫銨作為造孔劑，縮短了溶解造孔劑的過程，不僅減小了溶解過程對壓坯造成的不利影響，而且縮短了整個工藝周期，提高了經(jīng)濟效益。
[0017](4)本發(fā)明通過選取碳酸氫銨為造孔劑，采用溶解一真空燒結(jié)工藝，工藝簡單，可以制備孔結(jié)構均勻分布，孔徑大小均勻一致，孔隙率可控，孔隙率范圍為50?80%的泡沫銷。

【具體實施方式】
[0018]實施例1:將粒徑為1皿的球形碳酸氫銨與200目的鋁粉按照1:1的體積比進行混合后，添加混合粉末質(zhì)量分數(shù)10%的無水乙醇在混料機中混合3匕混料機轉(zhuǎn)速為8017111111，無水乙醇的加入可改善混粉的均勻性；將混合均勻的粉末放在模具中進行壓制，壓制壓力為2001？^保壓3分鐘后得到10 X 10 \20臟3的壓坯試樣，然后將壓坯試樣在801:的水浴中浸漬以去除球形碳酸氫銨，再經(jīng)去離子水清洗后在干燥箱內(nèi)進行烘干；將烘干后的樣品放置于真空度為10—2？3真空燒結(jié)爐中燒結(jié)211，燒結(jié)溫度為5001:。此方法制備得到孔隙率為50%的通孔泡沫鋁。
[0019]實施例2:將粒徑為1111111的球形碳酸氫銨與200目的鋁粉按照1:1的體積比進行混合后，添加混合粉末質(zhì)量分數(shù)10%的無水乙醇在混料機中混合3匕混料機轉(zhuǎn)速為8017舊!!，；將混合均勻的粉末放在模具中進行壓制，壓制壓力為2001？^保壓3分鐘后得到10 X 10 X 20臟3的壓坯試樣，然后將壓坯試樣在801:的水浴中浸漬以去除球形碳酸氫銨，再經(jīng)去離子水清洗后在干燥箱內(nèi)進行烘干；將烘干后的樣品放置于真空度為10—3？3真空燒結(jié)爐中燒結(jié)2匕燒結(jié)溫度為5501。此方法制備得到孔隙率為50%的通孔泡沫鋁。
[0020]實施例3:將粒徑為1111111的球形碳酸氫銨與200目的鋁粉按照3:1的體積比進行混合后，添加混合粉末質(zhì)量分數(shù)10%的無水乙醇在混料機中混合3匕混料機轉(zhuǎn)速為8017舊!!；將混合均勻的粉末放在模具中進行壓制，壓制壓力為3001？^保壓3分鐘后得到10 X 10 X 20臟3的壓坯試樣，然后將壓坯試樣在801:的水浴中浸漬以去除球形碳酸氫銨，再經(jīng)去離子水清洗后在干燥箱內(nèi)進行烘干；將烘干后的樣品放置于真空度為10—3？3真空燒結(jié)爐中燒結(jié)2匕燒結(jié)溫度為5501。此方法制備得到孔隙率為75%的通孔泡沫鋁。
[0021]實施例4:將粒徑為1111111的球形碳酸氫銨與200目的鋁粉按照4:1的體積比進行混合后，添加混合粉末質(zhì)量分數(shù)10%的無水乙醇在混料機中混合3匕混料機轉(zhuǎn)速為8017舊!!；將混合均勻的粉末放在模具中進行壓制，壓制壓力為3001？^保壓3分鐘后得到10 X 10 X 20臟3的壓坯試樣，然后將壓坯試樣在801:的水浴中浸漬以去除球形碳酸氫銨，再經(jīng)去離子水清洗后在干燥箱內(nèi)進行烘干；將烘干后的樣品放置于真空度為10—3？3真空燒結(jié)爐中燒結(jié)211，燒結(jié)溫度為6001:。此方法制備得到孔隙率為80%的通孔泡沫鋁。
[0022]實施例5:將粒徑為1111111的球形碳酸氫銨與200目的鋁粉按照4:1的體積比進行混合后，添加混合粉末質(zhì)量分數(shù)10%的無水乙醇在混料機中混合3匕混料機轉(zhuǎn)速為8017舊!!；將混合均勻的粉末放在模具中進行壓制，壓制壓力為4001？^保壓3分鐘后得到10 X 10 X 20臟3的壓坯試樣，然后將壓坯試樣在801:的水浴中浸漬以去除球形碳酸氫銨，再經(jīng)去離子水清洗后在干燥箱內(nèi)進行烘干；將烘干后的樣品放置于真空度為10—3？3真空燒結(jié)爐中燒結(jié)311，燒結(jié)溫度為6001:。此方法制備得到孔隙率為80%的通孔泡沫鋁。
【權利要求】
1.一種易于去除造孔劑的通孔泡沫鋁制備方法，其特征在于: A，選擇粒徑為30?80 μ m的氣霧化銷粉為基體材料，選取0.5?5mm的球形碳酸氫錢為造孔劑； B，量取碳酸氫銨:鋁粉=I?4:1體積比，將碳酸氫銨和鋁粉混合均勻，得到混合粉末，然后，添加無水乙醇以便增加混合粉末的均勻性，得到試樣混粉，無水乙醇的加入量是混合粉末質(zhì)量的10% ; C，將試樣混粉在200?400MPa下進行壓制，得到圓柱形或長條形壓坯試樣； D，將壓坯試樣放在80°C的水浴中浸漬以去除球形碳酸氫銨造孔劑，然后在干燥箱內(nèi)進行烘干； E，最后在真空度為10_2?10_3Pa真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，將爐溫加熱至500?600°C，保溫2?3h，然后試樣隨爐冷卻至室溫得到通孔泡沫鋁。
【文檔編號】C22C1/08GK104498760SQ201410723208
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權日:2014年12月2日
【發(fā)明者】胡正飛, 蔡振武, 張振, 何大海, 蔣凱雁, 莫凡 申請人:同濟大學