CN106399740A - 一种泡沫铝材料及其制备方法 - Google Patents

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赵磊
宋德锋
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Abstract

本发明属于泡沫铝制备技术领域，具体涉及一种泡沫铝材料及其制备方法。该泡沫铝材料由铝合金、发泡剂和添加剂在高温发泡和梯度冷却的条件下制得，按质量分数计，所述铝合金为94%～98%、发泡剂为1%～5%、添加剂为1%～4%。与现有技术相比，本发明的技术优点在于：1）本发明的泡沫铝材料具有较好的阻尼性能和减震性能；2）本发明在制备泡沫铝过程中通过梯度冷却的方法，制得的泡沫铝材料具有梯度结构，进一步增强了泡沫铝材料的阻尼性能和减震性能。

Description

一种泡沫铝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于泡沫铝制备技术领域，具体涉及一种泡沫铝材料及其制备方法。
背景技术
工业及科学技术的不断进步，离不开基础材料的发展与革新。泡沫金属的出现，为诸多工艺方法提供了新的思路及解决方案。泡沫金属不同于其他化学纤维多孔材料，除了均匀的孔隙与更大的比表面积以及轻质等特性，同时还具有优良的金属机械性能和热、电等物理特性，并比聚合泡沫更易再生，这些优越性能使泡沫金属涉及的应用范围越来越广。这类金属孔隙度高，孔隙直径可达至毫米级。
闭孔型金属泡沫是一种多功能的新型结构材料，具有相对密度小、比表面积大、比力学性能高、阻尼减震性能好等特点，可广泛应用于航空航天、军工、船舶、轨道列车、汽车及建筑、机械等诸多领域。
闭孔金属泡沫的制备方法主要包括有熔体搅拌铸造法和粉末冶金法。熔体搅拌铸造法首先将铝在一定温度下熔化，并向铝熔体中加入具有增加熔体黏度作用的添加剂，再将发泡剂加入到铝熔体之中并通过搅拌使其均匀分散，在这一过程中要控制发泡剂不分解或少量分解，通过对均匀混合的铝熔体进行浇注而得到致密的坯体。然后将得到的坯体加热至固相线温度以上，利用发泡剂受热分解产生的气体使坯体膨胀，最后将形成的处于熔融状态的泡沫体冷却，即可获得金属泡沫材料。
粉末冶金法首先将铝粉末与发泡剂、添加剂进行充分混合，再将混合物压制成密实的坯体，然后对该坯体进行加热升温，使温度升至固相线以上并保温一定时间，利用发泡剂分解产生的气体在熔融状态下的坯体内部形成无数的气孔，最后经冷却可得到金属泡沫材料。
泡沫铝是一种高孔隙率的多孔材料，它比重小、耐热、吸音、抗震、有特殊的物理和化学性能。其既可作为功能材料，又可作为结构材料，在机械、电子、建筑、交通运输、轻化工、军工等领域有广泛的应用前景，市场前景诱人，如用作轻质装潢建筑材料、轻化工填料及催化剂、热交换器、阻燃材料、隔音消声、减震抗冲、电磁屏蔽等。作为一类优良的吸声材料与减重材料，泡沫铝材在建筑中有广泛的应用。建筑设施有许多构件需用质轻、刚性大与不燃性的材料制造，或者用这类材料作为支持框架。同时泡沫铝材具有各向同性、不燃烧、保持结构完整的特点，在航空航天工业有着相当大的应用潜力。如用铝箔制的蜂窝结构在航空航天器中获得了悠久而又广泛的应用，但生产工艺复杂，制造成本高，而泡沫铝材则是其良好的替代品。
泡沫铝的制备方法很多，最常见的是粉末冶金法和铸造法。但是现有的制备泡沫铝的方法大多成本较高，而且所制得材料的阻尼性能和减震性能一般，更不具备梯度导热能力。
发明内容
本发明针对现有泡沫铝材料阻尼性能和减震性能一般且不具备梯度导热能力，而提供一种泡沫铝材料。
实现本发明目的而采用的技术方案为：一种泡沫铝材料，该泡沫铝材料由铝合金、发泡剂和添加剂在高温发泡和梯度冷却的条件下制得，按质量分数计，所述铝合金为94%～98%、发泡剂为1%～5%、添加剂为1%～4%。
优选的，本发明所述铝合金为铝镁合金或铝铜合金。
优选的，本发明所述发泡剂为TiH2粉末。
优选的，本发明所述添加剂为氧化铝粉末。
优选的，本发明所述高温发泡温度为600℃～700℃，所述梯度冷却通过设置多段水冷段冷却。
本发明另一目的在于提供一种泡沫铝材料的制备方法，包括制备步骤如下：
步骤1）、将铝合金升温使熔化成为液态，采用超声的方法进行分散，制得熔体；
步骤2）、加入氧化铝粉并不断搅拌，增大熔体黏度；
步骤3）、加入发泡剂TiH2粉末并搅拌，使其均匀，制得发泡前驱材料；
步骤4）、将步骤3）制得的发泡前驱材料转移至发泡炉中保温发泡，制得熔融状态的泡沫铝材料；
步骤5）、将步骤4）制得的熔融状态的泡沫铝材料转移出发泡炉，并进行梯度冷却凝固。
优选的，步骤2）中所述熔体黏度为28.7～32.4η/mN·m。
优选的，步骤4）中所述高温发泡温度为600℃～700℃，步骤5）中所述梯度冷却通过设置多段水冷段冷却。
与现有技术相比，本发明的技术优点在于：1）本发明的泡沫铝材料具有较好的阻尼性能和减震性能；2）本发明在制备泡沫铝过程中通过梯度冷却的方法，制得的泡沫铝材料具有梯度结构，进一步增强了泡沫铝材料的阻尼性能和减震性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
1）将镁铝合金ZL301升温至650℃使熔化成为液态，采用超声的方法进行分散，制得熔体；
2）加入氧化铝粉并不断搅拌，增大熔体黏度，熔体黏度为30.4η/mN·m，氧化铝粉的加入量为镁铝合金ZL301质量的3%；
3）加入发泡剂TiH2粉末并搅拌，使其均匀，制得发泡前驱材料，TiH2粉末的加入量为镁铝合金ZL301质量2.4%；
4）将步骤3）制得的发泡前驱材料转移至发泡炉中保温发泡，发泡温度为650℃，制得熔融状态的泡沫铝材料；
5）将步骤4）制得的熔融状态的泡沫铝材料转移出发泡炉，并进行梯度冷却凝固。
实施例2
1）将镁铜合金ZL202升温至700℃使熔化成为液态，采用超声的方法进行分散，制得熔体；
2）加入氧化铝粉并不断搅拌，增大熔体黏度，熔体黏度为32.4η/mN·m，氧化铝粉的加入量为镁铝合金ZL202质量的4%；
3）加入发泡剂TiH2粉末并搅拌，使其均匀，制得发泡前驱材料，TiH2粉末的加入量为镁铝合金ZL202质量5%；
4）将步骤3）制得的发泡前驱材料转移至发泡炉中保温发泡，发泡温度为700℃，制得熔融状态的泡沫铝材料；
5）将步骤4）制得的熔融状态的泡沫铝材料转移出发泡炉，并进行梯度冷却凝固。
实施例3
1）将镁铜合金ZL302升温至600℃使熔化成为液态，采用超声的方法进行分散，制得熔体；
2）加入氧化铝粉并不断搅拌，增大熔体黏度，熔体黏度为28.7η/mN·m，氧化铝粉的加入量为镁铝合金ZL302质量的1%；
3）加入发泡剂TiH2粉末并搅拌，使其均匀，制得发泡前驱材料，TiH2粉末的加入量为镁铝合金ZL302质量1%；
4）将步骤3）制得的发泡前驱材料转移至发泡炉中保温发泡，发泡温度为600℃，制得熔融状态的泡沫铝材料；
5）将步骤4）制得的熔融状态的泡沫铝材料转移出发泡炉，并进行梯度冷却凝固。

Claims (9)

1.一种泡沫铝材料，其特征在于：该泡沫铝材料由铝合金、发泡剂和添加剂在高温发泡和梯度冷却的条件下制得，按质量分数计，所述铝合金为94%～98%、发泡剂为1%～5%、添加剂为1%～4%。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫铝材料，其特征在于：所述铝合金为铝镁合金或铝铜合金。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫铝材料，其特征在于：所述发泡剂为TiH2粉末。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫铝材料，其特征在于：所述添加剂为氧化铝粉末。
5.根据权利要求1所述的一种泡沫铝材料，其特征在于：所述高温发泡温度为600℃～700℃，所述梯度冷却通过设置多段水冷段冷却。
6.一种制备如权利要求1所述泡沫铝材料的方法，其特征在于：包括制备步骤如下：
步骤1）、将铝合金升温使熔化成为液态，采用超声的方法进行分散，制得熔体；
步骤2）、加入氧化铝粉并不断搅拌，增大熔体黏度；
步骤3）、加入发泡剂TiH2粉末并搅拌，使其均匀，制得发泡前驱材料；
步骤4）、将步骤3）制得的发泡前驱材料转移至发泡炉中保温发泡，制得熔融状态的泡沫铝材料；
步骤5）、将步骤4）制得的熔融状态的泡沫铝材料转移出发泡炉，并进行梯度冷却凝固。
7.根据权利要求6所述一种泡沫铝材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述熔体黏度为28.7～32.4η/mN·m。
8.根据权利要求6所述一种泡沫铝材料的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述高温发泡温度为600℃～700℃，步骤5）中所述梯度冷却通过设置多段水冷段冷却。
9.根据权利要求6所述一种泡沫铝材料的制备方法，其特征在于：按质量分数计，所述铝合金为94%～98%、发泡剂为1%～5%、添加剂为1%～4%。
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