一种微孔铝或铝合金的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种微孔铝或铝合金的制备方法，属于多孔金属材料制备【技术领域】。本发明用铝或铝合金粉末和NaCl颗粒为原料，粉末混合后压制成坯，压坯加热到工业纯铝熔点或铝合金固相点以下30～100℃进行真空热压实现铝或铝合金粉末间的冶金结合，真空热压坯冷却后，用水溶除真空热压坯中的NaCl颗粒，得到微孔铝或铝合金，本发所述微孔铝或铝合金的制备方法具有微孔结构可控、工艺简单、低成本的特点，可实现工业化生产。
【专利说明】一种微孔铝或铝合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微孔铝或铝合金的制备方法，属于多孔金属材料制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]具有通孔结构的多孔铝或铝合金具有低密度、高比强、能量吸收、吸音减振、渗透流通、低热电导率等特性，在结构材料、噪音控制、过滤、隔热保温散热、电磁屏蔽、阻火等领域具有广阔的应用市场。具有微孔结构的微孔铝或铝合金，由于孔结构的微细化，在以上应用领域的性能表现更为优越。
[0003]目前公知的多孔铝或铝合金的主流制备方法主要有渗流铸造法和粉末冶金法两种。
[0004]常规渗流铸造方法制备多孔铝或铝合金，是通过压力(正压或负压)将铝或铝合金熔体渗入到NaCl颗粒前驱体的孔隙中，冷却后水溶除NaCl颗粒得到多孔铝或铝合金。该方法可制备较大孔径(0.2mm以上)的微孔铝或铝合金，但对于微细孔径(0.1mm以下)的微孔铝或铝合金，由于铝或铝合金熔体填充微细颗粒困难而难以实现。
[0005]粉末冶金法，是从粉末途径出发，将铝或铝合金粉末与NaCl颗粒混合、压制后，加热到一定温度进行烧结。由于铝或铝合金的活性较大，其表面容易氧化，铝或铝合金颗粒越细小，则氧化越严重，常规的气氛烧结或真空烧结均难以获得冶金结合的微孔铝或铝合金。
【发明内容】
[0006]为克服上述公知多孔铝或铝合金制备技术难以获得微孔铝或铝合金的不足，本发明提供一种微孔铝或铝合金的制备方法，该方法具有微孔结构可控、工艺简单、低成本的特点，可实现工业化生产。
本发明的技术方案是:采用铝或铝合金粉末和NaCl颗粒为原料，粉末混合后压制成坯，压坯加热到铝或铝合金熔点以下30~100°C进行真空热压实现铝或铝合金粉末间的冶金结合，真空热压坯冷却后，用水溶除真空热压坯中的NaCl颗粒，得到微孔铝或铝合金。具体包括如下步骤:
Cl)混合粉末坯的制备:采用粒度10~100μπι的铝或铝合金粉末和粒度为10~100 μ m的NaCl颗粒为原料进行配料，其中，NaCl颗粒在混合粉末中的体积百分比为30~70%,铝或铝合金粉末和NaCl颗粒在混料机中混合I~3小时后，用压力机进行压制获得混合粉末还;
(2)混合粉末坯的真空热压:将步骤(1)获得的混合粉末坯加热到铝或铝合金熔点以下30~100°C进行真空热压，真空热压时间为0.5~2小时，真空热压后随炉冷却得到真空热压坯；
(3)真空热压坯的后处理:将步骤(3)得到的真空热压坯用水溶除其中的NaCl颗粒，得到孔隙率30~70%、孔径范围与NaCl颗粒粒径范围相同的微孔铝或铝合金。
步骤(1)中所述铝或铝合金粉末为工业纯铝、铸造铝合金、加工铝合金粉末中的任意一种。
步骤(1)中当目标孔隙率小于50%时，所述NaCl颗粒的粒径小于铝或铝合金粉末的粒径；当目标孔隙率等于50%时，所述NaCl颗粒的粒径与铝或铝合金粉末的粒径相同；当目标孔隙率大于50%时，所述NaCl颗粒的粒径大于铝或铝合金粉末的粒径。
步骤(1)中所述混合粉末压制制坯的压力是100~500MPa。
步骤(2)中所述真空热压的真空度为10_2~10_3Pa，真空热压压力为20~50MPa。步骤(3)中所述水溶除NaCl颗粒的方法为将真空热压坯置于室温流水中溶除NaCl颗粒，溶除时间为0.5~2小时。
[0007]本发明的原理是:
(O混合粉末的颗粒粒径选用及孔结构控制原理
铝或铝合金粉末与NaCl颗粒粒径的选择，与目标孔隙率的大小有关。当目标孔隙率小于50%时，NaCl颗粒的粒径小于铝或铝合金粉末的粒径，以保证混合体中铝或铝合金粉末的主体网络结构，较小的NaCl颗粒填充铝或铝合金粉末的网络结构的空隙；当目标孔隙率等于50%时，所述NaCl颗粒的粒径与铝或铝合金粉末的粒径相同，NaCl颗粒的粒径与铝或铝合金粉末共同形成相互连接的网络结构；当目标孔隙率大于50%时，所述NaCl颗粒的粒径大于铝或铝合金粉末的粒径，以保证混合体中NaCl颗粒的主体网络结构，较小的铝或铝合金粉末填充NaCl颗粒网络结构的空隙。
[0008]最终获得的微孔铝或铝合金，其孔隙率与NaCl颗粒的体积百分比相同，其孔径由NaCl颗粒的粒径范围所决定。
[0009](2)压坯的真空热压原理
铝粉末表面通常有一层纳米量级厚的氧化铝，在真空热压条件下，铝粉末表面的氧化层破裂使铝粉末之间形成新鲜金属表面的接触，且铝粉末表面不会产生新的氧化层，由此实现铝粉末之间的良好冶金结合。
[0010]本发明的有益效果为:
铝或铝合金粉末与NaCl颗粒在常温下混合，通过粉末和颗粒的粒径及含量调控，实现微孔结构的可控性；同时，混合粉末压坯的真空热压，可实现铝或铝合金粉末之间的冶金结合，克服了常规渗流方法及粉末冶金方法难以制备微孔铝或铝合金制品的不足。提供了一种孔结构可控、工艺简单、低成本的微孔铝或铝合金制备方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0013]实施例1
本实施例所述微孔铝或铝合金的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤:
(I)混合粉末坯的制备:采用粒度为30~45 μ m的L03工业纯铝粉末及粒度为10~25μπι的NaCl颗粒为原料进行配料，其中NaCl颗粒在混合粉末中的体积百分比为30%，工业纯铝粉末和NaCl颗粒在混料机中混合3小时后得到均匀的混合粉末，将此混合粉末在500MPa的压力下压制获得混合粉末坯；
(2)混合粉末坯的真空热压:将步骤(1)制得的混合粉末坯加热到600°C进行真空热压(真空度10_3Pa，真空热压压力20MPa，真空热压时间2小时)，真空热压后随炉冷却得到真空热压坯；
(3)真空热压坯的后处理:将步骤(2)制得的真空热压坯置于室温流水中溶除NaCl颗粒，溶除时间为0.5小时，得到孔隙率30%、孔径范围10~25 μ m的微孔L03工业纯铝。
[0014]实施例2
本实施例所述微孔铝或铝合金的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤:
Cl)混合粉末坯的制备:采用粒度为25~37μπι的6061铝合金粉末及粒度为25~37μπι的NaCl颗粒为原料进行配料，其中，NaCl颗粒在混合粉末中的体积百分比为50%，铝合金粉末和NaCl颗粒在混料机中混合2小时后得到均匀的混合粉末，将此混合粉末在400MPa的压力下压制获得混合粉末坯；
(2)混合粉末坯的真空热压:将步骤(1)制得的混合粉末坯加热到560°C进行真空热压(真空度0.5*10_2Pa，真空热压压力40MPa，真空热压时间I小时)，真空热压后随炉冷却得到真空热压坯；
(3)真空热压坯的后处理:将步骤(2)制得的真空热压坯置于室温流水中溶除NaCl颗粒，溶除时间为1.5小时，得到孔隙率50%、孔径范围25~37 μ m的6061微孔铝合金。
实施例3
本实施例所述微孔铝或铝合金的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤:
Cl)混合粉末坯的制备:采用粒度为37~53μπι的ZLlOl铝合金粉末及粒度为75~10ym的NaCl颗粒为原料，其中，NaCl颗粒在混合粉末中的体积百分比为70%，铝合金粉末和NaCl颗粒在混料机中混合I小时后得到均匀的混合粉末，将此混合粉末在10MPa的压力下压制获得混合粉末坯；
(2)混合粉末坯的真空热压:将步骤(1)制得的混合粉末坯加热到530°C进行进行真空热压(真空度10_2Pa，真空热压压力50MPa，真空热压时间0.5小时)，真空热压后随炉冷却得到真空热压坯；
(3)真空热压坯的后处理:将步骤(2)制得的真空热压坯置于室温流水中溶除NaCl颗粒，溶除时间为2小时，得到孔隙率70%、孔径范围75~100 μ m的ZLlOl微孔铝合金。
[0015]实施例4
本实施例所述微孔铝或铝合金的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤:
Cl)混合粉末坯的制备:采用粒度为10~25μπι的ZL201铝合金粉末及粒度为75~100 μ m的NaCl颗粒为原料，其中，NaCl颗粒在混合粉末中的体积百分比为60%，铝合金粉末和NaCl颗粒在混料机中混合1.5小时后得到均匀的混合粉末，将此混合粉末在200MPa的压力下压制获得混合粉末坯；
(2)混合粉末坯的真空热压:将步骤(1)制得的混合粉末坯加热到510°C进行进行真空热压(真空度0.3*10_2Pa，真空热压压力30MPa，真空热压时间1.5小时)，真空热压后随炉冷却得到真空热压坯；
(3)真空热压坯的后处理:将步骤(2)制得的真空热压坯置于室温流水中溶除NaCl颗粒，溶除时间为I小时，得到孔隙率60%、孔径范围75~100 μ m的ZL201微孔铝合金。
以上结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种微孔铝或铝合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤: (1)混合粉末坯的制备:采用粒度10~100μ m的铝或铝合金粉末和粒度为10~100 μ m的NaCl颗粒为原料进行配料，其中，NaCl颗粒在混合粉末中的体积百分比为30~70%,铝或铝合金粉末和NaCl颗粒在混料机中混合I~3小时后，用压力机进行压制获得混合粉末还; (2)混合粉末坯的真空热压:将步骤(1)获得的混合粉末坯加热到铝或铝合金熔点以下以下30~100°C进行真空热压，真空热压时间为0.5~2小时，真空热压后随炉冷却得到真空热压坯； (3)真空热压坯的后处理:将步骤(3)得到的真空热压坯用水溶除去其中的NaCl颗粒，得到孔隙率30~70%、孔径范围与NaCl颗粒粒径范围相同的微孔铝或铝合金。
2.根据权利要求1所述的微孔铝或铝合金的制备方法，其特征在于:步骤(1)中所述铝或铝合金粉末为工业纯铝、铸造铝合金、加工铝合金粉末中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的微孔铝或铝合金的制备方法，其特征在于:步骤(1)中，当目标孔隙率小于50%时，NaCl颗粒的粒径小于铝或铝合金粉末的粒径；当目标孔隙率等于50%时，NaCl颗粒的粒径与铝或铝合金粉末的粒径相同；当目标孔隙率大于50%时，NaCl颗粒的粒径大于铝或铝合金粉末的粒径。
4.根据权利要求1所述的微孔铝或铝合金的制备方法，其特征在于:步骤(1)中所述混合粉末压制制坯的压力是100~500MPa。
5.根据权利要求1所述的微孔铝或铝合金的制备方法，其特征在于:步骤(2)中真空热压的真空度为10_2~10_3Pa，真空热压压力为20~50MPa。
6.根据权利要求1所述的微孔铝或铝合金的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述水溶除NaCl颗粒的方法为将真空热压坯置于室温流水中溶除NaCl颗粒，溶除时间为0.5~2小时。
【文档编号】C22C1/08GK104131194SQ201410346696
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】左孝青, 陆建生, 罗晓旭 申请人:昆明理工大学