本发明涉及熔体发泡制备泡沫铝技术领域，尤其涉及一种用于制备小孔径泡沫铝的发泡剂及其制备方法，以及泡沫铝的制备方法。
背景技术：
泡沫铝是一种理想的结构功能一体化材料，具有轻质、吸能减震、吸音降噪、电磁屏蔽、隔热保温以及环保等性能特点，在航空航天、汽车、道路交通、建筑装饰等领域均具有广阔的应用前景。熔体发泡法是泡沫铝的主流制备工艺之一，它的基本原理是通过发泡剂(通常是氢化钛)在经增粘处理后的熔体中原位分解产生气体来形成泡孔结构。目前熔体发泡泡沫铝的平均孔径通常为3～6mm，孔隙率在80％以上，孔形貌以多面体居多。在这样的孔结构条件下，泡沫铝产品主要存在以下问题：(1)制备过程中容易出现缺陷，难以保证产品质量；(2)后续加工手段少，难以通过热成型加工的方式进行一些变形量较大的异形件制备；(3)压缩力学性能不够理想，吸能能力还没有得到充分发挥。这些问题的存在极大的限制了熔体发泡法及其产品的进一步发展和应用。已有研究表明，随着孔径的减小，泡沫铝的性能将得到全面提升。当孔形貌由多面体大孔转变为球形小孔时，泡孔稳定性会显著提高，这样在制备过程中更不易出现缺陷，在后续加工过程中可以承受一些变形量较大的热加工，在压缩过程中强度更高并且能够吸收更多的能量。由此可见，进行小孔径泡沫铝制备是解决目前熔体发泡法泡沫铝产品所存在问题的一个重要途径。
在熔体发泡法中，气泡是通过氢化钛颗粒在铝熔体中的原位分解来形成。然而氢化钛在铝熔体中的分散是一件十分困难的事情，目前已见报道的小孔径泡沫铝制备方法均没有从本质上解决氢化钛的分散难题，而是通过缩短发泡时间，抑制气泡长大，或者添加细化剂促进气泡形核的方式来获得小孔径泡沫铝。但是由于泡沫铝的表观导热系数很低，因此很难实现内外同时凝固。尤其是当尺寸较大时，如果凝固过程在发泡过程尚未充分进行时开始，极易出现先凝固的外层泡沫体孔径小，后凝固的心部泡沫体孔径大的孔结构不均匀现象。此外，这样的小孔径泡沫铝不具备热成型加工性能，因为当再次加热时，残余氢化钛会继续分解释放氢气，导致孔结构发生变化。
技术实现要素：
有鉴于此，确有必要提供一种发泡剂及其制备方法，以及泡沫铝的制备方法，解决氢化钛的分散问题，改善氢化钛在铝熔体中分散状态。
一种发泡剂，包括预处理的氢化钛颗粒及金属颗粒，该金属颗粒与该预处理的氢化钛颗粒均匀混合，该金属颗粒能够与铝熔体润湿，该预处理的氢化钛颗粒包括氢化钛及存在于氢化钛表面的氧化膜。
一种发泡剂的制备方法，包括将氢化钛颗粒在含氧气氛中热处理，使氢化钛颗粒表面氧化；以及将经过热处理的氢化钛颗粒与金属颗粒通过球磨混合，并使氢化钛颗粒破碎。
一种泡沫铝的制备方法，包括：将氢化钛颗粒在含氧气氛中热处理，使氢化钛颗粒表面氧化；将经过热处理的氢化钛颗粒与金属颗粒通过球磨混合，并使氢化钛颗粒破碎，得到发泡剂；在铝熔体中添加该发泡剂并搅拌；使该发泡剂发泡；以及将铝熔体冷却凝固。
本发明实施例采用氢化钛与金属颗粒球磨混合后形成的复合颗粒作为发泡剂可以增加氢化钛颗粒数量，降低氢化钛向铝熔体中添加和分散的难度，减小氢化钛在熔体中的团聚程度，延缓氢化钛的释氢时间，促进氢气泡的形核，从而起到细化孔径的作用。通过使用本发明实施例的发泡剂，在发泡过程充分进行的前提条件下实现小孔径泡沫铝的制备，使制备过程更加可控，孔结构均匀性也更易于保证。
附图说明
图1是本发明实施例的发泡剂的制备方法的流程图。
图2是本发明实施例的发泡剂的微观形貌扫描电镜照片。
图3是采用本发明实施例的发泡剂制备出的小孔径泡沫铝的光学照片。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明实施例的发泡剂及其制备方法。
请参阅图1，本发明提供一种发泡剂的制备方法，包括：
s1，将氢化钛颗粒在含氧气氛中热处理，使氢化钛颗粒表面氧化；以及
s2，将经过热处理的氢化钛颗粒与金属颗粒通过球磨混合，并使氢化钛颗粒破碎。
该氢化钛用作发泡过程的气体来源。该氢化钛颗粒的粒径优选小于150目，更有选为-150目至-400目。在该步骤s1中，该热处理的温度优选为400℃至500℃，该热处理的时间优选为1小时至8小时。该含氧气氛优选为空气。该氢化钛颗粒在含氧气氛中加热可以使颗粒表面形成致密的氧化膜，即二氧化钛膜，从而起到延缓分解的作用，从而为氢化钛在铝熔体中的分散过程提供充足的时间。
该金属颗粒用于降低氢化钛在铝熔体中的分散难度。该金属颗粒能够与铝熔体润湿，优选为与铝熔体具有良好的润湿性。该金属颗粒优选的选自铝粉、铜粉、铁粉、镁粉及镍粉中的至少一种。该金属颗粒的粒径为-100目至200目。该氢化钛颗粒与金属颗粒的质量比优选为1:1至1:10。在该步骤s2中，该金属颗粒与该金属颗粒的球磨混合可以在球磨机中进行，该球磨机中的磨球与物料质量比优选为2:1至5:1，该球磨机转速优选为100r/min至800r/min，球磨时间优选为1小时至10小时。本实施例中该球磨机为行星式球磨机。
请参阅图2，经过球磨处理后，一方面氢化钛颗粒会被破碎，从而导致氢化钛颗粒数量增加，且粒径减小；另一方面破碎的氢化钛颗粒会离散分布在金属颗粒基体表面，形成复合颗粒，从而使得氢化钛颗粒得到有效的分散。当采用这种复合颗粒作为发泡剂向熔体中添加时，一方面气泡形核核心数量随氢化钛颗粒数量的增加而增加；另一方面与铝熔体润湿性良好的金属颗粒可以作为载体将氢化钛送入熔体中，这在一定程度上解决了氢化钛向熔体中添加与分散的难题。但该复合颗粒添加到熔体中，金属颗粒在熔化的过程中吸收热量，降低了复合颗粒周围熔体的温度，可以有效延缓氢化钛颗粒的释氢，从而增加了氢化钛的利用率；金属颗粒熔化后导致局部熔体过冷，可以增加熔体的过冷度，从而促进氢的形核，起到细化气泡的作用。此外，氢化钛颗粒在添加时已经具有一定的预分散程度，这就降低了在熔体中的分散难度，从而有利于减小在熔体中的团聚程度，使最终的泡沫铝气泡孔径随之减小。
本发明实施例提供一种发泡剂，包括预处理的氢化钛颗粒及金属颗粒，该金属颗粒与该预处理的氢化钛颗粒均匀混合，该金属颗粒能够与铝熔体润湿，该预处理的氢化钛颗粒包括氢化钛及存在于氢化钛表面的氧化膜。
该金属颗粒优选包括铝粉、铜粉、铁粉、镁粉及镍粉中的至少一种。该预处理的氢化钛颗粒与金属颗粒的质量比优选为1:1至1:10。该预处理的氢化钛颗粒通过将氢化钛在含氧气氛中热处理后球磨破碎获得。该预处理的氢化钛颗粒离散分布在该金属颗粒表面。
请参阅图3，采用本发明实施例的发泡剂进行发泡时孔径细化效果明显，可通过熔体发泡法实现孔径低至1mm左右的小孔径泡沫铝制备，并且，该泡沫铝中的气孔分布均匀。
本实施例中，使用该发泡剂制备小孔径泡沫铝的制备过程包括：提供铝熔体；在该铝熔体中添加增粘剂并搅拌；在该铝熔体中添加发泡剂并搅拌；保温发泡；以及冷却凝固。
该增粘剂优选为金属钙颗粒。该增粘剂的添加量铝熔体质量的2％至3％。添加该增粘剂时该铝熔体的温度优选为660℃至680℃。添加该增粘剂后优选搅拌5至15分钟使增粘剂与铝熔体均匀混合。
添加发泡剂时该铝熔体温度优选为650℃至660℃，该搅拌时间优选为3分钟至10分钟。该保温发泡的时间优选为5分钟至10分钟。该冷却凝固为自然冷却。该发泡剂的添加量根据氢化钛与金属颗粒的质量比例以及泡沫铝所需孔径和孔隙率来决定。
相比于熔体发泡法中的将单一的氢化钛颗粒作为发泡剂，本发明实施例采用氢化钛与金属颗粒球磨混合后形成的复合颗粒作为发泡剂可以增加氢化钛颗粒数量，降低氢化钛向铝熔体中添加和分散的难度，减小氢化钛在熔体中的团聚程度，延缓氢化钛的释氢时间，促进氢气泡的形核，从而起到细化孔径的作用。通过使用本发明实施例的发泡剂，在发泡过程充分进行的前提条件下实现小孔径泡沫铝的制备，使制备过程更加可控，孔结构均匀性也更易于保证。并且制备所得泡沫铝产品在二次加热过程中不会出现由于发泡剂继续分解而导致的孔结构变化，从而可能具备一定的热成型加工能力。该发泡剂具有制备流程简单，孔径细化效果明显的特点，可通过熔体发泡法实现孔径低至1mm左右的小孔径泡沫铝制备。
实施例1
发泡剂的制备：采用粒径-300目的氢化钛粉和粒径-200目的铜粉作为原材料，先将氢化钛置于500℃的空气中预热处理2h，然后再与铜粉按如下工艺参数进行球磨混合：预处理氢化钛与铜粉质量比例1:1，磨球与物料质量比3:1，球磨机转速250r/min，球磨时间4h。经球磨处理后复合粉末中形成了破碎的预处理氢化钛离散分布在铜粉基体上的复合颗粒，扫描电镜微观形貌如图2所示。当使用这种复合粉末作为发泡剂时可以起到明显的孔径细化作用。
实施例2
小孔径泡沫铝的制备：采用实施例1的发泡剂制备小孔径泡沫铝。先将铝锭在刷有氧化锌涂料的不锈钢坩埚中加热熔化，然后调整熔体温度至680℃，添加3wt.％的金属钙粒并搅拌10min进行增粘，增粘结束后调整熔体温度至660℃，添加1wt.％的发泡剂并搅拌3min进行分散，分散结束后保温发泡5min，待发泡过程充分进行后取出坩埚置于空气中自然冷却至室温，可制备出平均孔径1mm，孔结构均匀的小孔径泡沫铝，如图3所示。
实施例3
发泡剂的制备：与实施例1基本相同，区别仅在将铜粉替换为铝粉。
小孔径泡沫铝的制备：先将铝锭在刷有氧化锌涂料的不锈钢坩埚中加热熔化，然后调整熔体温度至680℃，添加2.5wt.％的金属钙粒并搅拌10min进行增粘，增粘结束后调整熔体温度至660℃，添加1wt.％的发泡剂并搅拌3min进行分散，分散结束后保温发泡5min，待发泡过程充分进行后取出坩埚置于空气中自然冷却至室温，可制备出平均孔径1.2mm，孔结构均匀的小孔径泡沫铝。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。