一种泡沫铝夹芯板的制备方法与流程

本发明涉及一种多孔金属材料的制备领域，尤其涉及一种泡沫铝夹芯板的制备方法。

背景技术：

泡沫铝夹芯板是一种结构功能一体化的新型复合材料，既在宏观上具有夹芯结构的复合特征，又在充分发挥泡沫铝材料自身特点的同时，解决了单一泡沫铝强度较低，难于连接等问题，具有质轻、吸能效率高、比刚度较高等特点，可广泛应用在航空航天制造、轨道交通、海运、军事装备等领域。然而泡沫的稳定性，泡孔形状、大小、均匀性的控制和重现性差等问题一直制约了泡沫铝夹芯板产业化的发展及其应用，因此控制泡沫的生长过程及稳定性是泡沫铝夹芯板的制备中要解决的关键问题之一。

目前，泡沫铝夹芯板的制备方法主要分为两大类，一类是先获得泡沫金属裸板，再与金属面板通过不同的连接方法进行连接的方法。这类方法存在泡沫铝板连接表面的清理不净、结合界面的非面接触性等问题，并且其中胶粘方法制备的夹芯板还存在不耐高温、易老化等缺点)；另一类是直接发泡法，制备可发泡预制体再加热预制体进行发泡，待发泡剂进行分解的同时在具有一定黏度的铝熔体中进行发泡，最后冷却制备出泡沫铝夹芯板，直接获得泡沫铝夹芯板，此类方法中芯材的发泡过程属于粉末冶金直接发泡法，由于其预成型性、一体化和净成形等特点，已得到了广大研究者的重视。通过“粉末冶金直接发泡法”制备的具有冶金结合界面的泡沫铝夹芯结构材料，使得夹芯板的整体强度提高，且耐高温不易老化，已被认为是一种极具发展潜力的新型复合材料，也是多孔泡沫金属材料规模化应用的重要发展方向。然而其发泡过程是一个极为复杂的过程，它的控制直接关系到夹芯板的质量。现如今精确控制夹芯板的泡孔形态、宏观结构和增强其基体结构方面的问题一直未能彻底解决。

当前国内外对泡沫的生长过程和稳定性的研究很多，现今提出的主要的控制方法即是引入外界物质来增加熔体的黏度和表面张力从而提高熔体的稳定性或添加Ca、Mg、SiC、Al₂O₃等固体颗粒和纤维等。但是，缺少针对泡沫铝夹芯板泡孔形态，结构与组织的有效控制手段，而这是工业化的关键所在，需要一种有效的方法进行改进。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种结构稳定，气孔均匀，力学性能良好的泡沫铝夹芯板的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种泡沫铝夹芯板的制备方法，包括：

1)、将铝硅合金粉末与发泡剂混合均匀，得到混合料，其中所述发泡剂占铝硅合金粉末与所述发泡剂总质量的0.4～1wt％；

2)、将所述混合粉末加入一端封闭的铝管中，并将入扣封闭，得到预制件；

3)、将所述预制件进行冷轧，得到可发泡预制体；

4)、将所述可发泡预制体导入超声场协同发泡控制，得到泡沫铝夹芯板。

优选的，所述铝硅合金Al：Si质量比为(7～18):1。

优选的，所述发泡剂为氢化钛。

优选的，步骤2)具体为：

将所述混合料置于内壁清洁后，且一端封闭的铝异型管中后将另一端口处压制封闭；所述铝异型管的壁厚为1～2.5mm。

优选的，步骤3)具体为：

将所述预制件在压力为30～100T的压力下冷轧，得到可发泡预制体；所述冷轧的压下率为60～80％。

优选的，所述可发泡预制体的芯层粉体相对密度大于85％。

优选的，步骤4)具体为：

将所述可发泡预制体进行发泡，发泡过程中导入超声场，得到发泡夹芯板，所述超声场的导入功率为100～1000W，时间为10～120s。

优选的，所述发泡温度为660～720℃，发泡时间是30～120s。

优选的，所述发泡温度为680～710℃，发泡时间是50～100s，

优选的，所述超声场的导入功率为200～800W，时间为10～120s。

本发明提供了一种泡沫铝夹芯板的制备方法，包括：1)、将铝硅合金粉末与发泡剂混合均匀，得到混合料，其中所述发泡剂占铝硅合金粉末与所述发泡剂总质量的0.4～1wt％；2)、将所述混合粉末加入一端封闭的铝管中，并将入口封闭，得到预制件；3)、将所述预制件进行冷轧，得到可发泡预制体；4)、将所述可发泡预制体在超声场内发泡，得到泡沫铝夹芯板。本发明的制备方法通过超声场协同发泡具有干扰TiH₂分解过程的功能，促进H₂的分解率与利用率；超声场在发泡过程中有利于打碎大的气泡，使气泡均匀生长，避免大的通孔和破损的泡孔形成；超声场还可对基体晶粒组织细化，获得良好的性能作用，具有可控制备、成本低廉、结构稳定、力学性能较好等特点，近年来引起研究者的广泛关注。

通过超声场协同发泡过程制备出的泡沫铝夹芯板，提出与此方法相应的最佳制备工艺参数，可以制备出平均孔径为1～3mm，泡沫铝夹芯板的平均密度为0.6～1.5g/cm³，泡沫铝夹芯板的芯层平均密度为0.2～0.8g/cm³的界面实现冶金结合且晶粒细小，具有等轴晶组织特点的优质材料，此方法简单有效，对粉末冶金法制备的泡沫铝夹芯板的生产实践可起到一定的指导作用，该方法不但可以应用到Al-Si基的泡沫金属材料，也为在其他金属基泡沫材料的制备提供一种新方法，具有广阔应用前景。

附图说明

图1、为实施例1制备的泡沫铝夹芯板的发泡结构示意图；

图2、为实施例1发泡初期的微观形貌；

图3、为实施例2制备的泡沫铝夹芯板的发泡结构示意图；

图4、为实施例2发泡初期的微观形貌；

图5、为对比例1制备的泡沫铝夹芯板的发泡结构示意图；

图6、为对比例1发泡初期的微观形貌。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1制备平均孔径为1mm的泡沫铝夹芯板

称取一定质量的铝硅合金粉末(Al：Si质量百分比：7:1)粒径为50～200μm，发泡剂氢化钛粉末粉末粒径为50～150μm，与和氢化钛粉末混合均匀，其中氢化钛粉末占粉末总质量的0.4～1w.t.％，将混合均匀后的粉末灌入内壁清洁(化学除油)且一端封闭的壁厚为1～2.5mm铝材异型管中，然后将另一端口处压制封闭；将灌粉封装后的坯料在轧机上采用60～80％的轧制压下率进行单次冷轧，轧制压力为30～100T，保证预制体芯层粉体相对密度大于85％，轧后得到的复合板通过沿边切割成可发泡预制体；将可发泡预制体置于感应炉中进行发泡，在发泡过程中导入超声场，超声场导入的功率为200～800W，时间为10～120s。图1为实施例1中样品，图2为发泡初期的微观形貌。

实施例2制备平均孔径为2mm的泡沫铝夹芯板

称取一定质量的铝硅合金粉末(Al：Si质量百分比：11:1)粒径为50～200μm，发泡剂氢化钛粉末粉末粒径为50～150μm，与和氢化钛粉末混合均匀，其中氢化钛粉末占粉末总质量的0.4～1w.t.％，将混合均匀后的粉末灌入内壁清洁(化学除油)且一端封闭的壁厚为1～2.5mm铝材异型管中，然后将另一端口处压制封闭；将灌粉封装后的坯料在轧机上采用60～80％的轧制压下率进行单次冷轧，轧制压力为30～100T，保证预制体芯层粉体相对密度大于85％，轧后得到的复合板通过沿边切割成可发泡预制体；将可发泡预制体置于感应炉中进行发泡，发泡温度为660～720℃，发泡时间是30～120s，在发泡过程中导入超声场，超声场导入的功率为200～800W，时间为10～120s。图3为实施例2中样品，图3为发泡初期的微观形貌。

对比例1

称取一定质量的铝硅合金粉末(Al：Si质量百分比：7:1)粒径为50～200μm，发泡剂氢化钛粉末粉末粒径为50～150μm，与和氢化钛粉末混合均匀，其中氢化钛粉末占粉末总质量的0.4～1w.t.％，将混合均匀后的粉末灌入内壁清洁(化学除油)且一端封闭的壁厚为1～2.5mm铝材异型管中，然后将另一端口处压制封闭；将灌粉封装后的坯料在轧机上采用60～80％的轧制压下率进行单次冷轧，轧制压力为30～100T，保证预制体芯层粉体相对密度大于85％，轧后得到的复合板通过沿边切割成可发泡预制体；将可发泡预制体置于感应炉中进行发泡，发泡温度为660～720℃，发泡时间是30～120s。图5为对比例1中样品，图6为发泡初期的微观形貌。

通过图1、3和图5的比较可以看出，使用本发明方法制备的泡沫铝夹芯板的孔径较为均一且没有出现连续的大孔，说明本发明提供的制备方法制备的产品确实解决了现有技术问题。另外根据图2、4和6的对比也可以看出从微观层面，其孔径也相对较为均一。所以本发明提供的制备方法增强宏观结构和其基体结构，由于孔径均一，没有连续的大小不一的孔出现，所以其应力更加均匀，不会出现缺陷点，提高了泡沫铝夹芯板的力学性能。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。