本发明属于金属多孔材料制备技术领域，具体涉及一种均匀多孔结构泡沫钢的制备方法。
背景技术：
泡沫钢是一种钢基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的结构-功能一体化材料。作为功能材料，它具有吸声、隔热、阻燃、电磁屏蔽等多种性能。作为结构材料，通过改变孔隙率和孔结构，可以改变钢材密度、弹性模量和屈服强度。在相同用钢量的情况下，合理的设计可以有效地提高结构构件整体稳定和局部稳定性能，从而提高承载力，达到节约钢材的目的。在强烈地震或冲击荷载作用下，孔隙的塑性压缩能够吸收大量的能量，避免结构发生脆性破坏，所以在轻型钢结构、消能减震结构、抗震结构、抗冲击和防暴结构等方面有广阔的应用前景。因而在汽车制造业、船舶制造业、航空航天业、高层建筑业、冶金化工业、桥梁及交通运输业等有着广阔的应用前景。
目前泡沫钢的制备方法主要有熔体金属发泡法、金属沉积法、空心球烧结法、渗流法和粉末烧结法。熔体金属发泡法无法使发泡剂均匀分散到熔体中，气泡大小和分布的均匀性难以控制，获得的材料力学性能等较差，尤其对于高熔点的金属很难获得高孔隙率；空心球烧结法存在空心球制备困难、工艺复杂、成本高等不足；烧结溶解法很难完全去除造孔剂，残留的造孔剂对泡沫基体有一定腐蚀作用；渗流法是以高熔点的陶瓷体为先驱体，在压力作用下将金属液体深入，随后去除先驱体的方法，该方法工艺流程长、先驱体难以完全去除的问题。泡沫塑料基体上沉积和涂覆金属后烧结的方法存在塑料的燃烧去除有毒、对环境造成污染的问题。因此，亟待开发一种高孔隙率，气泡大小和分布均匀可控制，制备简单，工艺简单，对基体无腐蚀的泡沫钢。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对传统的泡沫钢在制备时无法使发泡剂均匀分散到熔体中，气泡大小和分布的均匀性难以控制，并且在很难完全去除造孔剂，残留的造孔剂对泡沫基体有一定腐蚀作用，且难获得高孔隙率的问题，提供了一种均匀多孔结构泡沫钢的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按质量百分比计，分别选取15～17%铬粉、3～5%镍粉、3～5%钼粉、0.2～0.4%锰粉、0.3～0.5%硅粉、0.01～0.02%磷粉、0.01～0.03%碳粉、0.01～0.02%硫磺粉、剩余的为铁粉，混合后得混合粉末，将混合粉末和无水乙醇混合后置于纳米均质机中均质，得均质混合物，将均质混合物置于烘箱中干燥，得纳米级混合粉末，备用；
（2）称取去离子水和单十二烷基磷酸酯钾，依次加入到搅拌机中，搅拌后加入蛋清，随后快速搅拌进行发泡，得发泡蛋清液；
（3）将步骤（1）备用的纳米级混合粉末和发泡蛋清液混合，混合后依次加入碳酸氢钠粉末、白云石和碳酸钙，搅拌后移入箱式气氛烧结炉，在氮气气氛保护下加热，得钢液；
（4）将钢液倒入模具中，压制成型后冷却至室温，出料得坯料，将坯料放入烧结炉中，在氮气气氛保护下升温，保温烧结后冷却至室温，得烧结坯料；
（5）将烧结坯料加入盐酸中浸泡，浸泡后取出，洗涤后放入烘箱中干燥得干燥坯料，将干燥坯料置于退火炉中，加热保温后快速冷却至室温，即可得到均匀多孔结构泡沫钢。
步骤（1）中所述的混合粉末和无水乙醇按质量比1:5混合，均质时间为3～5min。
步骤（2）中所述的去离子水和单十二烷基磷酸酯钾的质量比为15:1。
步骤（2）中所述的蛋清质量为去离子水质量的15～25%，快速搅拌的转速为1000～1500r/min，搅拌发泡时间为5～10min。
步骤（3）中所述的纳米级混合粉末和发泡蛋清液按按质量比1:3混合。
步骤（3）中所述的碳酸氢钠粉末质量为发泡蛋清液质量1～3%，白云石质量为发泡蛋清液质量3～5%，碳酸钙质量为发泡蛋清液质量1～2%。
步骤（3）中所述的加热温度为1400～1500℃，保温时间为40～50min。
步骤（4）中所述的压制成型的压力为50～70mpa，烧结炉升温温度为1300～1400℃，烧结时间为1～2h。
步骤（5）中所述的盐酸的质量分数为5%，浸泡时间为30～50min。
步骤（5）中所述的退火炉的温度为550～600℃，保温时间2～3h，快速冷却时间为4～6min。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以铁粉、铬粉及镍粉等金属粉末为原料，混合均匀后与无水乙醇混合均质并干燥后，得纳米级混合粉末，本发明金属粉末互相配比后制备得到的泡沫钢密度低、比表面积大、机械强度好，无水乙醇是作为混合料的粘结剂，在干燥过程中可去除乙醇；
（2）本发明将水、单十二烷基磷酸酯钾及蛋清搅拌混，得到发泡蛋清，传统泡沫钢的造孔剂很难去除，并对钢基材有腐蚀性，而本发明是采用发泡蛋清蛋白作用造孔剂，在造孔后即可去除，不会残留才泡沫基材中，并且制得的泡沫钢孔隙率达到82～87%；
（3）本发明将纳米级金属混合粉末、白云石等混合烧结得到钢液，将钢液发泡压制后，经烧结、酸泡、洗涤等步骤，制备得到均匀多孔结构泡沫钢，本发明的烧结温度为1300～1400℃，在此烧结温度下可以使金属粉颗粒产生了收缩并形成致密结合，相互团聚长大的颗粒会逐步形成多孔结构和高强度的孔壁，并且气泡分布均匀，气泡大小可控，孔径为1.5～2.0mm。
具体实施方式
按质量百分比计，分别选取15～17%铬粉、3～5%镍粉、3～5%钼粉、0.2～0.4%锰粉、0.3～0.5%硅粉、0.01～0.02%磷粉、0.01～0.03%碳粉、0.01～0.02%硫磺粉、剩余的为铁粉，混合1～2h后得混合粉末，按质量比1:5将混合粉末和无水乙醇混合后置于纳米均质机中均质3～5min，得均质混合物，并将均质混合物置于烘箱中，在60～70℃下干燥5～7h，得纳米级混合粉末，按质量比15:1称取去离子水和单十二烷基磷酸酯钾，依次加入到搅拌机中，启动搅拌机，以400～600r/min转速搅拌10～15min后加入去离子水质量15～25%蛋清，随后以1000～1500r/min的转速搅拌发泡5～10min，搅拌后得发泡蛋清液；按质量比1:3将纳米级混合粉末和发泡蛋清液混合，混合后依次加入发泡蛋清液质量1～3%碳酸氢钠粉末、发泡蛋清液质量3～5%白云石和发泡蛋清液质量1～2%碳酸钙，搅拌5～10min后移入箱式气氛烧结炉，在氮气气氛保护下以5～7℃/min升温速率升温至1400～1500℃，加热40～50min后得钢液；将钢液立即倒入模具中，在50～70mpa的压力下压制成型后冷却至室温，出料得坯料，将坯料放入烧结炉中，在氮气气氛保护下升温至1300～1400℃，保温烧结1～2h后冷却至室温，得烧结坯料，并将烧结坯料按质量比1:20加入质量分数5%盐酸中浸泡，浸泡30～50min后取出，并用去离子水洗涤浸泡后的烧结坯料3～5次，放入烘箱中，60～70℃下干燥5～7h，得干燥坯料，随后将干燥坯料置于退火炉中，加热至550～600℃，保温2～3h后，于4～6min内冷却至室温，冷却后即可得到均匀多孔结构泡沫钢。
实例1
按质量百分比计，分别选取17%铬粉、5%镍粉、5%钼粉、0.4%锰粉、0.5%硅粉、0.02%磷粉、0.03%碳粉、0.02%硫磺粉、剩余的为铁粉，混合2h后得混合粉末，按质量比1:5将混合粉末和无水乙醇混合后置于纳米均质机中均质5min，得均质混合物，并将均质混合物置于烘箱中，在70℃下干燥7h，得纳米级混合粉末，按质量比15:1称取去离子水和单十二烷基磷酸酯钾，依次加入到搅拌机中，启动搅拌机，以600r/min转速搅拌15min后加入去离子水质量25%蛋清，随后以1500r/min的转速搅拌发泡10min，搅拌后得发泡蛋清液；按质量比1:3将纳米级混合粉末和发泡蛋清液混合，混合后依次加入发泡蛋清液质量3%碳酸氢钠粉末、发泡蛋清液质量5%白云石和发泡蛋清液质量2%碳酸钙，搅拌10min后移入箱式气氛烧结炉，在氮气气氛保护下以7℃/min升温速率升温至1500℃，加热50min后得钢液；将钢液立即倒入模具中，在70mpa的压力下压制成型后冷却至室温，出料得坯料，将坯料放入烧结炉中，在氮气气氛保护下升温至1400℃，保温烧结2h后冷却至室温，得烧结坯料，并将烧结坯料按质量比1:20加入质量分数5%盐酸中浸泡，浸泡50min后取出，并用去离子水洗涤浸泡后的烧结坯料5次，放入烘箱中，70℃下干燥7h，得干燥坯料，随后将干燥坯料置于退火炉中，加热至600℃，保温3h后，于6min内冷却至室温，冷却后即可得到均匀多孔结构泡沫钢。
实例2
按质量百分比计，分别选取15%铬粉、3%镍粉、3%钼粉、0.2%锰粉、0.3%硅粉、0.01%磷粉、0.01%碳粉、0.01%硫磺粉、剩余的为铁粉，混合1h后得混合粉末，按质量比1:5将混合粉末和无水乙醇混合后置于纳米均质机中均质3min，得均质混合物，并将均质混合物置于烘箱中，在60℃下干燥5h，得纳米级混合粉末，按质量比15:1称取去离子水和单十二烷基磷酸酯钾，依次加入到搅拌机中，启动搅拌机，以400r/min转速搅拌10min后加入去离子水质量15%蛋清，随后以1000r/min的转速搅拌发泡5min，搅拌后得发泡蛋清液；按质量比1:3将纳米级混合粉末和发泡蛋清液混合，混合后依次加入发泡蛋清液质量1%碳酸氢钠粉末、发泡蛋清液质量3%白云石和发泡蛋清液质量1%碳酸钙，搅拌5min后移入箱式气氛烧结炉，在氮气气氛保护下以5℃/min升温速率升温至1400℃，加热40min后得钢液；将钢液立即倒入模具中，在50mpa的压力下压制成型后冷却至室温，出料得坯料，将坯料放入烧结炉中，在氮气气氛保护下升温至1300℃，保温烧结1h后冷却至室温，得烧结坯料，并将烧结坯料按质量比1:20加入质量分数5%盐酸中浸泡，浸泡30min后取出，并用去离子水洗涤浸泡后的烧结坯料3次，放入烘箱中，60℃下干燥5h，得干燥坯料，随后将干燥坯料置于退火炉中，加热至550℃，保温2h后，于4min内冷却至室温，冷却后即可得到均匀多孔结构泡沫钢。
实例3
按质量百分比计，分别选取16%铬粉、4%镍粉、4%钼粉、0.3%锰粉、0.4%硅粉、0.01%磷粉、0.02%碳粉、0.01%硫磺粉、剩余的为铁粉，混合1h后得混合粉末，按质量比1:5将混合粉末和无水乙醇混合后置于纳米均质机中均质4min，得均质混合物，并将均质混合物置于烘箱中，在65℃下干燥6h，得纳米级混合粉末，按质量比15:1称取去离子水和单十二烷基磷酸酯钾，依次加入到搅拌机中，启动搅拌机，以500r/min转速搅拌13min后加入去离子水质量20%蛋清，随后以1300r/min的转速搅拌发泡7min，搅拌后得发泡蛋清液；按质量比1:3将纳米级混合粉末和发泡蛋清液混合，混合后依次加入发泡蛋清液质量2%碳酸氢钠粉末、发泡蛋清液质量4%白云石和发泡蛋清液质量1%碳酸钙，搅拌7min后移入箱式气氛烧结炉，在氮气气氛保护下以6℃/min升温速率升温至1450℃，加热45min后得钢液；将钢液立即倒入模具中，在60mpa的压力下压制成型后冷却至室温，出料得坯料，将坯料放入烧结炉中，在氮气气氛保护下升温至1350℃，保温烧结2h后冷却至室温，得烧结坯料，并将烧结坯料按质量比1:20加入质量分数5%盐酸中浸泡，浸泡40min后取出，并用去离子水洗涤浸泡后的烧结坯料4次，放入烘箱中，65℃下干燥6h，得干燥坯料，随后将干燥坯料置于退火炉中，加热至570℃，保温2h后，于5min内冷却至室温，冷却后即可得到均匀多孔结构泡沫钢。
将上述实例1～3所得的均匀多孔结构泡沫钢进行检测，其物理性质如下：