一种可降解铝基材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料领域，特别涉及一种可降解铝基结构材料。
【背景技术】
[0002] 随着经济的快速发展，我国的建筑体系有了很大的发展，我们需要在很多复杂环 境下建造建筑物。目前建筑行业的混凝土浇筑要用模板固定支撑，这样就对建筑模板的要 求越来越高。如海洋作业平台建设，由于复杂的环境因素，需要一种强度高、性能好、且不需 要拆除的模板。普遍使用木模板，虽然质量轻，但其强度低、不防水，而且要耗费大量的木材 资源，不利于生态环境和森林资源的保护；塑料模板刚性差、易变型、成本高、且产生塑料垃 圾，污染环境；普通钢模板存在质量大、易生锈、且在混凝土浇筑过程中易与混凝土粘在一 起，脱模困难。现在已出现的建筑铝合金模板耐久性好，符合强度和性能的要求，但不能在 复杂环境下自降解，需要繁重的拆模工作。所以需要设计一种可降解的铝基结构材料。
【发明内容】
[0003] 技术问题：本发明提供一种可控降解时间的可降解铝基材料。
[0004] 技术方案：本发明的可降解铝基材料，由基体及均匀分布于基体中的Al4C 3相构 成，所述基体为纯铝或铝合金，所述Al4C3相占合金的体积百分比在20~70%间。上述可降 解铝基材料按照如下方法制备：将Al粉和C粉按Al 4C3的化学计量比混合均匀后压成铝碳 粉预制块备用，然后根据所制备铝基材料成分，先在真空炉中熔炼纯铝或铝合金，待其熔化 并升温至850°C时，加入已压成块状的铝碳粉预制块，继续升温至850-950°C，待真空炉中 熔体熔清时表明Al和C生成Al 4C3的反应完成，然后降温凝固即可获得可降解铝基材料。
[0005] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0006] 本发明的可降解铝合金与普通铝合金相比，普通铝合金在自然条件下由于表面存 在的一层致密氧化层，有较好保护作用，其腐蚀非常缓慢，一般不能做可降解材料用，而本 发明由于其在工程应用中会和空气中的水蒸气发生降解反应，而且还有可控时间降解的特 性，用于复杂环境条件下一次性结构材料或者需要拆除的支架模板的制作材料，可以减轻 人力物资的消耗。本发明的可降解是源于铝合金中形成的Al 4C3在含有水蒸气的空气中的 独特性能特点，即其可以与空气中的水蒸气反应，生成〇1 4和Al (OH) 3，从而导致与其邻近的 铝合金因体积膨胀而发生破坏，进而促使更多的Al4C 3参与反应，最终产生可降解的效果， 其反应方程为：
[0007] A14C3+12H20 = 3CH4 t +4A1 (OH) 3
[0008] 本发明的可降解铝合金与普通可降解塑料材料相比，其力学性能满足工程应用的 需求，而且在达到使用有效时间时会发生支撑力降低现象，使用有效时间跟其成分有关。所 以本发明的可降解铝基材料是可控降解，Al 4C3相的成分越多，其有效承载时间越短。在支 撑力失效之前其强度和塑性均符合使用要求。而且其降解产物〇1 4和Al (OH) 3是自然环境 中的常见的物质，具有环境相容性，不会对环境造成污染，反而会融入环境。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明可降解铝基材料SEM图像，为实施例的微观形貌，白色条状的Al4C3 相均匀分布在铝合金基体中。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
[0011] 制备本发明材料的具体工艺步骤可以为：
[0012] 第一步：原位合成A14C3用预制块的制备
[0013] 1.混粉。按照化学计量比分别秤取一定重量的Al粉和石墨粉，然后在混粉机上均 匀混粉8小时。本发明使用铝粉粒度为100-400目，使用前进行干燥处理；石墨粉为纯度为 99. 8wt %的无定形石墨粉。
[0014] 2.压坯。将步骤1中得到的粉在液压机上压成直径20mm的短棒状试块。
[0015] 3.干燥。压好的预制块在干燥箱中100°C干燥2小时。
[0016] 第二步：熔炼可降解铝基材料
[0017] 本发明采用了真空中频感应炉熔炼可降解铝基材料。
[0018] 熔炼时纯铝块或铝合金块随炉加入坩埚，上述第一步制备的预制块事先放置在真 空炉的料斗中，在熔炼过程中加入。当石墨坩埚中炉料温度达到铝或其合金熔点后开始熔 化，在Al熔化后继续升温至一定温度（850°C)后，从料斗中加入预制块，继续升温至反应温 度，预制块受热发生反应，并放出白色火光。待熔炼均匀后静置一段时间，在此温度下保温 5~15分钟，需要的话再调整合金元素含量，然后冷却或浇注到钢模中，最后得到所需的可 降解错基材料。
[0019] 下面是本发明的几组实施例：
[0020] 实施环境条件为温度20°C，空气相对湿度为50%。其中铝为纯度为99. 9wt%的退 火态纯铝；铝合金为2A14铝合金，含有I. 2wt%的硅、4. 2wt%的铜、0. 5wt%的镁、0. 6wt% 的猛、0.2?1:%的锌、0.1￥1:%的钛、0.1￥1:%的镍、0.08￥1:%的铁，其余为错。
[0021]
【主权项】
1. 一种可降解铝基材料，其特征在于，该材料由基体及均匀分布于基体中的白色条状 Al4C3相构成，所述基体为纯铝或铝合金，所述Al4C3相占铝基材料的体积百分比在20~ 70%间，该材料按照如下方法制备得到： 将Al粉和C粉按Al4C3的化学计量比混合均匀后压成铝碳粉预制块备用，然后根据所 制备铝基材料成分，先在真空炉中熔炼纯铝或铝合金，待其熔化并升温至850°C时，加入已 压成块状的铝碳粉预制块，继续升温至850-950°C，待真空炉中熔体熔清时表明Al和C生成 Al4C3的反应完成，然后降温凝固即可获得可降解铝基材料。
【专利摘要】一种可降解铝基材料，由Al4C3均匀分布在纯铝或铝合金基体里，Al4C3体积百分比在20～70％间。本发明的可降解铝基材料降解时间与铝合金中Al4C3的含量及环境湿度有关，Al4C3的体积百分比和环境湿度越大，降解速度越快、材料承载时间越短。本发明材料使用真空熔炼技术制备，其降解产物是CH4和Al(OH)3，分解产物进入大气和土壤中，不会对环境造成污染，是一种环境友好型材料。
【IPC分类】C22C32-00, C22C1-10, C22C21-00
【公开号】CN104726737
【申请号】CN201510155681
【发明人】薛烽, 秦龙, 白晶, 周健, 张 成
【申请人】东南大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月2日