专利名称：至少包含一泡沫金属层的层状金属材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属制品制造领域，特别涉及一类含泡沫金属层的层状金属材料及其制备方法。
背景技术：
泡沫金属所具有的轻质、高比强度、吸声、隔音、隔热、阻燃、减震、吸收冲击能、电磁屏蔽大比表面积等特性，使得其在航空、航天、运输、电子、军工、化工、冶金、环保、能源、机械、生物等各个高科技领域及一般工业领域的应用受到了越来越广泛的关注。然而，由于泡沫金属裸板的发达孔隙特征，使得其在应用过程中会出现一些缺陷，如灰尘的集聚及表面涂饰的不完美等。因此，在实际应用过程中，具有泡沫金属芯夹心板的应用前景更加广阔。CN1186144A、CN2727289Y及2726982Y等专利公布了制备泡沫金属芯夹心板的方法，这些专利所公布的方法中均采用胶将金属板与泡沫芯粘接在一起，但胶的老化会影响夹心板的寿命；还有人采用粉末冶金法来制备泡沫金属芯夹心板，但该法制造成本高；专利CN1418739A提供了一种泡沫金属夹心板的连铸连轧方法，但该方法工艺过程的控制有一定的难度。在电化学等领域，有时候还要求所用的电极极板材料具有较大的比表面积，从而可使得其上的电流增大，加快电极过程，但目前还没有找到低成本制备大比表面积电极的方法。在吸声、降噪领域，目前所采用的大都是征对不同频率噪音采用不同孔隙率的材料，还没有一种可同时吸收多种频率噪音的材料。
发明内容
本发明的目的的是提供一种金属层结合更紧密，得到的材料环保，不同的金属层之间无需胶粘连接的，至少含一层金属泡沫的层状金属复合材料。
本发明的另一目的旨在提供上述材料宜于工业化实施的制备方法。
本发明的目的是通过下述方式实现的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料，其特征在于层状金属材料中至少包括两个金属层，且其中至少有一泡沫金属层；各金属层属来源于同一种金属材质，但各金属层之间至少应存在一种物理性能的差异，相邻金属层之间为熔融结合而成。
所述的物理性能的差异指的是金属的内部结构包括孔径大小、孔径形貌、孔径分布结构、密度的不同。
所述层状金属材料为至少一层实心金属层，至少一层通孔泡沫金属层。
所述层状金属材料为多层通孔泡沫金属层，各层之间孔径有不同。
本发明制备方法为所述的层状金属材料通过渗流方法制备，所述渗流方法是加压渗流与负压真空渗流中的一种；将熔化成熔体的一种金属或合金，加入到排布有造孔材料的模具中，冷却后去掉造孔材料，得到由造孔材料制成通孔泡沫金属层。
所述的造孔材料为去除性良好的渗流粒子或网眼前驱体，所述的去除性良好指的是造孔材料经热水反复冲洗后可较干净地去除。
所述渗流方法中用的去除性良好的渗流粒子是指颗粒状农用钾肥、食盐、硫酸钾、菱苦土、煅烧白云石及通过滚动造球法所制备石膏球中的一种或几种，所述可去除性良好的网眼前驱体的主要成分为氯化钠与石膏；所述网眼前驱体的制备为，把由氯化钠、石膏与水所配制成的料浆通过辊压的方式灌入三维网眼聚胺脂海绵中，然后将灌浆海绵烘干，在500～550℃下烧结2～2.5h得到。
金属实心层与通孔泡沫金属层的复合材料的制备为将造孔材料相隔一定间距地排布在渗流模具中，两造孔材料之间不再设其他材料，并将模具预热；选取一种金属或合金，并将其熔化成熔体，并将熔体保温；通过加压或真空渗流的方式使保温熔体进入模具，冷却后得到毛坯铸件，将毛坯铸件中的渗流粒子或网眼前驱体去除，沿铸件的不同部位切开，得到含金属实心层与通孔泡沫金属层的复合材料。
多层通孔泡沫金属层的复合材料制备为将不同的造孔材料紧邻无间隔地排布在渗流模具中，并将模具预热；选取一种金属或合金，将其熔化成熔体，并将熔体保温；通过加压或真空渗流的方式使保温熔体进入模具，冷却后得到毛坯铸件，将毛坯铸件中的渗流粒子或网眼前驱体去除，沿铸件的不同部位切开，得到多层通孔泡沫金属层的复合材料。
所述的用来熔化成熔体的金属或合金，是指镁、铝、锌、铅、锡及其合金中的一种；模具预热温度为熔化成熔体的金属或合金熔点温度的1/2～3/4，熔体保温温度较所熔炼金属或合金的熔点高20～100℃；所述加压或真空渗流的方式中，加压的压力为0.2～10Mpa，所述真空渗流的真空度10Pa～0.06Mpa。
与公知层状金属材料相比，本发明层状材料的金属层之间的结合不用胶粘，而是熔融结合；本发明的材料制备方法工艺简单，适用于规模化生产，另外，还可根据用途与性能的需要制备出由具有不同理化性质金属层构成的层状金属复合材料。
图1具有通孔/实心体/通孔结构的层状铅银极板制备过程示意图。
图2含三层不同孔隙率通孔泡沫铝层的层状板制备过程示意图。
具体的实施方式下面结合附图对本发明作详细说明，但决不是用来限制本发明的范围。
实施例1具有通孔/实心体/通孔结构的层状铅银极板制备。
a.制备网眼前驱体。①裁取长×宽×厚尺寸分别为970×620×6mm及孔密度为5ppi的聚胺酯海绵；②将海绵置于5％的NaOH溶液中浸泡24h，然后反复用清水漂洗；③将30wt％的氯化钠、70wt％的石膏与适量水配成料浆；④将海绵浸入料浆中，然后在辊压机上辊压出多余料浆，然后重复两次浸浆、辊压工艺，得到灌浆海绵；⑤将灌浆海绵在120℃烘干，在500℃下烧结2.5h即得到网眼前驱体。
b.将网眼前驱体(11)安装在图1(a)所示的渗流模具中，两网眼前驱体之间没有填充任何材料，且其间距为6mm；然后将渗流模具预热到300±20℃。
c.将Pb-0.8Ag合金熔化成熔体，然后加热到480±10℃，然后将该计量好的熔体倒入渗流模具中，启动真空泵；待铅熔体下降到计量高度后，停止抽真空，并停止模具的加热，随炉冷却。
d.将上一步得到的毛坯在热水中反复冲洗后得到图1(b)所示多孔铸件，该多孔铸件中包含有泡沫金属层(111)与实心金属层(112)；沿A-A线切开，即可得到具有通孔泡沫层/实心体层/通孔泡沫体层结构的新型Pb-0.8Ag阳极板；该材料可用来替代目前湿法炼锌电积工序中的Pb-0.8Ag阳极，从而达到降低阳极上析氧过电位、并降低电锌能耗的目的。
实施例2含三层不同孔隙率通孔泡沫铝层的层状板制备。
本实施例所制备层状板中含三层不同孔隙率的通孔泡沫铝层。本实施例采用真空渗流技术，真空度为0.01Mpa。所用渗流模具示于图2中。下面结合图2对本实施例层状板的制备工艺进行说明。
a.两种不同孔隙率可溶性网眼前驱体的制备。①裁取长×宽×厚尺寸分别为300×300×15mm，孔密度分别为10ppi与40ppi的聚胺酯海绵；②将海绵置于5％的NaOH溶液中浸泡24h，然后反复用清水漂洗；③将30wt％的氯化钠、70wt％的石膏与适量水配成料浆；④将海绵浸入料浆中，然后在辊压机上辊压出多余料浆，然后重复两次浸浆、辊压工艺，得到灌浆海绵；⑤将灌浆海绵在120℃烘干，在500℃下烧结2.5h即得到网眼前驱体。
b.将分别由10ppi与40ppi的聚胺酯海绵所制备网眼前驱体(21)与(22)安装在图2(a)所示渗流模具中，两网眼前驱体之间的间距为8mm，然后在两网眼前驱间距内装入φ1mm的K2SO4颗粒(23)，并将模具预热到450℃。
c.将熔化后的纯铝熔体升温到700℃，然后将该计量好的熔体倒入渗流模具中，启动真空泵；待铝熔体下降到计量高度后，停止抽真空，并停止模具的加热，随炉冷却；d.将上一步得到的多孔铸件在热水中反复冲洗后，即得到图2(b)所示的具有三个不同孔隙率金属层的层状材料。该材料可用在吸音、降噪等场合。
权利要求
1.至少包含一泡沫金属层的层状金属材料，其特征在于层状金属材料中至少包括两个金属层，且其中至少有一泡沫金属层；各金属层属来源于同一种金属材质，但各金属层之间至少应存在一种物理性能的差异，相邻金属层之间为熔融结合而成。
2.根据权利要求1所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料，其特征在于所述的物理性能的差异指的是金属的内部结构包括孔径大小、孔径形貌、孔径分布结构、密度的不同。
3.根据权利要求1所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料，其特征在于所述层状金属材料为至少一层实心金属层，至少一层通孔泡沫金属层。
4.根据权利要求1所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料，其特征在于所述层状金属材料为多层通孔泡沫金属层，各层之间孔径有不同。
5.权利要求1所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料的制备方法，其特征在于所述的层状金属材料通过渗流方法制备，所述渗流方法是加压渗流与负压真空渗流中的一种；将熔化成熔体的一种金属或合金，加入到排布有造孔材料的模具中，冷却后去掉造孔材料，得到由造孔材料制成通孔泡沫金属层。
6.根据权利要求5所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料的制备方法，其特征在于所述的造孔材料为去除性良好的渗流粒子或网眼前驱体，所述的去除性良好指的是造孔材料经热水反复冲洗后可较干净地去除。
7.根据权利要求6所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料的制备方法，其特征在于所述渗流方法中用的去除性良好的渗流粒子是指颗粒状农用钾肥、食盐、硫酸钾、菱苦土、煅烧白云石及通过滚动造球法所制备石膏球中的一种或几种，所述可去除性良好的网眼前驱体的主要成分为氯化钠与石膏；所述网眼前驱体的制备为，把由氯化钠、石膏与水所配制成的料浆通过辊压的方式灌入三维网眼聚胺脂海绵中，然后将灌浆海绵烘干，在500～550℃下烧结2～2.5h得到。
8.权利要求3所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料的制备方法，其特征在于将造孔材料相隔一定间距地排布在渗流模具中，两造孔材料之间不再设其他材料，并将模具预热；选取一种金属或合金，将其熔化成熔体，并将熔体保温；通过加压或真空渗流的方式使保温熔体进入模具，冷却后得到毛坯铸件，将毛坯铸件中的渗流粒子或网眼前驱体去除，沿铸件的不同部位切开，得到含金属实心层与通孔泡沫金属层的复合材料。
9.权利要求4所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料的制备方法，其特征在于将不同的造孔材料紧邻无间隔地排布在渗流模具中，并将模具预热；选取一种金属或合金，并将其熔化成熔体，并将熔体保温；通过加压或真空渗流的方式使保温熔体进入模具，冷却后得到毛坯铸件，将毛坯铸件中的渗流粒子或网眼前驱体去除，沿铸件的不同部位切开，得到多层通孔泡沫金属层的复合材料。
10.根据权利要求5-9任一项所述的至少包含一泡沫金属层的层状金属材料的制备方法，其特征在于所述的用来熔化成熔体的金属或合金，是指镁、铝、锌、铅、锡及其合金中的一种模具预热温度为熔化成熔体的金属或合金熔点温度的1/2～3/4，熔体保温温度较所熔炼金属或合金的熔点高20～100℃；所述加压或真空渗流的方式中，加压的压力为0.2～10Mpa，所述真空渗流的真空度10Pa～0.06Mpa。
全文摘要
至少包含一泡沫金属层的层状金属材料及其制备方法。层状金属材料至少包括两个金属层，且其中至少有一泡沫金属层；相邻金属层之间为熔融结合，且相邻层间至少存在一种物理性能的差异；层状金属材料各金属层的材质相同，为镁、铝、锌、铅、锡及其合金中的一种。层状金属材料制备方法指的是真空渗流或加压渗流方法中的一种。本发明层状金属材料的用途广泛、制备工艺简单，可大规模、低成本制备出几何尺寸大、含泡沫金属层的材料。
文档编号C22C1/08GK1962256SQ20061003259
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月16日 优先权日2006年11月16日
发明者周向阳, 李劼, 刘宏专, 丁凤其, 刘希泉, 张华 , 尚保卫, 伍上元 申请人:中南大学