一种易于去除造孔剂的通孔泡沫铝制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种易于去除造孔剂的通孔泡沫铝制备方法。先将球形碳酸氢铵：铝粉＝1～4：1体积比称量后混合均匀，然后，添加无水乙醇以便增加混合粉末的均匀性，得到试样混粉，接着将试样混粉压制，得到圆柱形或长条形压坯试样；将压坯试样放在水浴中浸渍以去除球形碳酸氢铵造孔剂，然后在干燥箱内进行烘干；最后真空烧结后冷却至室温，得到孔结构均匀，孔隙率可控的通孔泡沫铝。本发明的优点在于，与不规则形状的造孔剂相比，球形碳酸氢铵所制备的泡沫铝在应力作用下可以很大程度的避免裂纹萌生，提高通孔泡沫铝的力学性能；造孔剂可以完全去除，避免了残余造孔剂对铝基体的腐蚀，缩短了工艺周期，提高经济效益。
【专利说明】一种易于去除造孔剂的通孔泡沬铝制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种易于去除造孔剂的通孔泡沫铝制备方法，具体是一种利用更易去除的造孔剂，对传统烧结溶解法进行改进，制备得到结构均匀、性能优异的通孔泡沫铝，属于金属材料加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]多孔泡沫金属作为气孔相和金属相的结合体，由于其结构的特殊性，因而表现出不同于致密金属的特殊性能，具有轻质、比表面积大、高比强度、阻尼减振、良好的吸声隔音、能量吸收、过滤、电磁屏蔽等特性。根据孔结构的不同，泡沫金属可以分为通孔、闭孔两种。通孔是指胞孔与邻孔之间是互相连通的；闭孔则指各个胞孔之间是相互独立、自行封闭的。由于铝具有熔点低、铸造性能优异、成本低且应用广泛等优点，泡沫铝一直是多孔泡沫金属关注和研宄的重点。泡沫铝优异的物理及力学性能使其作为功能材料和结构材料用于航空航天工业、交通运输行业、建筑工业等领域。泡沫铝的孔隙率一般为40%?90%，密度约为铝的0.1?0.6倍。正因为泡沫铝中含有大量的孔隙使其密度较低，泡沫铝的屈服强度也远小于致密铝合金材料的屈服强度，但其具有较高的比强度、比刚度。由于泡沫铝的压缩特性中存在着较大范围的屈服平台段，应变滞后于应力，所以在变形过程中能够消耗大量的功，使泡沫铝具有良好的能量吸收能力，是防冲击和缓冲的理想材料。同时，泡内的介质(一般情况下为空气)在声波的作用下，发生振动而干涉消音，另外介质在声波的作用下发生压缩伸张变形，导致介质与孔壁摩擦，使声能转变为热能，因此泡沫铝可以作为吸音、消音材料。
[0003]经历了几十年的研宄发展，如今泡沫铝的制备方法已有多种，并且随着技术的进步，生产成本也在不断降低，有些制备方法已经可以商业应用。具有通孔结构的泡沫铝常用作功能材料，通孔泡沫铝的主要制备方法有:熔模铸造法、渗流铸造法和烧结溶解法。这几种方法均有各自的缺点，熔模铸造法制备的泡沫铝孔隙率只能在很大的范围内变化080 % )，基体骨架强度偏低，工艺复杂且产量低，价格偏贵。
[0004]渗流铸造法制备的泡沫铝，由于铝熔体表面张力较高，不能完全浸润造孔剂，铝液不能完全填充造孔剂之间的间隙，因此，渗流铸造法制备的泡沫铝三维连通性较差，孔结构及孔隙率不均匀。由于泡沫铝的孔隙率、孔径大小、胞孔形状等结构参数对其性能以及应用都具有决定性的影响，上述两种方法均不能精确地控制这些结构参数，所以限制了其应用。
[0005]烧结溶解法是在传统粉末冶金工艺基础上发展起来的，是生产均匀或者梯度微细通孔中密度泡沫铝的有效方法，制备的泡沫铝孔径大小一致，孔隙率和孔结构均匀，在吸音、吸能等领域有广泛的应用前景。烧结溶解法是将原料铝粉、少量促进烧结的添加剂、可除去的造孔剂，按照预定的比例混合均匀，造孔剂所占体积将最终决定泡沫铝产品的孔隙率，接着再将混合好的粉末压制成坯，造孔剂基本保持原有形貌，而铝粉将通过塑性变形填充造孔剂之间的孔隙。然后在一定的温度下进行烧结，若造孔剂为可分解的有机物，造孔剂会在烧结过程中气化分解；若造孔剂为可溶性盐，则在烧结后可以用溶剂将其除去，最后便得到通孔泡沫铝。烧结过程的好坏对于泡沫铝的质量会产生重要的影响，真空烧结具有脱氧、脱脂、除气等作用。通过对比真空烧结与保护性气氛烧结得到的泡沫铝产品，真空烧结后的烧结体强度高，最终产品的组织结构均匀性、力学性能也更好。烧结溶解法制备泡沫铝的孔形貌是复形了造孔剂的形貌，因此造孔剂的孔形貌对于泡沫铝的结构及性能有着很重要的影响。目前，烧结溶解法常用多棱角状的可溶性他颗粒为造孔剂。由于他颗粒复形的泡沫铝胞孔不规则，在外力作用下易形成局部应力集中而造成基体裂纹萌生。另外，由于版1(^1的熔点高于烧结温度，且在水中的溶解度较低，未溶解的版^1颗粒会对基体产生腐蚀。虽然烧结溶解法制备的泡沫铝强度、塑性均高于烧结溶解法所制备的泡沫铝，但是烧结溶解法长时间溶解他过程会对压坯产生影响，进而影响下一步烧结过程中铝颗粒间结合的紧密程度，容易造成铝粉颗粒间存在孔洞和间隙，进而影响其强度。而且烧结溶解法仍然无法避免未溶解的造孔剂他口所引起的基体腐蚀问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于公开一种易于去除造孔剂的通孔泡沫铝的制备方法。该方法可以彻底地除去造孔剂，避免残留造孔剂对基体造成腐蚀，同时避免了长时间溶解造孔剂对压坯造成的不利影响，提高泡沫铝的强度和塑性。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用工业级碳酸氢铵为造孔剂制备通孔泡沫铝。具体的步骤如下:
[0008]八，选择市售的粒径约为30-80VIII的气雾化铝粉为基体材料，选取0.5?51^的球形碳酸氢铵为造孔剂；
[0009]8，量取碳酸氢铵:销粉=1?4:1体积比，将碳酸氢铵和铝粉混合均匀，得到混合粉末，然后，添加无水乙醇以便增加混合粉末的均匀性，得到试样混粉，无水乙醇的加入量是混合粉末质量的10% ；
[0010]0,将试样混粉在200?4001？3下进行压制，得到圆柱形或长条形压坯试样；
[0011]0，将压坯试样放在水浴槽中，通过溶解将造孔剂去除，然后在干燥箱内进行烘干；
[0012]2，最后在真空度为10—2?10—3？3真空烧结炉中烧结，将炉温加热至500?6001，保温2?3匕然后试样随炉冷却至室温得到通孔泡沫铝。
[0013]本发明的优点如下:
[0014](1)本发明采用价格便宜，易溶于水，易分解的碳酸氢铵作为造孔剂，在溶解一真空烧结过程中，即使在溶解过程中有未充分溶解的碳酸氢铵，由于烧结温度为500?6001，碳酸氢铵会在601:分解完，因此最终制备的泡沫铝中不含有碳酸氢铵，不会存在对基体腐蚀的问题，使泡沫铝的性能较传统工艺有较大的提升。
[0015](2)由于泡沫铝孔洞的形状、粒径是由造孔剂所决定的，球形的碳酸氢铵颗粒表面光滑，相比多棱角状的似颗粒，使用球形的碳酸氢铵作为造孔剂，复形的泡沫铝孔壁光滑，球形孔各向同性，在应力作用过程中会降低裂纹的萌生可能性，泡沫铝强度会有所提尚。
[0016](3)使用碳酸氢铵作为造孔剂，缩短了溶解造孔剂的过程，不仅减小了溶解过程对压坯造成的不利影响，而且缩短了整个工艺周期，提高了经济效益。
[0017](4)本发明通过选取碳酸氢铵为造孔剂，采用溶解一真空烧结工艺，工艺简单，可以制备孔结构均匀分布，孔径大小均匀一致，孔隙率可控，孔隙率范围为50?80%的泡沫销。
【具体实施方式】
[0018]实施例1:将粒径为1皿的球形碳酸氢铵与200目的铝粉按照1:1的体积比进行混合后，添加混合粉末质量分数10%的无水乙醇在混料机中混合3匕混料机转速为8017111111，无水乙醇的加入可改善混粉的均匀性；将混合均匀的粉末放在模具中进行压制，压制压力为2001？^保压3分钟后得到10 X 10 \20臟3的压坯试样，然后将压坯试样在801:的水浴中浸渍以去除球形碳酸氢铵，再经去离子水清洗后在干燥箱内进行烘干；将烘干后的样品放置于真空度为10—2？3真空烧结炉中烧结211，烧结温度为5001:。此方法制备得到孔隙率为50%的通孔泡沫铝。
[0019]实施例2:将粒径为1111111的球形碳酸氢铵与200目的铝粉按照1:1的体积比进行混合后，添加混合粉末质量分数10%的无水乙醇在混料机中混合3匕混料机转速为8017旧!!，；将混合均匀的粉末放在模具中进行压制，压制压力为2001？^保压3分钟后得到10 X 10 X 20臟3的压坯试样，然后将压坯试样在801:的水浴中浸渍以去除球形碳酸氢铵，再经去离子水清洗后在干燥箱内进行烘干；将烘干后的样品放置于真空度为10—3？3真空烧结炉中烧结2匕烧结温度为5501。此方法制备得到孔隙率为50%的通孔泡沫铝。
[0020]实施例3:将粒径为1111111的球形碳酸氢铵与200目的铝粉按照3:1的体积比进行混合后，添加混合粉末质量分数10%的无水乙醇在混料机中混合3匕混料机转速为8017旧!!；将混合均匀的粉末放在模具中进行压制，压制压力为3001？^保压3分钟后得到10 X 10 X 20臟3的压坯试样，然后将压坯试样在801:的水浴中浸渍以去除球形碳酸氢铵，再经去离子水清洗后在干燥箱内进行烘干；将烘干后的样品放置于真空度为10—3？3真空烧结炉中烧结2匕烧结温度为5501。此方法制备得到孔隙率为75%的通孔泡沫铝。
[0021]实施例4:将粒径为1111111的球形碳酸氢铵与200目的铝粉按照4:1的体积比进行混合后，添加混合粉末质量分数10%的无水乙醇在混料机中混合3匕混料机转速为8017旧!!；将混合均匀的粉末放在模具中进行压制，压制压力为3001？^保压3分钟后得到10 X 10 X 20臟3的压坯试样，然后将压坯试样在801:的水浴中浸渍以去除球形碳酸氢铵，再经去离子水清洗后在干燥箱内进行烘干；将烘干后的样品放置于真空度为10—3？3真空烧结炉中烧结211，烧结温度为6001:。此方法制备得到孔隙率为80%的通孔泡沫铝。
[0022]实施例5:将粒径为1111111的球形碳酸氢铵与200目的铝粉按照4:1的体积比进行混合后，添加混合粉末质量分数10%的无水乙醇在混料机中混合3匕混料机转速为8017旧!!；将混合均匀的粉末放在模具中进行压制，压制压力为4001？^保压3分钟后得到10 X 10 X 20臟3的压坯试样，然后将压坯试样在801:的水浴中浸渍以去除球形碳酸氢铵，再经去离子水清洗后在干燥箱内进行烘干；将烘干后的样品放置于真空度为10—3？3真空烧结炉中烧结311，烧结温度为6001:。此方法制备得到孔隙率为80%的通孔泡沫铝。
【权利要求】
1.一种易于去除造孔剂的通孔泡沫铝制备方法，其特征在于: A，选择粒径为30?80 μ m的气雾化销粉为基体材料，选取0.5?5mm的球形碳酸氢钱为造孔剂； B，量取碳酸氢铵:铝粉=I?4:1体积比，将碳酸氢铵和铝粉混合均匀，得到混合粉末，然后，添加无水乙醇以便增加混合粉末的均匀性，得到试样混粉，无水乙醇的加入量是混合粉末质量的10% ; C，将试样混粉在200?400MPa下进行压制，得到圆柱形或长条形压坯试样； D，将压坯试样放在80°C的水浴中浸渍以去除球形碳酸氢铵造孔剂，然后在干燥箱内进行烘干； E，最后在真空度为10_2?10_3Pa真空烧结炉中烧结，将炉温加热至500?600°C，保温2?3h，然后试样随炉冷却至室温得到通孔泡沫铝。
【文档编号】C22C1/08GK104498760SQ201410723208
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】胡正飞, 蔡振武, 张振, 何大海, 蒋凯雁, 莫凡 申请人:同济大学