本发明涉及一种周期孔结构铝合金/不锈钢纤维复合泡沫的制备方法，属于多孔金属材料领域。
背景技术：
采用渗流铸造方法制备的通孔铝合金泡沫，具有低密度、高比强、低热电导率、吸音减振、电磁屏蔽、能量吸收等特点，是一种综合性能优异的结构功能一体化材料。在吸声降噪、建筑装饰、隔热保温、汽车制造和航空航天等领域具有广阔的应用前景。特别是利用其吸声功能，已经实现了在高速公路、城市高架路桥、机场等行业的吸声应用，形成了一定的市场规模。
然而，常规渗流铸造方法所制备的通孔铝合金泡沫，为提高所获得的铝合金泡沫的吸声性能，多采用提高孔隙率的方法。大量的研究和数据表明，通孔铝合金泡沫的吸声性能，随其孔隙率的提高高频吸声系数提高，而低频吸声系数却下降，同时存在由于高孔隙率而导致的强度下降问题。因此，如何同时提高传统单一孔结构铝合金泡沫在低频和高频的吸声系数，且强度提高，是目前铝合金泡沫吸声功能应用需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供了一种周期孔结构铝合金/不锈钢纤维复合泡沫的制备方法，通过添加不锈钢纤维增强其强度，然后分段加压压实、渗流熔融态铝合金，制备层状周期孔径的铝合金复合泡沫与nacl颗粒的混合物，除去nacl颗粒获得的周期孔结构铝合金/不锈钢纤维复合泡沫孔结构，孔径、周期结构可控，兼备良好的高、低频吸声性能和强度，制备工艺简单、成本低，可实现工业化生产。
一种周期孔结构铝合金/不锈钢纤维复合泡沫的制备方法，具体步骤如下：
（1）分别将不同粒径的nacl颗粒和不锈钢纤维按照体积比100︰3～9的比例配料，放入混料机中均匀混合；
（2）将步骤（1）的混料在模具中一层一层堆放分段加压压实，得到渗流前驱体；
（3）将步骤（2）的渗流前驱体放入电阻炉，在550～580℃预热并保温25～40min；
（4）将铝合金加热到高于铝合金熔点20～40℃的温度熔化并保温30～60min.，获得铝合金熔体；
（5）将步骤（4）制得的铝合金熔体浇入步骤（3）预热后的渗流前驱体模具中，在1.5～3atm气压下将铝合金熔体压入渗流前驱体孔隙中，空冷后得到复合泡沫与nacl颗粒的混合物；
（6）将步骤（5）得到的复合泡沫与nacl颗粒的混合物，用水溶去除其中的nacl颗粒，得到周期孔结构铝合金/不锈钢纤维复合泡沫。
步骤（1）所述nacl颗粒的粒径为0.2～0.8mm。
步骤（1）所述不锈钢纤维为410、430、304或316不锈钢纤维，直径为50～200μm，长度为3～6mm。
步骤（2）所述分段加压压实的工艺为：将第一层混料放入模具，加压至5mpa，后接着放入第二层混料加压至7.5mpa，再放入第三层混料加压至10mpa，以此类推，每增加一层混料压力增加2.5mpa，且最后一层的成型压力为25mpa并保压30～90s，每一层混料质量相等。
步骤（4）所述铝合金为铝与si、cu、mg或mn元素构成的二元或多元铝合金。
发明原理
（1）复合泡沫吸声性能增加原理：
周期孔结构的复合泡沫孔径范围大，可以有效吸收不同频率范围的声波；同时由于孔结构的周期性调制，不同频率声波在复合泡沫内部传播过程中产生的粘滞损耗较大，与泡沫孔壁产生的摩擦越大，与孔壁发生碰撞折射、反射的次数越多，所受流阻和能量损耗越大，因而复合泡沫具有良好高、低频吸声性能。
（2）纤维增强、含量控制原理：
高温铝合金溶体在气压作用下渗入渗流前驱体孔隙中，与渗流前驱体中的不锈钢纤维冶金结合形成复合泡沫提高其强度，纤维含量是影响复合泡沫强度的主要因素，纤维的含量越高，复合泡沫强度越大，但含量过大，会导致纤维的团聚，复合泡沫中出现孔结构缺陷，所以纤维含量合理控制范围为3-9vol.%。
本发明的有益效果：
本发明针对现有渗流铸造法制备高孔隙率单一孔结构铝合金泡沫的不足，提供了一种通过添加不锈钢纤维增强其强度，然后采用分段加压方式制备层状周期孔径的铝合金复合泡沫方法，其孔结构（孔径、周期结构）可控，兼备良好的高、低频吸声性能和强度，制备工艺简单、成本低，可实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为实施例1制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫宏观孔结构图；
图3为实施例1制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫微观孔结构图；
图4为实施例1制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫的吸声性能图；
图5为实施例1制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫的压缩应力-应变图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例一种四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：
（1）配料、混料：按照复合泡沫的四层周期性组成层数，即第一层和第三层粒径为0.8mm的nacl颗粒，第二层和第四层粒径为0.5mm的nacl颗粒，将不同粒径nacl颗粒分别和长度为6mm、直径为200μm的304不锈钢纤维按照体积比为100︰3的比例配料后，放入混料机中均匀混合；
（2）渗流前驱体制备：将第一层混料放入模具中，加压至5mpa，然后放入第二层混料加压至7.5mpa，再放入第三层混料加压至10mpa，最后放入第四层混料加压至25mp并保压30s，压制成渗流前驱体，其中每一层混料质量相同；
（3）预热：将步骤（2）的模具放入电阻炉，在550℃预热并保温40min；
（4）铝合金熔化、保温：将al-si12合金加热到620℃熔化并保温30min，获得al-si12合金熔体；
（5）加压渗流：将步骤（4）制得的al-si12合金熔体浇入步骤（3）预热后的模具，在1.5atm气压下将al-si12合金熔体压入并充满渗流前驱体孔隙中，空气中冷却后得到复合泡沫与nacl颗粒的混合物；
（6）水溶去除nacl颗粒：将步骤（5）得到的复合泡沫与nacl颗粒的混合物，用水溶去除其中的nacl颗粒，得到四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫，检测其平均孔隙率为80.54%。
图2为制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫宏观孔结构图，从图中可以看出复合泡沫的孔径成四层周期排列。
图3为制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫微观孔结构图，从图中可以看出复合泡沫中304不锈钢纤维分布均匀，无团聚。
图4为制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫宏观孔结构图，从图中可以看出复合泡沫同时具有良好的高、低频吸声系数。
图5为制备得到的四层周期孔结构al-si12合金/不锈钢纤维复合泡沫宏观孔结构图，从图中可以看出复合泡沫的压缩性能良好。
实施例2
本实施例一种四层周期孔结构zl101合金/不锈钢纤维复合泡沫的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料、混料：按照复合泡沫的四层周期性组成层数，即第一层和第三层粒径为0.7mm的nacl颗粒，第二层和第四层粒径为0.4mm的nacl颗粒，将不同粒径nacl颗粒分别和长度为5mm、直径为150μm的316不锈钢纤维按照体积比为100︰5的比例配料后，放入混料机中均匀混合；
（2）渗流前驱体制备：将第一层混料放入模具中，加压至5mpa，然后放入第二层混料加压至7.5mpa，再放入第三层混料加压至10mpa，最后放入第四层混料加压至25mp并保压50s，压制成渗流前驱体，其中每一层混料质量相同；
（3）预热：将步骤（2）的模具放入电阻炉，在560℃预热并保温35min；
（4）铝合金熔化、保温：将zl101合金加热到640℃熔化并保温40min，获得zl101合金熔体；
（5）加压渗流：将步骤（4）制得的zl101合金熔体浇入步骤（3）预热后的模具，在2atm气压下将zl101合金熔体压入并充满渗流前驱体孔隙中，空气中冷却后得到复合泡沫与nacl颗粒的混合物；
（6）水溶去除nacl颗粒：将步骤（5）得到的复合泡沫与nacl颗粒的混合物，用水溶去除其中的nacl颗粒，得到四层周期孔结构zl101合金/不锈钢纤维复合泡沫，检测其平均孔隙率为81.12%。
实施例3
本实施例所述一种六层层周期孔结构zl201合金/不锈钢纤维复合泡沫的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料、混料：按照复合泡沫的六层周期性组成层数，即第一层、第三层、第五层粒径为0.6mm的nacl颗粒，第二层、第四层、第六层粒径为0.3mm的nacl颗粒，将不同粒径nacl颗粒分别和长度为4mm、直径为100μm的410不锈钢纤维按照体积比为100︰7的比例配料后，放入混料机中均匀混合；
（2）渗流前驱体制备：将第一层混料放入模具中，加压至5mpa，然后放入第二层混料加压至7.5mpa，放入第三层混料加压至10mpa，放入第四层混料加压至12.5mpa，再放入第五层混料加压至15mpa，最后放入第六层混料加压至25mp并保压70s，压制成渗流前驱体，其中每一层混料质量相同；
（3）预热：将步骤（2）的模具放入电阻炉，在570℃预热并保温30min；
（4）铝合金熔化、保温：将zl201合金加热到670℃熔化并保温60min，获得zl201合金熔体；
（5）加压渗流：将步骤（4）制得的zl201合金熔体浇入步骤（3）预热后的模具，在2.5atm气压下将zl201合金熔体压入并充满渗流前驱体孔隙中，空气中冷却后得到复合泡沫与nacl颗粒的混合物；
（6）水溶去除nacl颗粒：将步骤（5）得到的复合泡沫与nacl颗粒的混合物，用水溶去除其中的nacl颗粒，得到六层周期孔结构zl201合金/不锈钢纤维复合泡沫，检测其平均孔隙率为82.05%。
实施例4
本实施例一种六层周期孔结构zl301合金/不锈钢纤维复合泡沫的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料、混料：按照复合泡沫的六层周期性组成层数，即第一层、第三层、第五层粒径为0.5mm的nacl颗粒，第二层、第四层、第六层粒径为0.2mm的nacl颗粒，将不同粒径nacl颗粒分别和长度为3mm、直径为50μm的430不锈钢纤维按照体积比为100︰9的比例配料后，放入混料机中均匀混合；
（2）渗流前驱体制备：将第一层混料放入模具中，加压至5mpa，然后放入第二层混料加压至7.5mpa，放入第三层混料加压至10mpa，放入第四层混料加压至12.5mpa，再放入第五层混料加压至15mpa，最后放入第六层混料加压至25mp并保压90s，压制成渗流前驱体，其中每一层混料质量相同；
（3）预热：将步骤（2）的模具放入电阻炉，在580℃预热并保温25min；
（4）铝合金熔化、保温：将zl301合金加热到630℃熔化并保温50min，获得zl301合金熔体；
（5）加压渗流：将步骤（4）制得的zl301合金熔体浇入步骤（3）预热后的模具，在3atm气压下将zl301合金熔体压入并充满渗流前驱体孔隙中，空气中冷却后得到复合泡沫与nacl颗粒的混合物；
（6）水溶去除nacl颗粒：将步骤（5）得到的复合泡沫与nacl颗粒的混合物，用水溶去除其中的nacl颗粒，得到六层周期孔结构zl301合金/不锈钢纤维复合泡沫，检测其平均孔隙率为82.86%。