一种超薄开孔泡沫铝及其制备方法与流程

本发明属于金属材料加工，具体涉及一种超薄开孔泡沫铝及其制备方法。

背景技术：

1、泡沫铝是一种新型的轻质结构功能材料，具有优异的抗冲击性能、能量吸收性能和吸声性能，可广泛应用于建筑、汽车零部件、军事和住宅设备等领域；在金属电极、吸附材料、结构材料和能量吸收材料等领域也得到了应用。

2、泡沫铝“三明治”结构，具有质轻，高刚度的特征，可作为优异的结构材料。如：用作汽车的结构件时，重量只有钢结构的一半，而刚度则提高10倍，据报道大约有20％的汽车结构件可采用这种结构。1.新型建筑材料：泡沫铝是一种新型建筑及装潢材料，它具有质轻、高比刚度、美观、不燃烧等优点，并兼有吸音、隔热、电磁屏蔽等特性。因此泡沫铝可广泛应用于商场、宾馆、体育馆等场馆的建筑装潢。2.电磁屏蔽材料：因其优异的电磁屏蔽性能，泡沫铝可用于电信、电子仪器、计算机房、电视广播设备的电磁屏蔽，能防止核辐射引起的电脉冲效应emp(该效应能烧毁半导体或产生因数据传输损失引起了电子混乱，最终摧毁电子设备)。3.保温材料：因其导热系数低，同时具有质轻、高比刚度、不燃烧等优点，可用作隔热、保温、保冷材料等。冲击能量吸收材料：因其具有优良的冲击能量吸收性能，可用作汽车防冲档、机械装置的保护外壳，升降机的安全垫、飞机外壳夹层(冲缓爆炸冲击波)和太空飞行器的防护层(可捕捉太空碎片)等。

3、泡沫铝新材料是采用特定工艺方式将气泡填充进入铝熔体当中，并采用合适的方式将气泡保留在熔体当中，冷却形成气体-固体复合结构的新型金属材料。按照气体填充方式的不同，可以将泡沫铝新材料分为闭孔泡沫铝和开孔泡沫铝。泡沫铝新材料性能的优劣主要取决于其孔隙率、孔径、通孔率、孔类型、比表面积等孔结构参数，而其孔结构参数主要取决于制备工艺。因此泡沫铝的制备技术已成为新材料领域的研究热点。

4、泡沫铝新材料的制备工艺较多，目前比较成熟的泡沫铝材料制备方法主要有熔体发泡法、熔体添加剂发泡法和粉末冶金发泡法。

5、熔体发泡法制备泡沫铝新材料分为熔炼、熔体前处理、熔体增粘、添加剂搅拌、保温发泡、冷却、切割、板材后处理、存储、包装等多个工序。每个工序均使用无毒、无害金属材料，能够实现生产废料、回收产品的100％循环利用。

6、熔体吹气发泡法是指向铝熔体中加入适量sic、cao或al2o3等增粘剂并通过机械搅拌的方法使其均匀分散，然后从熔体底部吹入气体(如氮气、惰性气体等)，在铝熔体中形成大量气孔后冷却凝固制得泡沫铝的方法。熔体添加剂发泡法是在铝熔体中加入发泡剂并搅拌均匀，然后通过加热使发泡剂分解释氢而膨胀发泡，冷凝后制得泡沫铝的方法。这两种方法缺点是气泡的孔径大小和分布控制难度大，因此产品孔径均匀性及重现性相对较差。

7、粉末冶金发泡法是将混合铝粉与发泡剂粉末经过压缩得到具有气密结构的发泡预制体，然后加热使发泡剂分解释氢，使得发泡预制体膨胀得到泡沫铝。该方法能够较好地控制气泡的大小和分布，缺点是该方法的工艺参数区间较窄。

技术实现思路

1、以上所有工艺的缺点是生产的泡沫铝产品体积和孔隙较大，而且材料脆性很大，无法进行进一步的加工变形，特别是无法生产超薄的泡沫铝产品。超薄泡沫铝产品在高端电声产品制备、高端精密轴承降低噪声方面有明确地需求，如手机扬声器振膜片托板，需要很高的模量密度比，且要求无磁性、高强度、防腐蚀、有较好的塑性及变形能力，特别是厚度不能超过0.2mm，采用传统泡沫铝制备工艺不可能制备出来。

2、因此本发明公开了一种超薄开孔泡沫铝的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将金属粉末与发泡剂混合后进行压块，得到铝合金块体；所述金属粉末为铝或铝合金；

4、(2)将所述铝合金块体烧结，得到多孔泡沫铝块体；烧结的真空度低于0.01pa；

5、(3)将所述多孔泡沫铝块体加入高分子溶液中，混合后干燥去除高分子溶液中的溶剂，得到填充泡沫铝块体；

6、所述高分子溶液的溶质为聚碳酸酯(简称pc)、聚乙烯(简称pe)、尼龙(简称pa)中的一种或多种，所述高分子溶液的溶剂为有机溶剂；

7、(4)将所述填充泡沫铝块体加热轧制后浸入有机溶剂中，得到多孔泡沫铝片材；

8、(5)采用阳极氧化工艺对所述多孔泡沫铝片材进行防腐蚀处理，得到所述超薄开孔泡沫铝。

9、优选的，所述发泡剂为无机材料粉体或有机材料粉体，具体为碳酸氢铵、尿素或聚甲醛。所述铝合金为5a02铝合金粉、6061铝合金粉或7050铝合金粉。

10、优选的，所述步骤(1)中，压块的压力为10-200mpa，防止压力大破坏铝合金金的泡沫结构。

11、优选的，所述步骤(2)中，烧结于真空热压炉中进行。

12、进一步地，烧结的温度为580-630℃，烧结的时间为1-2h，烧结的压力为0.3-3mpa。

13、优选的，所述步骤(3)中，有机溶剂为乙酸乙酯、甲苯、二甲苯或苯酚。干燥的温度为80-330℃，为保证将有机溶剂烘干后，有机材料可以填满泡沫铝的孔隙。

14、优选的，所述步骤(4)中，加热轧制的温度为150-400℃，该温度保证有机材料能够容易变形，将泡沫铝轧制成所需要厚度的超薄片材。

15、所述步骤(4)中，所述填充泡沫铝块体中的有机材料溶解后，只剩余多孔泡沫铝片材。

16、优选的，所述步骤(5)中，阳极氧化工艺的电解液温度为15-25℃，阳极电流密度为1-2a/dm2。

17、优选的，所述步骤(5)中，电解槽电压为12-25v，阳极氧化工艺的时间为25-50min。

18、本发明还提供一种上述制备方法制备得到的超薄开孔泡沫铝。

19、本发明公开的超薄开孔泡沫铝的制备方法，属于金属材料加工技术领域。本发明首先将铝合金粉与发泡剂混合均匀后压成块体，然后在真空热压炉中烧结出多孔泡沫铝块体，将烧结成的多孔泡沫铝块体浸入用溶剂溶解的有机材料中，然后烘干溶剂，有机材料将浸入多孔泡沫铝的孔隙中，将多孔泡沫铝块加热轧制成所需要厚度的超薄片材，将超薄铝片材浸入有机溶剂中，有机材料溶解，只剩余多孔泡沫铝片材，最后将多孔泡沫铝片材采用阳极氧化工艺防腐蚀，制备成超薄多孔泡沫铝。用该工艺制备的多孔泡沫铝片材厚度可以小于0.2mm，孔径尺寸在10-100μm，孔隙率超过50％，有很好的塑性和耐腐蚀性能，可用于电子声学产品振膜托板，精密仪器轴承降低噪声等。

20、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

21、(1)将铝合金粉与发泡剂混合均匀后压成块体，在真空热压炉中烧结出多孔泡沫铝块体，孔隙大小均匀，孔隙可以控制，制备过程简单；

22、(2)烧结成的多孔泡沫铝块体浸入用溶剂溶解的有机材料中，然后烘干溶剂，有机材料将浸入多孔泡沫铝的孔隙中，保证了后期泡沫铝轧制加工时不会开裂，而且孔隙不会闭合，创造性地实现了泡沫铝的可轧制加工性能，这是传统工艺不可能做到的，保证了多孔泡沫铝块加热轧制成所需要厚度的超薄片材；

23、(3)薄铝片材浸入有机溶剂中，有机材料溶解，只剩余多孔泡沫铝片材，保证了泡沫铝的孔隙率；

24、(4)多孔泡沫铝片材采用阳极氧化工艺防腐蚀，保证泡沫铝的耐腐蚀性能。