[发明专利]一种铝－钢－高压气相复合泡沫材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝-钢-高压气相复合泡沫金属材料的制备方法，属于多孔金属材料领域。

背景技术

泡沫金属(泡沫铝、泡沫钢等)由于其独特的多孔结构，具有低密度、能量吸收、电磁屏蔽、吸音、低的热电导率等性能，在轻量化结构、功能应用上受到了国内外广泛的关注，在汽车、建筑、航天航空、缓冲吸震、吸音降噪、电磁屏蔽、热障材料等领域具有广泛的应用前景。

如何提高泡沫金属的强度，一直是泡沫金属开发研究的关键问题。目前的泡沫金属强化技术，大多集中如何改善泡沫材料的宏观孔结构及其均匀性、提高基体金属材料的强度两方面，但基体材料对泡沫金属比强度和能量吸收性的贡献毕竟有其限度。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝-钢-高压气相复合泡沫材料的制备方法，其工艺简单可行，能将高压气相密封于泡沫金属闭孔内，从而提高泡沫金属的强度。

本发明为提高泡沫金属的强度所采用的方案是：将带微孔隙的两种直径规格大小不同的空心钢球烧结成多孔空心钢球结构(大小球的体积比根据需要的孔隙率、孔径确定，金属空心钢球混料充分后可获得理想密堆结构)；把该空心钢球结构和铝或铝合金放入室温压力腔内，增压使室温压力腔内气压达到设定的室温压力后封闭压力腔的气体进出口；将室温压力腔加热使铝或铝合金熔化并保温，同时空心钢球内、外的气相压力平衡并达到压力腔压力；将空心钢球结构体压浸入同处于压力腔中的铝或铝合金熔体内，使铝或铝合金熔体填充钢结构体钢球之间的空间；然后将铝或铝合金与钢球的复合体在压力腔内缓慢冷却到到450℃～550℃进行固相烧结，将高压气体密封在钢球内；复合体冷却得到铝-钢-高压气相复合泡沫材料。

本发明的还包括以下技术方案：空心钢球：中、低碳钢空心球或不锈钢，大空心钢球内径3mm～5mm，壁厚0.1mm～0.3mm，小空心钢球内径1mm，壁厚0.1mm～0.2mm，大小球体积比3～5∶1；不同直径空心钢球混合：转速50rpm～300rpm，混合时间10min.～70min.空心钢球烧结：烧结温度1000℃～1400℃，烧结时间10min.～180min.烧结气氛H₂；室温压力腔：室温气体压力1MPa～15MPa，充入气体为氮气或氩气；压力腔加热保温：加热温度为铝或铝合金的熔点以上20℃～50℃，保温时间5min.～20min.压力腔压浸：压浸温度为铝或铝合金的熔点以上20℃～50℃，压浸压力0.1MPa～1MPa，压浸时间1min.～10min.压力腔烧结：烧结温度450℃～550℃，烧结时间：10min.～50min.复合体冷却：连同压力腔一起随炉冷却。

本发明的有益效果是：(1)有效地利用存在于泡沫金属闭孔内的气相压力提高了泡沫金属的强度，孔隙率达到48％～80％，孔径1mm～5mm，气象增强强度1MPa～15MPa；(2)在压力腔内使钢球烧结体内外充满高压气体后，用较低熔点的铝或铝合金熔体填充钢球的空隙，冷却到一定温度烧结形成铝-钢的冶金结合、烧结致密化以密封高压气体，很好地解决了泡沫金属内高压气相的存留技术问题。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例一：

将空心钢球(20钢空心球，大钢球内径4mm，壁厚0.15mm，小钢球内径1mm，壁厚0.15mm，大小球体积比4∶1)在混料机内混合均匀(转速：100rpm，混合时间：30min.)后，在氢气氛中烧结(烧结温度：1200℃，烧结时间：100min.)成具有一定强度的多孔空心钢球结构，把该空心钢球结构及纯铝放入室温压力腔内，增压使氮气压力达到5MPa后封闭气体进出口，将室温压力腔加热到700℃保温10min.使空心钢球内、外的气相压力在钢球壳微孔的作用下平衡并达到压力腔的压力，将空心钢球结构体压浸(压浸温度700℃，压浸压力0.5MPa，压浸时间：5min)入同处于压力腔中的纯铝熔体内，使纯铝熔体填充钢结构体钢球之间的空间，然后将铝与钢球的复合体在压力腔内随炉缓冷到530℃进行固相烧结20min.使铝-钢之间形成扩散冶金结合、烧结致密化封闭微孔隙并将高压气体密封在钢球内，最后将纯铝与钢球的复合体及压力腔随炉冷却，得到孔隙率70％、孔径范围1-4mm的铝-钢-高压气相复合泡沫材料，高压气相的强度提高值为5MPa。

其它实施例见下表：