[发明专利]一种易于去除造孔剂的通孔泡沫铝制备方法

说明书

技术领域

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

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究的重点。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。

经历了几十年的研究发展，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(>80％)，基体骨架强度偏低，工艺复杂且产量低，价格偏贵。

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。

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NaCl颗粒为造孔剂。由于NaCl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NaCl的熔点高于烧结温度，且在水中的溶解度较低，未溶解的NaCl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NaCl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NaCl所引起的基体腐蚀问题。

发明内容

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。

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：

A，选择市售的粒径约为30-80μm的气雾化铝粉为基体材料，选取0.5～5mm的球形碳酸氢铵为造孔剂；