[发明专利]熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法

说明书

熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法，属于泡沫金属材料及加工技术领域，具体涉及一种熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法及使用该复合发泡剂制备的增强泡沫铝复合金属材料。其特征在于：将重量百分比5%~20%的发泡剂、0.5%~6%的增强剂及76%~85%的纯铝或铝合金颗粒加入混合球磨机中进行球磨，通过混合球磨工艺将发泡剂颗粒和薄片状石墨烯GNFs以镶嵌吸附方式附着于Al颗粒，形成复合发泡剂。试验表明，相同制备条件下添加本发明熔体发泡增强泡沫铝Al/TiH₂/GNFs复合发泡剂制备的增强泡沫铝复合金属材料，孔泡细化由平均直径1.38mm降低至0.81mm，力学性能提升＞25%。

技术领域

熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法，属于泡沫金属材料及加工技术领域，具体涉及一种熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法及使用该复合发泡剂制备的增强泡沫铝复合金属材料。

背景技术

目前，泡沫铝材料性能的强化研究多集中于颗粒相增强和纤维相增强，且两种增强相均在泡沫铝材料制备过程的增粘工序引入。泡沫铝复合材料的颗粒增强相主要有SiC、Al₂O₃和TiB₂等，研究人员在颗粒尺寸、含量对液态泡沫的稳定性和机械性能方面做了大量研究。在对液态泡沫的稳定性方面：增强相增加了熔体的粘度，降低熔体的流动性减缓了析液速率；附着在液膜表面的颗粒相会改变液膜的曲率半径降低毛细作用力对膜内液体的吮吸作用；液膜内部的颗粒相聚集堵塞并形成屏障，阻碍膜内熔体的流出，并阻碍液膜两侧气/液相界面的叠合，最终实现液态泡沫的稳定性强化。在力学性能强化方面，提高颗粒相的体积分数可在一定程度下提高泡沫铝复合材料的力学性能，但泡沫铝材料的光滑应力应变曲线形状也转变成锯齿状；纳米尺度的颗粒相对泡沫铝材料的增强效果要优于微米级颗粒相，且纳米尺度颗粒相对泡沫铝内部泡孔形态具有良好的优化效果。

石墨烯纳米微片（graphene nanoflakes, GNFs）是目前已知强度最高的材料，其强度和弹性模量可达125GPa和1100Gpa。测试结果证明增强相GNFs的加入不仅增强了AMCs的抗拉强度，还提高材料的延伸率。但由于GNFs具有较高的表面能且与铝熔体润湿效果差，这使其容易在铝熔体中发生团聚造成增强相分散不均。因此，目前大多数研究报道中AMCs材料的制备方法为粉末冶金法，鲜有铝熔体中直接添加GNFs的相关研究报道。本申请即是对石墨烯纳米微片强化泡沫铝（graphene nanoflakes enhanced aluminum foam, GNF~AF）材料的熔体发泡法制备技术的研究成果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够实现GNFs分散均匀的熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法，以及使用这种发泡剂通过熔体发泡法制备石墨烯纳米微片强化泡沫铝的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法，其特征在于：室温下，将重量百分比5%~20%的发泡剂、0.5%~6%的增强剂及76%~85%的纯铝或铝合金颗粒加入混合球磨机中进行球磨，球磨时间为3~24小时，球磨转速为100~500rpm，通过混合球磨工艺将发泡剂颗粒和薄片状石墨烯GNFs以镶嵌吸附方式附着于Al颗粒，形成复合发泡剂，其中，发泡剂为TiH₂、ZrH₂或MgH₂；增强剂为单层或少层薄片状石墨烯GNFs。

优选的，发泡剂为300~425目的TiH₂、ZrH₂或MgH₂；增强剂为单层或少层薄片状石墨烯GNFs，纯铝或铝合金颗粒粒度为50~400目。

优选的，发泡剂为300~425目的TiH₂，通过混合球磨工艺将发泡剂颗粒和薄片状石墨烯GNFs以镶嵌吸附方式附着于Al颗粒，形成复合发泡剂Al/TiH₂/GNFs。