CN100560763C

CN100560763C - 一种孔径为微米尺度的多孔铝合金及其制备方法

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Publication number: CN100560763C
Application number: CNB2008100179938A
Authority: CN
Inventors: 于家康; 赵瑞峰; 金承信
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: CN101260490A

Abstract

本发明公开了一种孔径为微米尺度的多孔铝合金及其制备方法，包括金属铝元素78～91%，金属硅元素8～20%，金属镁元素1～2%；多孔铝合金的孔径尺寸为5～100μm，平均孔径尺寸为40～50μm，孔隙率为50～80%，开孔率为95～98%。金属铝、金属硅和金属镁经熔化后，在真空和压力下将其渗入微米粒径的多孔氯化钠中，凝固后去除氯化钠，形成微米孔径的多孔铝合金。本发明孔隙率和开孔率高，阻尼、过滤、声吸收等综合性能提高了一个数量级以上。

Description

一种孔径为微米尺度的多孔铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多孔材料，尤其是一种多孔铝合金及其制备方法。

背景技术

多孔金属是一种密度很小的新型金属功能材料。它具有许多独特的性能，如阻尼、隔热、换热、透过、声吸收、电磁屏蔽等特性。在能源、环保、化工、机械等领域应用于减振器、过滤器、散热器、消声器、电磁兼容器、火焰消除器、多孔电机、催化剂载体、自润滑轴承、高温垫圈等。孔径和空隙率对性能的影响很大。随孔径减小，阻尼性能明显提高，声吸收性能显著改善，透过性能变化很大。随孔隙率增大，阻尼性能亦明显提高，绝热性能变好，透过性能变化很大。若在孔隙率为50-80％的前提下，将孔径由毫米级减小到微米级，那么根据性能随孔径的变化规律，多孔金属的许多性能可以提高几个数量级。但目前国内外多孔金属的孔径尺度在毫米范围。制备多孔材料的常用方法是将液态金属渗入多孔氯化钠中，将氯化钠溶除后即可获得多孔金属。目前国内外没有制出微米尺度孔径多孔金属的主要原因有两点：一是当多孔氯化钠的孔径尺度从毫米级减小到微米级时，液态金属难以渗入多孔氯化钠中，目前常用的简单的加压方法无法实现；二是国内外缺乏微米尺度孔径的多孔氯化钠。

发明内容

为了克服现有技术孔径尺度在毫米范围的不足，本发明提供一种微米孔径的多孔铝合金，孔隙率高，密度小，成本低，阻尼、透过、声吸收等综合性能优异。

本发明还提供涉及该多孔铝合金的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的多孔铝合金包括金属铝元素78～91％，金属硅元素8～20％，金属镁元素1～2％；多孔铝合金的孔径尺寸为5～100μm，平均孔径尺寸为40～50μm，孔隙率为50～80％，开孔率为95～98％。

所述多孔铝合金的制备方法的制备方法包括以下步骤：

第一步、将粒径50微米～100微米的氯化钠粗粉、粒径小于10微米的氯化钠微粉和粒径小于10微米的氯化钾微粉分别按照质量比60～75％、15～25％和10～15％装入球磨机中混料，干混8～10小时。

第二步、再加入添加剂在30～50吨压力下成型，干压成型时所加的添加剂占上述原料的质量比为：聚乙烯醇0.3～1％，丙三醇0.3～1％，蒸馏水3～10％。

第三步、随后将成型体进行干燥和烧结，干燥和烧结工艺为：干燥升温速率10℃/min～20℃/min，干燥温度100℃～120℃，保温时间30min，烧结升温速率3～5℃/min，在烧结温度740～780℃下烧结1～2小时，然后冷却，冷却速率为20℃/min～30℃/min，冷却至室温；

第四步、将上述制成的微米尺度孔径的多孔氯化钠预热到750℃，将挤压铸造机的模具预热到350℃，再将预热的多孔氯化钠放入模具中，对模具中的多孔氯化钠抽真空，10秒后将铝合金液浇注到模具中的多孔氯化钠上方，并在铝液表面施加50MPa的压力，使铝液渗入多孔氯化钠中，凝固后去除氯化钠，即可形成微米孔径的多孔铝合金。

本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，突出的特点是将多孔铝的孔径由毫米尺度减小到微米尺度，孔隙率和开孔率高，因此阻尼、过滤、声吸收等综合性能提高了一个数量级以上。孔径从5μm到100μm调节，综合性能可根据需要进行大范围控制；金属铝、金属硅和金属镁元素可以进行合理搭配，改善材料的力学性能。采用本发明微米孔径的多孔铝合金制造热交换器、散热器、过滤器、催化剂载体、降噪设备、防冲击零件、电磁屏蔽元件等，其阻尼、隔音、过滤等性能远优于传统的毫米孔径的多孔铝；该材料可广泛用于能源、环保、化工、汽车、电子等行业，具有很好的社会和经济效益。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

对原材料的化学成分要求如下：

材料名称指标

多孔氯化钠 NaCl≥99％，KCl≥99％

金属铝 Al≥99.7％

金属硅 Si≥99.9％

金属镁 Mg≥99.9％

金属铝、金属硅和金属镁都是工业级金属锭。

实施例1

所述的多孔铝合金包括金属铝元素89％，金属硅元素10％，金属镁元素1％；多孔铝合金的孔径尺寸为5～100μm，平均孔径尺寸为40μm，孔隙率为70％，开孔率为97％。

所述多孔铝合金的制备方法的制备方法包括以下步骤：

第一步、将上述的氯化钠粗粉，氯化钠微粉与氯化钾微粉装入球磨机中混料，干混8小时。

第二步、再加入添加剂在30吨压力下成型，干压成型时所加的添加剂占上述原料的质量比为：聚乙烯醇0.5％，丙三醇0.5％，蒸馏水5％。

第三步、随后将成型体进行干燥和烧结，干燥和烧结工艺为：干燥升温速率10℃/min，干燥温度100℃，保温时间30min，烧结升温速率5℃/min，在烧结温度740℃下烧结2小时，然后冷却，冷却速率为20℃/min，冷却至室温。

实施例2

所述的多孔铝合金包括金属铝元素87％，金属硅元素11.5％，金属镁元素1.5％；多孔铝合金的孔径尺寸为5～100μm，平均孔径尺寸为45μm，孔隙率为60％，开孔率为96％。

所述多孔铝合金的制备方法的制备方法包括以下步骤：

第一步、将上述的氯化钠粗粉，氯化钠微粉与氯化钾微粉装入球磨机中混料，干混9小时。

第二步、再加入添加剂在40吨压力下成型，干压成型时所加的添加剂占上述原料的质量比为：聚乙烯醇0.4％，丙三醇0.4％，蒸馏水4％。

第三步、随后将成型体进行干燥和烧结，干燥和烧结工艺为：干燥升温速率15℃/min，干燥温度100℃，保温时间30min，烧结升温速率5℃/min，在烧结温度760℃下烧结1.5小时，然后冷却，冷却速率为25℃/min，冷却至室温。

实施例3

所述的多孔铝合金包括金属铝元素83％，金属硅元素15％，金属镁元素2％；多孔铝合金的孔径尺寸为5～100μm，平均孔径尺寸为50μm，孔隙率为50％，开孔率为98％。

所述多孔铝合金的制备方法的制备方法包括以下步骤：

第一步、将上述的氯化钠粗粉，氯化钠微粉与氯化钾微粉装入球磨机中混料，干混10小时。

第二步、再加入添加剂在50吨压力下成型，干压成型时所加的添加剂占上述原料的质量比为：聚乙烯醇0.3％，丙三醇0.3％，蒸馏水3％。

第三步、随后将成型体进行干燥和烧结，干燥和烧结工艺为：干燥升温速率20℃/min，干燥温度120℃，保温时间30min，烧结升温速率3℃/min，在烧结温度780℃下烧结1小时，然后冷却，冷却速率为30℃/min，冷却至室温。

Claims

1、一种孔径为微米尺度的多孔铝合金，其特征在于：包括金属铝元素78～91％，金属硅元素8～20％，金属镁元素1～2％；多孔铝合金的孔径尺寸为5～100μm，平均孔径尺寸为40～50μm，孔隙率为50～80％，开孔率为95～98％。

2、一种权利要求1所述的孔径为微米尺度的多孔铝合金的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)将粒径50微米～100微米的氯化钠粗粉、粒径小于10微米的氯化钠微粉和粒径小于10微米的氯化钾微粉分别按照质量比60～75％、15～25％和10～15％装入球磨机中混料，干混8～10小时；

(b)再加入添加剂在30～50吨压力下成型，干压成型时所加的添加剂占上述原料的质量比为：聚乙烯醇0.3～1％，丙三醇0.3～1％，蒸馏水3～10％；

(c)随后将成型体进行干燥和烧结，干燥和烧结工艺为：干燥升温速率10℃/min～20℃/min，干燥温度100℃～120℃，保温时间30min，烧结升温速率3～5℃/min，在烧结温度740～780℃下烧结1～2小时，然后冷却，冷却速率为20℃/min～30℃/min，冷却至室温；

(d)将上述制成的微米尺度孔径的多孔氯化钠预热到750℃，将挤压铸造机的模具预热到350℃，再将预热的多孔氯化钠放入模具中，对模具中的多孔氯化钠抽真空，10秒后将铝合金液浇注到模具中的多孔氯化钠上方，并在铝液表面施加50MPa的压力，使铝液渗入多孔氯化钠中，凝固后去除氯化钠，即可形成微米孔径的多孔铝合金。