CN100569973C - 一种通孔泡沫铜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是利用不同金属的熔点差，采用较低熔点的铝金属球烧结体为前驱体、较高熔点的铜或铜合金为渗流体，采用渗流方法实现通孔泡沫铜的制备方法。属于多孔泡沫金属材料领域。本发明通过前驱体选料、前驱体混料、酸处理、压制、烧结、前驱体预热、基体金属熔化、压力渗流和前驱体熔除9道工艺，实现通孔泡沫铜生产，其生产过程中使用的材料可循环利用，具有工艺简单、成本低、孔结构可控、不污染环境的特点，可实现工业化、规模化生产。
Description
技术领域：
本发明涉及一种利用不同金属的熔点差，采用较低熔点的铝金属球烧结体为前驱体、较高熔点的铜或铜合金为渗流体，采用渗流方法实现通孔泡沫铜的制备方法。属于多孔泡沫金属材料领域。
背景技术：
通孔泡沫铜具有高比表面、吸音、隔热、渗透、过滤、能量吸收等特性，在催化、化工、能源、热能、环保、噪音控制、缓冲减震等领域都有巨大的市场潜力。
目前，公知的通孔泡沫铜的制备方法主要是渗流铸造法和电沉积烧结法，这两种制备方法都存在工艺复杂、成本高的不足，而且都采用了泡沫塑料(如聚氨酯)、或NaCl为前躯体，在成孔过程中(或后)通过加热将泡沫塑料燃烧去除(或将NaCl用水溶除)，易造成环境污染。
发明内容：
本发明针对目前通孔泡沫铜制备技术存在的不足，发明一种利用不同金属的熔点差，采用较低熔点的铝金属球烧结体为前驱体、较高熔点的铜或铜合金为渗流体，采用渗流方法制备通孔泡沫铜的方法，该方法具有工艺简单、低成本、孔结构可控、材料可循环利用、不污染环境的特点，可实现工业化生产。
本发明通孔泡沫铜的制备方法技术方案：将不同大小的前驱体金属铝球按孔结构需要进行选料混配，在放置到混料机内混合均匀，之后进行酸处理并压制，再放到烧结炉中，在氩气保护下进行烧结，获得具有一定强度的烧结体，即渗流前驱体，将烧结的渗流前驱体预热到一定温度，把铜或铜合金加热熔化后，通过压力渗流的方法快速渗入到具有定预热温度的渗流前驱体中，冷却得到铜或铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将此复合体再加热到高于铝的熔点、低于铜或铜合金熔点的温度，使前驱体金属铝从复合体中熔除，熔除的铝可回收循环使用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即是通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金。
制备工艺和方法是：
(1)前驱体选料：前驱体金属球采用纯铝制作，前驱体金属铝大球直径1～5mm，前驱体金属铝小球直径0.1～0.5mm，采用大球、小球各一种，大小球的体积比根据需要的孔隙率、孔径确定，大小金属铝球按体积比：3～11∶1进行混料；
(2)前驱体混料：将混合好的金属铝球放到混料机中混合，混料机转速在50～300rpm范围，混合时间为10～70min.，金属铝球混料充分后获得理想密堆结构；
(3)酸处理：将金属铝球混合料用酸浓度0.5～10vol.％的氢氟酸或盐酸水溶液浸泡10～100min.；
(4)压制：将经酸处理过金属铝球混合料在压力机上用5MPa～50MPa的压力压制；
(5)烧结：压制后的金属铝球混合料放到烧结炉中，控制烧结温度为300℃～620℃，在氩气保护气体保护下烧结10～100min.，获得具有一定强度的烧结渗流前驱体；
(6)前驱体预热：将前驱体加热到300℃～620℃预热，预热时间5～100min.；
(7)基体金属熔化：基体金属选用铜或铜合金，熔化温度高于基体金属熔点温度50℃～300℃，保温时间：20～100min.；
(8)压力渗流：控制基体金属温度低于上述基体金属熔化温度10℃～15℃、渗流压力为5MPa～50MPa，以1～10mm/s的渗流速度将基体金属压入预热的前驱体中，渗流后得到的复合体用水用冷却；
(9)前驱体熔除：将复合体放加热到750℃～900℃，保温10～100min.，让前驱体铝从复合体中熔除，熔除的铝回收再利用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即获得通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金。
上述工艺选料时采用大球、小球金属铝球各一种，大小球的体积比应依据需要的孔隙率、孔径确定，金属铝球混料充分后获得理想的密堆结构，此结构渗流复模后即为泡沫铜的结构。
金属铝球混合料经酸处理，让其表面氧化膜软化，压制、烧结时易形成金属间的结合，保证烧结质量。
将压力渗流后获得的复合体加热到铝的熔点以上、铜或铜合金的熔点以下的温度范围内，并保温一定时间，熔除前驱体金属铝，熔除后的铝回收循环利用。
复合体冷却最好采用水冷，先驱体熔除后的冷却最好采用空冷。
工作原理：前驱体选用较低熔点的金属铝球，基体金属选用较高熔点的铜或铜合金。利用前驱体金属和基体金属熔点的不同，采用较低熔点的铝球烧结体为前驱体，较高熔点的铜或铜合金为渗流体，通过一次渗流复模的方法，制备通孔泡沫铜。
先把不同大小的前驱体金属铝球，按孔结构要求进行配料，采用大球、小球各一种，大小球的体积比根据需要的孔隙率、孔径确定，让金属铝球在混料机中混合充分均匀后，获得理想的密堆结构，该理想密堆结构在渗流复模后，即呈为泡沫铜的结构。
金属铝球混合均匀后，用一定浓度的氢氟酸或盐酸水溶液中进行酸处理，使金属铝球表面氧化膜软化，再用压力机压制金属铝球，随后放到烧结炉中，在氩气保护下进行烧结，获得具有一定强度的烧结体(即渗流前驱体)，将此烧结的渗流前驱体预热到一定温度备用。
将基体金属铜或铜合金加热熔化后，通过常规压力渗流装置，用压力渗流方式快速渗入到预热好的渗流前驱体中，冷却后得到铜或铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将该复合体再加热到高于铝的熔点、但低于铜或铜合金熔点的温度，让前驱体金属铝球从复合体中熔除，熔除的铝可回收循环使用，剩余的高熔点金属铜或铜合金骨架冷却后，即获得通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金，铜或铜合金泡沫的结构就是选料时按孔结构要求设置的理想密堆结构。
制备工艺条件：前驱体金属铝大球直径1～5mm，前驱体金属铝小球直径0.1～0.5mm，大小球体积比：3～11∶1；金属铝球混合：转速：50～300rpm，混合时间：10～70min.；酸处理：氢氟酸或盐酸水溶液，酸浓度：0.5～10vol.％，处理时间10～100min.；压制条件：压力5～50MPa；金属铝球烧结：烧结温度：300～620℃，烧结时间：10～180min.，保护气氛：氩气；前驱体预热：预热温度：300～620℃，预热时间：5～100min.；基体金属：铜或铜合金；基体金属熔化：熔化温度：高于基体金属熔点50～300℃，保温时间；20～100min.；压力渗流工艺：压力：5～50MPa，温度：低于上述基体金属熔化状态的温度10～15℃，渗流速度：1～10mm/s，渗流后的复合体冷却：水冷；先驱体熔除：温度：750～900℃，时间：10～100min.，熔除后的冷却：空冷。制备的泡沫铜技术指标为：通孔，孔隙率：80～98％，孔径范围：0.1～5mm。
本发明具有以下优点和积极效果：
(1)具有工艺简单、低成本、孔结构可控、材料可循环利用、不污染环境的特点。
(2)设备条件简单，能实现规模化生产。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
设备选用常规的混料机、压力机、烧结炉、石墨坩埚、感应加热炉、电阻加热炉和常规压力渗流装置；保护气体选用氩气。
实施例1：
将金属铝球(大球直径2mm、小球直径0.3mm，大小球体积比5∶1)，在转速为120rpm混料机内混合30min.，混合均匀后用1vol.％氢氟酸或盐酸水溶液处理15min.，再在压力机上用30MPa的压力压制，随后放入氩气保护的烧结炉中在进行烧结(烧结温度为600℃，烧结时间25min.)，烧结后获得铝球渗流前驱体，将此烧结铝渗流前驱体预热备用(预热温度620℃，预热时间5min.)。同时，纯铜在石墨坩锅中感应加热到1133℃熔化、保温20min，后进行压力渗流(渗流压力：15MPa，渗流体温度：1123℃，渗流速度：4mm/s)，渗流后的复合体水却得到铜和铝前驱体的复合体，将此复合体进行加热熔除铝(加热温度：850℃，熔除时间25min.)，空冷后得到孔隙率89％、孔径范围0.3～2mm的泡沫纯铜。
实施例2：
铝球(大球直径1mm、小球直径0.1mm，大小球体积比3∶1)在混料机内混合均匀(转速：300rpm，混合时间：10min.)，酸处理(0.5vol.％氢氟酸或盐酸水溶液处理100min.)后用50MPa压力压制，放入氩气保护的烧结炉中烧结(烧结温度：620℃，烧结时间10min.)，获得铝渗流前驱体，将烧结的铝渗流前驱体预热(预热温度：580℃，预热时间10min)备用。同时，80黄铜(H80)在石墨坩锅中感应加热到1000℃熔化、保温30min.后进行压力渗流(渗流压力：50MPa，渗流体温度：985℃，渗流速度：10mm/s)，渗流后的复合体水却得到铜合金和铝前驱体的复合体，将此复合体进行加热熔除铝(加热温度：900℃，熔除时间10min.)，空冷后得到孔隙率98％、孔径范围0.1～1mm的H80合金泡沫。
实施例3：
铝球(大球直径5mm、小球直径0.5mm，大小球体积比11∶1)在混料机内混合均匀(转速：50rpm，混合时间：70min.)，酸处理(10vol.％氢氟酸或盐酸水溶液处理10min.)后用5MPa压力压制，放入氩气保护的烧结炉中烧结(烧结温度：300℃，烧结时间100min.)后获得铝渗流前驱体，将烧结的铝渗流前驱体预热(预热温度：300℃，预热时间100min.)备用。同时，68黄铜(H68)在石墨坩锅中感应加热熔化(加热温度1070℃，保温时间100min.)后进行压力渗流(渗流压力：5MPa，渗流体温度：1060℃，渗流速度：1mm/s)，渗流后的复合体水却得到铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将此复合体进行加热熔除铝(加热温度：750℃，熔除时间100min.)，空冷后得到孔隙率80％、孔径范围0.5～5mm的H68合金泡沫。
Claims (4)
1.一种通孔泡沫铜的制备方法，其特征在于将不同大小的前驱体金属铝球按孔结构需要进行选料混配，在放置到混料机内混合均匀，之后进行酸处理并压制，再放到烧结炉中，在氩气保护下进行烧结，获得具有一定强度的烧结体，即渗流前驱体，将烧结的渗流前驱体预热到一定温度，把铜或铜合金加热熔化后，通过压力渗流的方法快速渗入到具有一定预热温度的渗流前驱体中，冷却得到铜或铜合金与前驱体金属铝球的复合体，将此复合体再加热到高于铝的熔点、低于铜或铜合金熔点的温度，使前驱体金属铝从复合体中熔除，熔除的铝可回收循环使用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即是通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金；其具体制备过程是：
(1)前驱体选料：前驱体金属球采用纯铝制作，前驱体金属铝大球直径1～5mm，前驱体金属铝小球直径0.1～0.5mm，采用大球、小球各一种，大小球的体积比根据需要的孔隙率、孔径确定，大小金属铝球按体积比：3～11∶1进行混料；
(2)前驱体混料：将混合好的金属铝球放到混料机中混合，混料机转速在50～300rpm范围，混合时间为10～70min.，金属铝球混料充分后获得理想密堆结构；
(3)酸处理：将金属铝球混合料用酸浓度0.5～10vol.％的氢氟酸或盐酸水溶液浸泡10～100min；
(4)压制：将经酸处理过金属铝球混合料在压力机上用5MPa～50MPa的压力压制；
(5)烧结：压制后的金属铝球混合料放到烧结炉中，控制烧结温度为300℃～620℃，在氩气保护气体保护下烧结10～100min.，获得具有一定强度的烧结渗流前驱体；
(6)前驱体预热：将前驱体加热到300℃～620℃预热，预热时间5～100min；
(7)基体金属熔化：基体金属选用铜或铜合金，熔化温度高于基体金属熔点温度50℃～300℃，保温时间：20～100min；
(8)压力渗流：控制基体金属温度低于上述基体金属熔化温度10℃～15℃、渗流压力为5MPa～50MPa，以1～10mm/s的渗流速度将基体金属压入预热的前驱体中，渗流后得到的复合体用水用冷却；
(9)前驱体熔除：将复合体放加热到750℃～900℃，保温10～100min.，让前驱体铝从复合体中熔除，熔除的铝回收再利用，剩余的高熔点金属骨架冷却后，即获得通孔泡沫铜或通孔泡沫铜合金。
2.根据权利要求1所述的通孔泡沫铜的制备方法，其特征是选料时采用大球、小球金属铝球各一种，大小球的体积比应依据需要的孔隙率、孔径确定，金属铝球混料充分后获得理想的密堆结构，此结构渗流复模后即为泡沫铜的结构。
3.根据权利要求1所述的通孔泡沫铜的制备方法，其特征是将压力渗流后获得的复合体加热到铝的熔点以上、铜或铜合金的熔点以下的温度范围内，并保温一定时间，熔除前驱体金属铝，熔除后的铝回收循环利用。
4.根据权利要求1或2所述的通孔泡沫铜的制备方法，其特征是复合体冷却采用水冷，先驱体熔除后的冷却采用空冷。
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| CN1186869A (zh) * | 1997-01-03 | 1998-07-08 | 孔宪中 | 多孔金属材料及其制作方法 |
| CN1552950A (zh) * | 2003-05-27 | 2004-12-08 | 江西省恒润实业发展有限公司 | 常温、快速生产泡沫铜工艺 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 泡沫金属渗流铸造工艺及填料的研究. 刘荣佩，左孝青，杨晓源，顾昆.昆明理工大学学报，第25卷第4期. 2000 |
| 泡沫金属渗流铸造工艺及填料的研究. 刘荣佩，左孝青，杨晓源，顾昆.昆明理工大学学报，第25卷第4期. 2000 * |
Also Published As
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|---|---|
| CN101186982A (zh) | 2008-05-28 |
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