CN102146532A - 复合型球形孔多孔铝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型球形孔多孔铝的制备方法，具体包括球形颗粒的制备，筛分颗粒，将颗粒装入模具，加压、预热颗粒，将铝液渗流到球形颗粒的空隙中，冷却后除去盐即可。本发明方法制备的复合型球形孔多孔铝孔隙率分布范围大，孔分布均匀，制备过程易于控制，吸声性能高，力学性能好，可以进行泡沫铝的产业化生产。

Description

复合型球形孔多孔铝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度、高吸声性能的泡沫金属的制备方法，具体涉及一种复合型球形孔多孔铝的制备方法。
背景技术
泡沫金属,特别是泡沫铝是近年来发展较快的一种新型的多孔功能材料, 由于较高的孔隙率和金属特质，使之具有优良的吸波、减震、过滤、换热、缓冲等性能，而且由于其抗老化能力强，无污染，可回收利用等特性，在环保、能源、机械、化工、交通、航空航天等领域具有广泛的应用前景，因而受到学术界和工业界的普遍关注。其典型应用如汽车、火车等交通工具的吸音降噪结构，还用于固态光源高效散热组件，航天飞行器防撞击护板等。
现有的制备通孔结构泡沫铝的方法主要有渗流法、粉末冶金烧结法、金属沉积法和溅射沉积法。但这些方法的现有技术都不能满足泡沫金属多样化的应用要求；而且对于吸声方面的应用，效果也不是很理想。因此，开发新的制备技术，对提高泡沫铝的吸声性能水平、扩大应用范围是非常重要而且是必要的。研究表明复合型球形孔多孔铝，具有良好的吸声与特性,其吸声系数最高甚至能达到１；同时由于其具有金属特性，使其环境适应性强，能用于各种特殊环境，如高温，湿度大，腐蚀性强等普通吸声材料不能胜任的环境。
渗流法制备泡沫金属的基本工艺过程如下：
首先将选定粒径的易溶颗粒材料（通常为NaCl）在模具内压实，预热，形成多孔预制块。将金属液浇注到装有多孔预制块的模具内，然后通过压力将金属液渗入到多孔预制块孔隙中，待金属液凝固后将颗粒材料溶去即得到通孔结构的泡沫金属。对于易溶颗粒材料的选择要遵照以下几个原则：（1）耐高温要求：所用的颗粒材料必须具有一定的耐高温性能，以保证在预热、高温金属液渗流过程中不软化变形，更不能熔化。（2）当成型并凝固后，颗粒应易溶于水或者是用其它方式去除掉，而不影响泡沫铝的性能，以获得孔洞连通的网络结构；（3）颗粒应具有一定的常温和高温强度，以保证在预制块压制及加压渗流时不破碎；（4）颗粒还应对环境无污染、来源广泛和能够成型等特点。
以上介绍的为常规颗粒渗流法，其优点是孔径易于控制，操作简单，可保证较高的通孔率，缺点是孔隙率一般小于75％，孔径一般大于１mm，材料内部孔分布不均匀，使泡沫铝的功能性及应用范围均受到很大限制。此外，该工艺还常常引起易溶颗粒材料（NaCl）的残留，使金属基体产生严重的腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、成本相对低廉、孔径及尺寸均匀的复合型球形孔多孔铝的制备方法，该方法制得的泡沫铝的孔结构为球形复合孔结构，孔径分布范围为0.5 mm－3 mm、孔隙率为60％－85％。
本发明的技术方案如下：
一种复合型球形孔多孔铝的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）先制备出球形NaCl颗粒，制备球形颗粒的方法有手动造粒或者是用造粒机造粒：本发明制备球形颗粒所用方法为手动造粒方法,具体步骤为:先用球磨机把盐粉碎,再用孔径为200目的筛子进行筛分,最后把盐放到一个底面粗糙的盘子里面,一边摇动一边住里喷水,即得到球形NaCl颗粒；
（2）然后对球形颗粒进行特殊的固化热处理，使其具有较高的强度；具体步骤为:先把制备得到的球形盐颗粒放到120℃烘箱内烘干,再放到高温炉内.升温到750℃-790℃,保温60 min-100 min.冷却后,即得到强度较高的球形盐颗粒；     （3）再对球形颗粒进行筛分，选出粒径合适的颗粒，将选用的球形颗粒装到模具内震动，保证其全部密集堆积，再在上面加适当的压力压实；
（4） 把装有球形粒子的模具放到电阻炉内，然后在上面加一定的压力进行预热，所加的压力根据所要制备样品的大小与模具截面积来确定，预热温度为770℃-800℃ ，保温时间根据想要得到的孔隙率来确定；
（5）保温完成后，再降温到650℃左右进行渗流，把铝液浇注到模具内，然后通过调节压力大小将铝液压到球形颗粒空隙中；
（6）冷却，待铝液凝固后溶解去除全部的NaCl颗粒，便得到复合型球形孔多孔铝。
本发明的有益效果：
与传统的渗流工艺相比，本方法主要创新为加压预热，即可以在预热的同时，对球形粒子进行压实，其过程缓慢，能保证所用粒子完整，该方法制备的泡沫金属孔隙率最高可达到87％左右，并且能制备出孔隙率分布范围为60%-85%的复合型球形孔多孔铝，孔分布均匀，过程易于控制，吸声性能高，力学性能好，并且有望实现泡沫铝的产业化。
附图说明
    图1本发明的工艺流程图；
图2为本发明生产的球形孔泡沫铝形貌照片：其中 (a)孔隙率:75％，孔径:1.2 mm；(b)孔隙率:65％,孔径:2.0 mm扫描照片；
图3本发明所生产的复合型球形孔多孔铝性能曲线：其中（a）应力应变曲线：样品孔隙率为65%，孔径分别为1.2 mm, 1.5 mm和2.0 mm ；(b)吸声曲线：样品孔径： 2.0 mm， 样品尺寸： Φ29*20mm
具体实施实例
将平均直径为1.2mm的球形NaCl粒子放到直径为95mm，高度为90mm的模具内，振动，压实，然后在上面放一个Φ94*90mm的圆柱形重物来保持恒定的压力，放入电阻炉内进行预热。预热温度步骤为：先升温到780℃后保温1小时，然后降温到650℃，随后在1—2个大气压下将700℃的铝液浇铸到650℃预热的预制块中。最后去除球形盐颗粒，得到孔隙率为75%的球形孔泡沫铝。

Claims (1)

1.一种复合型球形孔多孔铝的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）先制备出球形NaCl颗粒，本发明制备球形颗粒所用方法为手动造粒方法,具体步骤为:先用球磨机把盐粉碎,再用孔径为200目的筛子进行筛分,最后把盐放到一个底面粗糙的盘子里面,一边摇动一边住里喷水,即得到球形NaCl颗粒；
（2）然后对球形颗粒进行特殊的固化热处理，使其具有较高的强度；具体步骤为:先把制备得到的球形盐颗粒放到120℃烘箱内烘干,再放到高温炉内.升温到750℃-790℃,保温60 min-100 min.冷却后,即得到强度较高的球形盐颗粒；
（3）再对球形颗粒进行筛分，选出粒径合适的颗粒，将选用的球形颗粒装到模具内震动，保证其全部密集堆积，再在上面加适当的压力压实；
（4） 把装有球形粒子的模具放到电阻炉内，然后在上面加一定的压力进行预热，所加的压力根据所要制备样品的大小与模具截面积来确定，预热温度为770℃-800℃ ，保温时间根据想要得到的孔隙率来确定；
（5）保温完成后，再降温到650℃左右进行渗流，把铝液浇注到模具内，然后通过调节压力大小将铝液压到球形颗粒空隙中；
（6）冷却，待铝液凝固后溶解去除全部的NaCl颗粒，便得到复合型球形孔多孔铝。
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