CN102925734B - 一种通孔泡沫铝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及泡沫铝制备方法，具体而言为涉及一种利用铝及铝合金切屑制备通孔泡沫铝的方法。其原理是：通过铝屑颗粒与漂珠以一定比例混合压块，烧结获得通孔泡沫铝材料，在混合前对铝屑颗粒进行加工，提高铝屑所占的空间；漂珠经预先破碎，在提高泡沫铝材料强度的同时，提高材料中孔隙的体积分数，并保证孔隙的连通。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫铝制备方法，具体而言为涉及一种利用铝及铝合金切屑制备通孔泡沫铝的方法。
技术背景
泡沫铝质轻、隔音、阻燃，有很强的吸能和电磁屏蔽作用，因此受到国防工业部门的高度重视，由于泡沫铝在韧性和热导率方面的优势，泡沫铝也常用作催化载体材料，目前已提出的泡沫铝制备工艺较多，主要可分为液态金属凝固法、固态金属烧结法及沉积法三类，现已开发出的具有工业价值的生产工艺，如熔体发泡法、渗流铸造法、粉末冶金发泡法、电化学沉积法、粉末冶金法等，在实际生产中应用较广泛，熔体发泡法获得的泡沫铝孔洞间相互独立，一般称为闭孔泡沫铝；而后几种方法获得的泡沫铝孔洞往往相互连通，因此称为通孔泡沫铝。
目前，生产泡沫铝常用的方法分别为熔体发泡法、渗流铸造法、电解沉积法和粉末冶金法，其中粉末冶金法发展前景广阔，已经逐渐成为制备泡沫铝的主流方法之一，根据不同的造孔方式，粉末冶金法制备泡沫铝可大体分为粉体发泡成型和造孔烧结两种方法，粉体发泡成型法能够制备出孔结构均匀的闭孔泡沫铝，造孔烧结法因其造孔剂选择的不同可分别制备出开孔和闭孔泡沫铝。
在造孔烧结制备泡沫铝的过程中选择合适的造孔剂至关重要。造孔剂分为可溶性和不可溶性两类, 尿素、氯化钠、硫酸钾属于可溶性造孔剂，漂珠、空心氧化铝球属于不可溶性造孔剂，对于用粉末冶金法制备开孔泡铝来说，选用的造孔剂要有适当的强度、良好的去除性，密度小能与铝合金熔体很好地形成冶金相，且价格低廉、来源广，采用可溶性造孔剂制备的泡沫铝孔洞形状、尺寸和孔隙率大小可以精确控制，在过滤、吸声等领域有着广阔的应用前景，但是制备工艺相对复杂，且造孔剂往往难以完全溶出，影响了泡沫铝的性能。
选用漂珠作为造孔剂制备泡沫铝是近几年发展起来一种工艺，将铝粉和空心漂珠球混合，在一定的压力下模压成型，然后进行烧结，就获得了漂珠-泡沫铝复合材料，其中，漂珠是从火力发电厂产生的大量粉煤灰里分离出来的，来源广泛且价格低廉，具有颗粒直径小、中空、轻质、强度高等特性，该方法相对简单，空心漂珠无需溶出，且漂珠在铝基体中均匀分布可作为颗粒增强基，提高泡沫铝复合材料的力学性能，但是由于受到球/金属粉末比的限制，制备出的泡沫铝孔隙率在60%以下，且孔隙主要以闭孔为主。
铝合金零件切削加工时产生大量的铝屑，通常切削加工铝屑占零件总质量的20%，最高达30%左右，因此，有效地回收铝合金零件机加工过程中的铝屑可降低生产成本，具有显著的经济和社会效益；目前，铝屑回收利用的主要途径是重熔利用，铝屑烧损严重，容易对铝水产生污染，而且工艺处理难度较大，有文献（覃国平等，废铝再生制备小孔径泡沫铝的展望科技创新导报，2010年16期：86）提出将废铝回收再生和利用吹气法制备小孔径泡沫铝相结合，试图为废铝的有效利用和泡沫铝在国内的规模化工业生产提供指导，但发泡法获得的是闭孔泡沫铝，且熔炼过程能耗比较大。
因此，迫切需要开发一种新型的利用铝屑制备通孔泡沫铝的方法，如果能够通过铝屑颗粒的烧结获得孔隙体积分数较大且强度较高的通孔泡沫铝材料，将显著降低泡沫铝的制备成本和制备过程的能耗，为铝屑的高效回收利用提供一个重要途径。
发明内容
本发明提出一种通孔泡沫铝的制备方法，其原理是：通过铝屑颗粒与漂珠以一定比例混合压块，烧结获得通孔泡沫铝材料，在混合前对铝屑颗粒进行加工，提高铝屑所占的空间；漂珠经预先破碎，在提高泡沫铝材料强度的同时，提高材料中孔隙的体积分数，并保证孔隙的连通。
本发明提出一种通孔泡沫铝的制备方法，其特征在于：将漂珠球磨破碎，然后与经加工的铝屑颗粒按比例均匀混合，压制成预成型块，通过烧结-冷却工艺制作成通孔泡沫铝。
所涉及的将漂珠球磨破碎，是指采用球磨方法将漂珠破碎，使漂珠的空腔打开，破碎后漂珠的平均尺寸在150μm ~200μm。
所涉及的经加工的铝屑颗粒，是指将经过粉碎、磁选、筛分的平均尺寸为200~400μm的铝屑颗粒，利用经微加工在表面形成凸起的圆锥阵列的压模，在耐磨板上进行多次挤压，使铝屑颗粒表面形成凹坑；圆锥的底面直径为40~60μm，高度为40~60μm，圆锥间的间隔为5~10μm。
所涉及的按比例均匀混合，是指经球磨破碎的漂珠与经加工的铝屑颗粒的体积比例为20~50:50~80，采用机械混合方法混合均匀。
所涉及的压制成预成型块，是指在压力为150MPa~200MPa的条件下，将经混合均匀的漂珠与铝屑颗粒压制成所需泡沫铝尺寸的预成型块。
所涉及的通过烧结-冷却工艺制作成通孔泡沫铝，是指在580℃~610℃，压力为15MPa~30MPa的条件下，在氮气保护下，烧结30~90min，然后出炉空冷获得通孔泡沫铝材料。
本发明提出的方法，在提高通孔泡沫铝材料强度的同时，可以在较大范围内调节孔隙体积分数，并且能显著降低泡沫铝的制备成本和制备过程的能耗，为铝屑的高效回收利用提供了一个重要途径。
附图说明
图1为采用本发明方法制备的泡沫铝的SEM照片，其中1为破碎的漂珠，2为制品中新形成的孔隙。
具体实施例
本发明可以根据以下实例实施，但不限于以下实例，在本发明中所使用的术语，除非有另外的说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
实施例1
本实施例具体实施一种通孔泡沫铝的制备方法。先将漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空腔被打开，平均尺寸在150μm；同时铝屑粉碎、磁选、筛分，获得平均尺寸为200μm的铝屑颗粒，采用表面加工了系列底部直径50μm、高度40μm、圆锥间的间隔为5μm的圆锥形突起的压模在耐磨板上进行多次挤压对铝屑颗粒多次挤压使得铝屑颗粒表面形成的凹坑深度为40μm，面积达80%，然后将经球磨破碎漂珠和经表面挤压加工的铝屑颗粒按20：80的体积比例采用机械混合方法一起均匀混合，在压力为150MPa的条件下将混合物压制成所需400mm×400 mm×11 mm的预成型块，将预成型块在氮气保护下，在580℃，压力为30MPa的条件下，烧结90min，出炉空冷获得通孔泡沫铝材料。
图1为采用本发明方法制备的泡沫铝的SEM照片，其中1为破碎的漂珠，2为制品中新形成的孔隙；经检测，所制备的通孔泡沫铝的孔隙体积分数为85%，其压缩强度为50MPa。
实施例2
本实施例具体实施一种通孔泡沫铝的制备方法，先将漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空腔被打开，平均尺寸在250μm；同时铝屑粉碎、磁选、筛分，获得平均尺寸为400μm的铝屑颗粒，采用表面加工了系列底部直径60μm、高度50μm、圆锥间的间隔为10μm的圆锥形突起的压模在耐磨板上进行多次挤压对铝屑颗粒多次挤压使得铝屑颗粒表面形成的凹坑深度为50μm，面积达60%，然后将经球磨破碎漂珠和经表面挤压加工的铝屑颗粒按50：50的体积比例采用机械混合方法一起均匀混合，在压力为150MPa的条件下将混合物压制成所需500mm×500 mm×11 mm的预成型块，将预成型块在氮气保护下，在610℃，压力为15MPa的条件下，烧结30min，出炉空冷获得通孔泡沫铝材料。
经检测，所制备的通孔泡沫铝的孔隙体积分数为80%，其压缩强度为55MPa。
实施例3
本实施例具体实施一种通孔泡沫铝的制备方法，先将漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空腔被打开，平均尺寸在200μm；同时铝屑粉碎、磁选、筛分，获得平均尺寸为300μm的铝屑颗粒，采用表面加工了系列底部直径40μm、高度40μm、圆锥间的间隔为6μm的圆锥形突起的压模在耐磨板上进行多次挤压对铝屑颗粒多次挤压使得铝屑颗粒表面形成的凹坑深度为40μm，面积达70%，然后将经球磨破碎漂珠和经表面挤压加工的铝屑颗粒按30：70的体积比例采用机械混合方法一起均匀混合，在压力为200MPa的条件下将混合物压制成所需500mm×500 mm×21 mm的预成型块，将预成型块在氮气保护下，在590℃，压力为20MPa的条件下，烧结60min，出炉空冷获得通孔泡沫铝材料。
经检测，所制备的通孔泡沫铝的孔隙体积分数为88%，其压缩强度为42MPa。
实施例4
本实施例具体实施一种通孔泡沫铝的制备方法，先将漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空腔被打开，平均尺寸在190μm；同时铝屑粉碎、磁选、筛分，获得平均尺寸为350μm的铝屑颗粒，采用表面加工了系列底部直径60μm、高度60μm、圆锥间的间隔为10μm的圆锥形突起的压模在耐磨板上进行多次挤压对铝屑颗粒多次挤压使得铝屑颗粒表面形成的凹坑深度为60μm，面积达60%，然后将经球磨破碎漂珠和经表面挤压加工的铝屑颗粒按40：60的体积比例采用机械混合方法一起均匀混合，在压力为150MPa的条件下将混合物压制成所需400mm×400 mm×21 mm的预成型块，将预成型块在氮气保护下，在600℃，压力为20MPa的条件下，烧结40min，出炉空冷获得通孔泡沫铝材料。
经检测，所制备的通孔泡沫铝的孔隙体积分数为75%，其压缩强度为58MPa。
Claims (1)
1.一种通孔泡沫铝的制备方法，其特征在于：将漂珠球磨破碎，然后与经加工的铝屑颗粒按比例均匀混合，压制成预成型块，通过烧结-冷却工艺制作成通孔泡沫铝；
所述的将漂珠球磨破碎，是指采用球磨方法将漂珠破碎，使漂珠的空腔打开，破碎后漂珠的平均尺寸在150μm ~200μm；
所述的经加工的铝屑颗粒，是指将经过粉碎、磁选、筛分的平均尺寸为200~400μm的铝屑颗粒，利用经微加工在表面形成凸起的圆锥阵列的压模，在耐磨板上进行多次挤压，使铝屑颗粒表面形成凹坑；圆锥的底面直径为40~60μm，高度为40~60μm，圆锥间的间隔为5~10μm；
所述的按比例均匀混合，是指经球磨破碎的漂珠与经加工的铝屑颗粒的体积比例为20~50:50~80，采用机械混合方法混合均匀；
所述的压制成预成型块，是指在压力为150MPa~200MPa的条件下，将经混合均匀的漂珠与铝屑颗粒压制成所需泡沫铝尺寸的预成型块；
所述的通过烧结-冷却工艺制作成通孔泡沫铝，是指在580℃~610℃，压力为15MPa~30MPa的条件下，在氮气保护下，烧结30~90min，然后出炉空冷获得通孔泡沫铝材料。
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