CN103667764B - 一种锌-铝合金泡沫的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锌‑铝合金泡沫的制备方法，属于多孔金属材料领域；本发明针对目前熔体发泡法制备泡沫金属存在的发泡剂与发泡温度不匹配、发泡剂分散困难、增粘过程复杂、过多增粘相使泡沫金属脆性提高不足，采用锌‑铝合金半固态搅拌的方法在较低温度加入、分散发泡剂，然后在锌‑铝合金熔点的较高温度发泡的方法制备锌‑铝合金泡沫，具有孔结构可控、工艺简单、低成本的特点，可实现工业化生产。
Description
技术领域
该发明涉及一种锌-铝合金泡沫的制备方法，属于多孔金属材料领域。
背景技术
泡沫金属具有低密度、高比强、能量吸收、吸音减振、电磁屏蔽、低热电导率等特点，在结构材料、噪音控制、建筑装饰、隔热保温等领域具有广阔的应用市场。其中，锌-铝合金泡沫（如ZA27合金泡沫）具有良好的的阻尼性能，在减振降噪领域有着独特的应用优势。
目前公知的低熔点金属（熔点不超过700℃的金属，如铝、锌、镁及其合金）泡沫的制备方法主要是熔体发泡法、粉末冶金发泡法和喷吹气体发泡法，发泡所用的发泡剂以TiH2最常见。
熔体发泡法从熔体途径出发，在增粘的金属熔体中通过搅拌分散发泡剂TiH2，然后进行发泡处理。该方法存在：（1）发泡剂TiH2的分解温度为450℃，通常低于合金熔体的温度，在金属熔体中分散发泡剂会使TiH2过早过快分解，因此发泡剂TiH2的分散往往比较困难，往往需要对发泡剂TiH2进行预处理，如预氧化、包覆等；（2）熔体需要进行增粘处理，工艺过程复杂。
粉末冶金发泡法从粉末途径出发，将发泡剂TiH2和金属粉末混合、压制后，加热到金属的液相线以上的温度进行发泡。该方法受粉末冶金方法本身的限制，在制品的尺寸、规模上受限制。
喷吹气体法从熔体途径出发，往金属熔体中喷吹气体使熔体发泡而得到泡沫金属。该方法虽然不用发泡剂，但由于气体与金属熔体之间的密度差很大，因此均匀分散气体很困难，造成孔结构均匀性差，且往往采用10～20%vol.高含量的增粘相（SiC、A2O3颗粒）使材料变脆。
为克服上述公知泡沫金属制备技术，特别是熔体发泡制备技术的不足，本发明采用锌-铝合金半固态搅拌的方法在合金半固态的较低温度加入、分散发泡剂，然后再在锌-铝合金熔点的较高温度发泡的方法制备泡沫锌-铝合金，具有工艺简单、低成本、孔结构可控的特点，可实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锌-铝合金泡沫的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）将铝质量百分含量为20～30%的锌-铝合金加热到合金的液相体积：固相体积=1:1的半固态温度T℃，在T℃保温30~60min，获得半固态锌-铝合金；
（2）将粒度200～400目的TiH2颗粒加入到步骤（1）制得的半固态锌-铝合金中，所添加的TiH2颗粒质量为锌-铝合金质量的1～3%，然后以300～1000转/分的搅拌速度搅拌5～30min，使半固态锌-铝合金和TiH2颗粒混合均匀，得到半固态锌-铝合金和TiH2颗粒的混合物；
（3）将步骤（2）中制得的半固态锌-铝合金及TiH2颗粒的混合物加热到合金的熔点使锌-铝合金发泡5～20min，发泡体在空气中凝固、冷却后得到锌-铝合金泡沫。
发明原理：
（1）半固态锌-铝合金的合金成分及温度控制原理
由锌～铝合金二元相图可见，铝质量百分含量20～30%的锌-铝合金，其凝固温度区间较宽，为TiH2分解特性的调控提供了有利条件，有利于实现TiH2的较低温搅拌分散及较高温分解发泡工艺；半固态温度T℃是合金液相体积：固相体积=1:1的温度，此时，半固态合金具有较好的流变性，有利于TiH2颗粒的搅拌分散。
（2）发泡剂TiH2的分解特性控制原理
本发明采用原始状态的TiH2颗粒，其开始分解温度为450℃，铝质量百分含量20～30%的锌-铝合金，其半固态温度T℃均小于等于450℃，因此，可以在T℃温度进行发泡剂的长时间搅拌分散而不分解，而当温度进一步提高到合金的熔点（高于450℃）时，TiH2可以在此温度下分解产生气体而实现发泡。
（3）锌-铝合金熔体粘度控制原理
公知熔体发泡技术中，熔体必须进行增粘处理，通常的做法是添加1-3%的Ca并搅拌10～20min.，使熔体增粘以能存留气体，本发明中，熔体的粘度是采用物理方法进行控制，即控制熔体温度为其熔点，此时，合金刚刚熔化为100%的液相，根据金属熔体的温度-粘度关系可知，此时，合金熔体具有较高的粘度，可实现发泡气体的存留。
本发明的有益效果：
利用锌-铝合金的宽结晶温度范围，实现了发泡剂TiH2的在较低温度分散及在较高温度熔体中分解发泡，同时利用物理方法实现熔体粘度控制和熔体内气体的存留，解决了公知熔体发泡技术中TiH2分散分解温度与发泡温度不匹配、发泡剂需进行预处理、以及熔体需增粘处理的不足，提供了一种孔结构可控、工艺简单、低成本的锌-铝合金泡沫制备方法。
附图说明：
图1为本发明制备锌-铝合金泡沫的工艺流程图；
图2为本发明原理的锌-铝合金二元相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述锌-铝合金泡沫的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
（1）半固态锌-铝合金的制备：采用铝质量百分含量为20%的锌-铝合金为原料，将合金加热到合金半固态温度区间的液相体积：固相体积=1:1的温度425℃，如图2所示，保温30min，获得半固态锌-铝合金；
（2）发泡剂TiH2的分散：将粒度300～400目的TiH2颗粒加入到步骤（1）制得的半固态锌-铝合金中，所添加的TiH2颗粒的质量为锌-铝合金质量的1%，并以300转/分的搅拌速度搅拌30min，使TiH2颗粒均匀分散在半固态锌-铝合金中；
（3）锌-铝合金的发泡：将步骤（2）中制得的半固态锌-铝合金及TiH2颗粒的混合物加热到合金的熔点470℃，TiH2在较高温度、较高粘度的锌-铝合金熔体中分解，使锌-铝合金发泡，发泡时间为5min，发泡体在空气中凝固、冷却，得到孔隙率70%、平均孔径2mm的锌-铝合金泡沫。
实施例2
本实施例所述锌-铝合金泡沫的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）半固态锌-铝合金的制备：采用铝质量百分含量为25%的锌-铝合金为原料，将合金加热到合金半固态温度区间的液相体积：固相体积=1:1的温度435℃，保温40min，获得半固态锌-铝合金；
（2）发泡剂TiH2的分散：将粒度250～300目的TiH2颗粒加入到步骤（1）制得的半固态锌-铝合金中，所添加的TiH2颗粒质量为锌-铝合金质量的2%，并以500转/分的搅拌速度搅拌25min，使TiH2颗粒均匀分散在半固态锌-铝合金中；
（3）锌-铝合金的发泡：将步骤（2）中制得的半固态锌-铝合金及TiH2颗粒的混合物加热到合金的熔点480℃，TiH2在较高温度、较高粘度的锌-铝合金熔体中分解，使锌-铝合金发泡，发泡时间为10min，发泡体在空气中凝固、冷却，得到孔隙率80%、平均孔径3mm的锌-铝合金泡沫。
实施例3
本实施例所述锌-铝合金泡沫的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）半固态锌-铝合金的制备：采用铝质量百分含量为30%的锌-铝合金为原料，将合金加热到合金半固态温度区间的液相体积：固相体积=1:1的温度445℃，保温60min，获得半固态锌-铝合金；
（2）发泡剂TiH2的分散：将粒度200～250目的TiH2颗粒加入到步骤（1）制得的半固态锌-铝合金中，所添加的TiH2颗粒质量为锌-铝合金质量的3%，并以1000转/分的搅拌速度搅拌5min，使TiH2颗粒均匀分散在半固态锌-铝合金中；
（3）锌-铝合金的发泡：将步骤（2）中制得的半固态锌-铝合金及TiH2颗粒的混合物加热到合金的熔点505℃，TiH2在较高温度、较高粘度的锌-铝合金熔体中分解，使锌-铝合金发泡，发泡时间为20min，发泡体在空气中凝固、冷却，得到孔隙率85%、平均孔径5mm的锌-铝合金泡沫。
Claims (1)
1.一种锌-铝合金泡沫的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将铝质量百分含量为20～30%的锌-铝合金加热到合金的液相体积：固相体积=1:1的半固态温度T℃，在T℃保温30～60min，获得半固态锌-铝合金；
（2）将粒度200～400目的TiH2颗粒加入到步骤（1）制得的半固态锌-铝合金中，所添加的TiH2颗粒质量为锌-铝合金质量的1～3%，然后以300～1000转/分的搅拌速度搅拌5～30min，得到半固态锌-铝合金和TiH2颗粒的混合物；
（3）将步骤（2）中制得的半固态锌-铝合金及TiH2颗粒的混合物加热到合金的熔点使锌-铝合金发泡5～20min，发泡体在空气中凝固、冷却后得到锌-铝合金泡沫。
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