CN104354337B - 梯密度通孔金属泡沫及其简易制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种合金材料技术领域的梯密度通孔金属泡沫及其简易制备方法，通过在多个金属泡沫层之间设置针对相邻金属泡沫层的不同材质的对应银铜合金，然后置于高温无氧环境下烧结并冷却，得到梯密度通孔金属泡沫。本发明降低了梯密度金属泡沫的生产成本，促进了梯密度通孔金属泡沫的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种材料技术领域的梯密度金属泡沫及其简易制备方法，具体是一种在用银铜合金片将不同密度的金属泡沫层烧结在一起，从而获得不同规格的梯密度通孔金属泡沫。
背景技术
通孔金属泡沫具有稠密的金属骨架，内部有蜿蜒复杂的连通通道，换热比表面积大，相对密度较小，在传热传质、环境化工领域有很大的研究价值。梯密度通孔金属泡沫的孔隙率或孔密度呈现梯度变化的趋势，由于具有独特的物理结构，可以在强化传热，消除噪音污染等领域中应用，市场应用前景非常光明。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103555984A公开(公告)日2014.02.05，公开了一种纳米材料技术领域的梯密度通孔金属泡沫及其制备方法，通过以结构均匀通孔金属泡沫作为原始骨架制备，即通过将结构均匀通孔金属泡沫焊接于带有密闭沸腾容器的紫铜加热器的上表面后，开启紫铜加热器并将金属纳米溶液分批次倒入密闭沸腾容器中并在氩气环境下烘干，制成梯密度通孔金属泡沫。该技术通过调节纳米溶液的浓度和液位改变结构均匀金属泡沫的纤维直径，然后对沉积后的金属泡沫在氩气氛下加热烘干，即可制备不同规格的梯密度金属泡沫。该技术降低了梯密度金属泡沫的生产成本，促进了梯密度通孔金属泡沫的推广应用。但该技术在制备梯密度金属泡沫时对金属纳米颗粒的粒径均匀度要求较高。
中国专利文献号CN103499096A公开(公告)日2014.01.08，公开了一种燃烧器技术领域的预混预热式梯密度通孔金属泡沫燃烧器，包括：金属通孔泡沫和梯密度金属泡沫，其中：梯密度金属泡沫位于金属通孔泡沫的上方，金属通孔泡沫的底部为氧气和可燃气体的入口，两侧为加热部，梯密度金属泡沫的顶部为气体出口，其两侧以及金属通孔泡沫的底部为隔热区。该技术可以通过利用导热系数高的金属泡沫对氧气和燃烧气体进行预混加热，然后在熔点高的梯密度金属泡沫内燃烧，解决了现有多孔介质燃烧器燃烧效率低的问题。但该技术中的梯密度金属泡沫是在温度超过1000摄氏度的大型电炉内烧结而成，金属泡沫容易氧化，制备梯密度金属泡沫时需要消耗大量的电能，生产成本较高，不利于产品的推广。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种梯密度通孔金属泡沫及其简易的制备方法，针对相邻金属泡沫层的不同材质，选取银铜成份占比不同的合金，将其在不同的高温无氧环境下烧结，然后逐步冷却，即可制备不同规格的梯密度金属泡沫。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种梯密度通孔金属泡沫，该金属泡沫的孔密度呈梯度变化，即孔隙率相同，孔密度沿某一方向增大；或孔密度相同，孔隙率沿某一方向增大。
所述的孔密度的变化范围为5PPI～130PPI。
所述的金属是指：铝、铜、镍或不锈钢中的一种或其组合
所述的孔隙率的范围为0.88～0.98。
本发明涉及上述梯密度通孔金属泡沫的制备方法，通过在多个金属泡沫层之间设置针对相邻金属泡沫层的不同材质的对应银铜合金，然后置于高温无氧环境下烧结并冷却，得到梯密度通孔金属泡沫，其具体步骤包括：
第一步、在通孔泡沫层间放置银铜合金片，放置于氩气保护环境的马弗炉内，用较重的铜块将叠加的层状通孔金属泡沫压紧。
第二步、打开电源，给马弗炉加热，将炉内温度升至银铜合金片熔点，并保持5～10分钟。
第三步、将马弗炉内的温度按适当的温度梯度逐渐降低至室温，在下降的每个温度点上保持5～10分钟，以确保不同的金属泡沫层之间的银铜合金烧结点不会因温度下降过快而出现脱落的现象。
第四步、打开马弗炉，去掉压在层状金属泡沫上面的铜块，将制备成功的梯密度通孔金属泡沫取出。
所述的银铜合金片为银的成份占比为0.02～0.3wt％，铜的成分占比为99.94～99.66wt％，剩余成分为铁。
所述的银铜合金片熔点为600～718℃。
所述的银铜合金片厚度为0.2～1mm。
所述的通孔泡沫层数为2～6层。
所述的温度梯度为30～50℃。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过银铜合金片熔融烧结法制备梯密度通孔金属泡沫，大大降低了生产成本，提高了制备速度，为大规模应用梯密度通孔金属泡沫打下良好基础。
附图说明
图1为实施例1金属泡沫示意图。
图2为实施例2金属泡沫示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例制备过程如下：
第一步、通过熔模铸造法制备厚度为5mm，孔隙率为0.9，孔密度分别为10PPI、40PPI的两块通孔镍泡沫。
第二步、在通孔镍泡沫层间放置厚度为0.5mm、银的成份占比为0.02wt％、铜的成分占比为99.94wt％银铜合金片，将其放置于氩气保护环境的马弗炉内，用较重的铜块将两块通孔镍泡沫压紧。
第三步、打开电源，给马弗炉加热，将炉内温度升至718℃，并保持5分钟。
第四步、将马弗炉内的温度按50℃的梯度逐渐降低，在668℃、618℃、568℃、518℃、468℃、418℃、368℃、318℃、268℃、218℃、168℃、118℃、68℃温度点上各保持5分钟，在室温状态下保持10分钟。
第五步、打开马弗炉，去掉压在层状镍泡沫上面的铜块，取出制备成功孔隙率为0.9、孔密度按10～40PPI变化的梯密度镍泡沫，如图1所示。
实施例2
本实施例制备过程如下：
第一步、通过熔模铸造法制备厚度为3mm，孔隙率为0.98，孔密度为5PPI的镍泡沫、孔密度为10PPI的铜泡沫各一块。
第二步、在铜泡沫和镍泡沫之间放置厚度为0.2mm、银的成份占比为0.3wt％、铜的成分占比为99.66wt％的银铜合金片，将其放置于氩气保护环境的马弗炉内，用较重的铜块将两块泡沫压紧。
第三步、打开电源，给马弗炉加热，将炉内温度升至600℃，并保持10分钟。
第四步、将马弗炉内的温度按40℃的梯度逐渐降低，在560℃、520℃、480℃、440℃、400℃、360℃、320℃、280℃、240℃、200℃、160℃、120℃、80℃、40℃温度点上各保持10分钟，降至室温状态下再保持10分钟。
第五步、打开马弗炉，去掉压在层状金属泡沫上面的铜块，取出制备成功孔隙率为0.98、孔密度按5～10PPI变化的梯密度镍铜复合泡沫，如图2所示。
Claims (3)
1.一种梯密度通孔金属泡沫，其特征在于，其孔密度的变化范围为5PPI～130PPI；孔隙率的变化范围为0.88～0.98；该梯密度通孔金属泡沫通过在多个金属泡沫层之间设置针对相邻金属泡沫层的不同材质的对应银铜合金，然后置于高温无氧环境下烧结并冷却制备得到；
所述的金属泡沫层的材质为铝、铜、镍或不锈钢中的一种或其组合；
所述的银铜合金具体为：针对相邻金属泡沫层均为镍金属泡沫，采用银的成份占比为0.02wt％、铜的成分占比为99.94wt％银铜合金片；针对相邻金属泡沫层为镍、铜金属泡沫，采用银的成份占比为0.3wt％、铜的成分占比为99.66wt％的银铜合金片；
所述的烧结是指：采用马弗炉，在氩气环境下升温至银铜合金片熔点；
所述的冷却是指：当采用马弗炉烧结时，马弗炉内的温度按30～50℃的梯度逐渐降低至室温，在下降的每个温度点上保持5～10分钟；
所述的设置是指：采用铜块将叠加的金属泡沫层以及银铜合金压紧。
2.根据权利要求1所述的梯密度通孔金属泡沫，其特征是，所述的银铜合金是指：厚度为0.2～1mm的合金片。
3.根据权利要求1所述的梯密度通孔金属泡沫，其特征是，所述的冷却，在668℃、618℃、568℃、518℃、468℃、418℃、368℃、318℃、268℃、218℃、168℃、118℃、68℃温度点上各保持5分钟，在室温状态下保持10分钟；或者在560℃、520℃、480℃、440℃、400℃、360℃、320℃、280℃、240℃、200℃、160℃、120℃、80℃、40℃温度点上各保持10分钟，降至室温状态下再保持10分钟。
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