CN105063460A - 一种不锈钢泡沫金属的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种不锈钢泡沫金属的制备方法，属于泡沫金属的生产技术领域，将聚醚或聚酯多元醇与催化剂、表面活性剂和发泡剂搅拌后，加入不锈钢粉体再搅拌均匀后，再加入固化剂，充分混合均匀后置于成型容器中反应固化，将固化后的泡沫金属海绵体经开孔处理，再经过高温还原烧结即可得到不锈钢泡沫金属。本发明通过聚合反应及发泡工艺直接形成三维网状泡沫金属，大大减少了生产工序，得到的不锈钢泡沫金属结构均匀一致，可大大减少人力需求和人工劳动量，在缩短生产周期的同时还可以提高产品性能的稳定性。

Description

一种不锈钢泡沫金属的制备方法

技术领域

本发明属于泡沫金属的生产技术领域，尤其涉及一种不锈钢泡沫金属的制备方法。

背景技术

泡沫金属是一种含有泡沫状气孔的金属材料，与一般烧结多孔金属相比，泡沫金属的气孔率更高，孔径尺寸较大。由于泡沫金属是由金属基体骨架连续相和气孔分散相或连续相组成的两相复合材料，因此其性质取决于所用金属基体、气孔率和气孔结构，并受制备工艺的影响。通常，泡沫金属的力学性能随气孔率的增加而降低，其导电性、导热性也相应呈指数关系降低。当泡沫金属承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得泡沫金属具有优异的冲击能量吸收特性。

泡沫金属在石油化工、航空航天、环保等领域中具有广泛的应用价值。用于制造净化、过滤、催化支架、电极等装置。泡沫金属质轻，具有吸音、隔热、减振、吸收冲击能和电磁波等特性，适用于导弹、飞行器和其回收部件的冲击保护层，汽车缓冲器，电子机械减振装置，脉冲电源电磁波屏蔽罩等。泡沫金属由于有连通的气孔结构和高的气孔率，因此具有高通气性、高比表面积和毛细力，多作为功能材料，用于制作流体过滤器、雾化器、催化器、电池电极板和热交换器等。

常见的泡沫金属制备方法有：（1）金属液体发泡法，如专利CN101182607：“一种泡沫铝构件的近终形制备方法”，步骤为：将铝或铝合金加热熔化，首先加入增粘剂进行搅拌增粘，然后加入经氧化处理过的发泡剂，快速搅拌分散发泡剂，含发泡剂的增粘金属熔体浇铸冷却得到具有一定孔隙率的铸件，对铸件进行压力加工得到致密的发泡先驱体，将发泡先驱体机加工后放入型模中加热发泡，得到具有所需外观形状和孔结构的泡沫铝构件。类似的制备工艺还有专利：CN104120295A，一种泡沫铝的半连续真空发泡装置与方法以及专利：CN101818278A，一种用金属熔体充气法制备多孔泡沫金属的设备及其方法等。（2）渗流铸造法。渗流铸造是将金属液渗入填料颗粒的间隙而获得金属填料复合体，所使用的填料颗粒有可溶性和不可溶性之分。当使用耐热而可溶的填料（如原始精盐）时，制造后粒子可以从铸件中浸洗掉，从而获得具有连通孔的泡沫金属，其孔隙率可以达到70%左右。当使用非可溶填料（如多孔陶土球、泡沫玻璃、空心刚玉球、泡沫碳等无机填料）时，则可获得金属-颗粒复合体。（3）添加球料法。将颗粒或中空球加入金属液中，加以强化搅拌，并冷却到足够的粘稠度，如需要注入模型中，则在金属液凝固之前，仍处于相对流动时进行铸造，可以得到金属-颗粒复合体。（4）熔模铸造法。此法采用流态耐火材料填充海绵状塑料中的孔隙，待耐火材料硬化后，加热使塑料气化而获得海绵状孔隙结构的铸型，将液体金属浇入此铸型中，冷却凝固后去除耐火材料，就得到了具有海绵状组织的泡沫金属。（5）电沉积法。即通过金属喷涂工艺，硬化处理，化学预镀三个步骤，将金属覆盖在聚氨酯材料上，再将聚氨酯塑料热分解去除而得到泡沫金属。采用此工艺专利有：CN103255446A，铬合金泡沫金属的制备方法；CN102691078A，泡沫金属及其快速制备方法和所用装置；CN1995470，多孔泡沫金属材料的制造方法等。（6）粉末冶金法。该法用于一些熔点较高的金属和合金，如不锈钢、铜、铁、镍等发泡材料的制取，可根据需要使用不同形状的粉末（不规则形状、针形或球形混合粉末等）。将相应的发泡剂加入粉末中，先成型后烧结，以使发泡剂分解蒸发或挥发和溶解而得以去除，从而得到泡沫金属。（7）纤维冶金法。用机械加工拉拔及其他工艺制备黑色金属纤维，再将纤维制成毡后加工，然后烧结获得泡沫金属。（8）喷溅沉积法。是一种生产致密网状结构泡沫金属的方法，采用溅射技术把夹有惰性气体的粉末，均匀地溅射到金属基体上，然后加热至金属熔化，并保温一段时间，使被夹在其中的气体膨胀成孔，冷却后就得到了致密网状的泡沫金属。

除了以上方法外，专利CN1936045（三维通孔或部分孔洞彼此相连多孔金属泡沫及其制备方法）还提供了一种制备泡沫金属的方法：将一种或多种粒径在1～100μm的金属或合金粉末均匀分散在含粘接剂的溶液中制成料浆，再将该浆液灌入通孔聚氨酯海绵泡沫中，经烘干、烧结得到三维通孔泡沫金属材料；也可将一种或多种金属或合金粉末直接冷等静压、与造孔材料混合后冷等静压或与粘接剂溶液混合后冷等静压三种成坯方法制成生坯，再把生坯在真空炉中烧结得多孔泡沫金属材料。然而现在的泡沫金属在制备过程中存在自动化程度低、工序多、生产成高、产品可靠性差、生产周期长等问题。上述问题，亟待解决。

发明内容

本发明针对目前泡沫金属制备过程中自动化程度低、工序多、生产成高、产品可靠性差、生产周期长等问题，提出了一种自动化程度高，产品质量稳定、生产周期短的泡沫金属的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种不锈钢泡沫金属的制造方法，将聚醚或聚酯多元醇与催化剂、表面活性剂和发泡剂搅拌后，加入不锈钢金属粉体再搅拌均匀后，再加入固化剂，充分混合均匀后置于成型容器中反应固化，将固化后的泡沫金属海绵体经过开孔处理，再经过高温还原烧结即可得到不锈钢泡沫金属。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述开孔处理是将固化后的泡沫金属海绵体切削成长方体形状，置于开孔箱内，先抽真空后再充入乙炔和氧气至常压静置，经3-4小时后再用电子火点燃开孔，即得到三维网状的泡沫金属坯体。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述聚醚或聚酯多元醇与催化剂、表面活性剂、发泡剂、不锈钢金属粉体和固化剂的投料质量比为80︰0.4︰0.2︰6︰200︰53。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述聚醚或聚酯多元醇是由以甘油为起始剂的羟值56的聚氧化丙烯多元醇及羟值80、酸值小于1的改性聚酯多元醇的混合物和以甘油为起始剂的聚氧化丙烯多苯乙基多丙烯晴及羟值28的多元醇的混合物组成。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述以甘油为起始剂的羟值56的聚氧化丙烯多元醇及羟值80、酸值小于1的改性聚酯多元醇的混合物和以甘油为起始剂的聚氧化丙烯多苯乙基多丙烯晴及羟值28的多元醇的的混合物的混合质量比为13：3。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述催化剂由混合质量比为0.1～0.15︰0.05～0.1︰0.1～0.23的浓度为33%的三乙烯二胺溶液、N,N-二甲基环己胺和辛酸亚锡组成。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述表面活性剂为有机硅酮。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述发泡剂为水和环戊烷的混合物，其中水与环戊烷的混合质量比为2︰1。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯。

本发明与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于将不锈钢粉体预先加入聚醚或聚酯多元醇中，通过聚合反应及发泡工艺直接形成三维网状泡沫金属坯体，大大减少了生产工序，得到的不锈钢泡沫金属产品结构均匀一致，同时可大大减少人力需求和人工劳动量，在缩短生产周期的同时还可以提高产品性能的稳定性，避免由于人工操作带来的产品缺陷，产品质量稳定，生产周期短。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。一种不锈钢泡沫金属的制造方法，首先准备一方形的泡沫金属海绵体成型容器，成型容器材质为各种常见热塑性或热固性塑料，如聚丙烯，并保证泡沫金属海绵体成型容器的内表面光滑；将上述泡沫金属海绵体成型容器的内壁均匀涂抹脱模剂，如黄油，然后放置于发泡车间，在温度为15℃左右的条件下，在甘油为起始剂的65kg聚氧化丙烯多元醇（羟值56）和改性聚酯多元醇（羟值80，酸值小于1）与甘油为起始剂的15kg聚氧化丙烯多苯乙基多丙烯晴及多元醇（羟值28）的组合物主料中，加入4kg水、2kg环戊烷、0.15kgA33（33%三乙烯二胺的溶液）、0.05kgN,N-二甲基环己胺、0.2kg辛酸亚锡和0.2kg有机硅酮进行预混后，再将200kg不锈钢粉体加入预混液中充分搅匀，再加入规格为80/20的甲苯二异氰酸酯53kg进行搅拌形成混合物，搅拌速度为600rpm，搅拌时间为10秒；然后将混合物倒入成型容器中反应成型，20分钟后取出再静置4小时，使其固化完全。

将固化完全后的泡沫金属海绵体切削为1000×1000×1000mm大小的正方体形状，置于开孔箱内，抽真空后充入乙炔和氧气，至常压静置，让气体在海绵泡体内循环4小时后，再用电子火点燃开孔，即可得到三维网状的多孔金属海绵泡体。

将所得金属海绵泡体按照所需尺寸及形状切削后，在氢气还原气氛下经1250℃高温烧结，即可得到不锈钢泡沫金属。

以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然，本发明不限于以上的实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：将聚醚或聚酯多元醇与催化剂、表面活性剂和发泡剂搅拌后，加入不锈钢金属粉体再搅拌均匀后，再加入固化剂，充分混合均匀后置于成型容器中反应固化，将固化后的泡沫金属海绵体经过开孔处理，再经过高温还原烧结即可得到不锈钢泡沫金属。

2.根据权利要求1所述的一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述开孔处理是将固化后的泡沫金属海绵体切削成长方体形状，置于开孔箱内，先抽真空后再充入乙炔和氧气至常压静置，经3-4小时后再用电子火点燃开孔，即得到三维网状的泡沫金属坯体。

3.根据权利要求1所述的一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述聚醚或聚酯多元醇与催化剂、表面活性剂、发泡剂、不锈钢金属粉体和固化剂的投料质量比为80︰0.4︰0.2︰6︰200︰53。

4.根据权利要求1或3所述的一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述聚醚或聚酯多元醇是由以甘油为起始剂的羟值56的聚氧化丙烯多元醇及羟值80、酸值小于1的改性聚酯多元醇的混合物和以甘油为起始剂的聚氧化丙烯多苯乙基多丙烯晴及羟值28的多元醇的混合物组成。

5.根据权利要求4所述的一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述以甘油为起始剂的羟值56的聚氧化丙烯多元醇及羟值80、酸值小于1的改性聚酯多元醇的混合物和以甘油为起始剂的聚氧化丙烯多苯乙基多丙烯晴及羟值28的多元醇的的混合物的混合质量比为13：3。

6.根据权利要求1或3所述的一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述催化剂由混合质量比为0.1～0.15︰0.05～0.1︰0.1～0.23的浓度为33%的三乙烯二胺溶液、N,N-二甲基环己胺和辛酸亚锡组成。

7.根据权利要求1或3所述的一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述表面活性剂为有机硅酮。

8.根据权利要求1或3所述不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述发泡剂为水和环戊烷的混合物，其中水与环戊烷的混合质量比为2︰1。

9.根据权利要求1或3所述的一种不锈钢泡沫金属的制造方法，其特征在于：所述固化剂为甲苯二异氰酸酯。