CN105112709A - 一种高强泡沫铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强泡沫铝基复合材料，该复合材料由以下重量份数的原料制成：铝粉40~68份、铝合金粉30~50份、钙镁基膨润土16~28份、海泡石粉5~20份、改性天然分子筛5~18份、氯化钙粉3~12份、坡缕石粉3~10份、竹粉2~11份和发泡剂5~16份。本发明还公开了所述的一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法。本发明所制备的高强泡沫铝基复合材料具有良好的泡沫孔隙结构和抗拉强度，因此，可进一步扩大泡沫铝基复合材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种高强泡沫铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成。由于其具有特殊的疏松孔洞结构，密度小、质量轻、比表面积大、比力学性能高。此外，泡沫铝还具有其他有优异的性能，如，渗透、阻尼、能量吸收、高比表面积、电磁屏蔽等性能。目前泡沫铝广泛应用于军工、航天航空、机械、医学、建筑、能源、通信等行业。然而，泡沫铝的一个最大特点就是强度不高，其抗拉强度是铝的1/100，这大大限制了它的应用领域。
发明内容
要解决的技术问题是：为了解决泡沫铝材料强度不高的问题，提供一种高强泡沫铝基复合材料及其制备方法。
技术方案：为了解决上述问题，本发明提供了一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉40~68份、铝合金粉30~50份、钙镁基膨润土16~28份、海泡石粉5~20份、改性天然分子筛5~18份、氯化钙粉3~12份、坡缕石粉3~10份、竹粉2~11份和发泡剂5~16份。
优选的，所述的一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉56份、铝合金粉38份、钙镁基膨润土20份、海泡石粉12份、改性天然分子筛9份、氯化钙粉7份、坡缕石粉5份、竹粉8份和发泡剂10份。
优选的，所述的一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉60份、铝合金粉36份、钙镁基膨润土18份、海泡石粉15份、改性天然分子筛13份、氯化钙粉5份、坡缕石粉6份、竹粉5份和发泡剂12份。
优选的，所述改性天然分子筛的步骤为：将天然分子筛置于20%的盐酸溶液中浸泡4h后，洗涤、过滤并置于200℃处理2h，即可。
优选的，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙或碳粉中的至少一种。
优选的，所述铝合金粉为铝锌合金粉或铝镍合金粉或铝锰合金粉或铝铜合金粉。
一种上述所述的一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取一定重量的原料：铝粉、铝合金粉、钙镁基膨润土、海泡石粉、改性天然分子筛、氯化钙粉、坡缕石粉、竹粉和发泡剂，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌5~8h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于800~900℃保温1~2h，自燃冷却即可。
优选的，所述的烧结温度为870℃，保温时间为1h。
本发明具有以下有益效果：本发明所制备的高强泡沫铝基复合材料，其抗拉强度为275~362MPa，孔隙率为73~79%，具有良好的泡沫孔隙结构和抗拉强度，因此，本发明所制备的复合材料可进一步应用于对强度要求较高的领域。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉40份、铝合金粉30份、钙镁基膨润土16份、海泡石粉5份、改性天然分子筛5份、氯化钙粉3~12份、坡缕石粉3份、竹粉2份和发泡剂5份。
其中，所述改性天然分子筛的步骤为：将天然分子筛置于20%的盐酸溶液中浸泡4h后，洗涤、过滤并置于200℃处理2h，即可。
所述发泡剂为碳酸钙。所述铝合金粉为铝锌合金粉，具体的可为Al55Zn45。
上述的一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取上述重量份数的原料：铝粉、铝合金粉、钙镁基膨润土、海泡石粉、改性天然分子筛、氯化钙粉、坡缕石粉、竹粉和发泡剂，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌5h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于800℃保温1h，自燃冷却即可。
实施例2
一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉68份、铝合金粉50份、钙镁基膨润土28份、海泡石粉20份、改性天然分子筛18份、氯化钙粉12份、坡缕石粉10份、竹粉11份和发泡剂16份。
其中，所述改性天然分子筛的步骤为：将天然分子筛置于20%的盐酸溶液中浸泡4h后，洗涤、过滤并置于200℃处理2h，即可。
所述发泡剂为碳酸镁。所述铝合金粉为铝锰合金粉，其中合金粉中锰的质量分数为9~11%。
上述一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取上述重量份数的原料：铝粉、铝合金粉、钙镁基膨润土、海泡石粉、改性天然分子筛、氯化钙粉、坡缕石粉、竹粉和发泡剂，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌8h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于900℃保温2h，自燃冷却即可。
实施例3
一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉54份、铝合金粉40份、钙镁基膨润土22份、海泡石粉12份、改性天然分子筛12份、氯化钙粉7份、坡缕石粉6份、竹粉7份和发泡剂10份。
其中，所述改性天然分子筛的步骤为：将天然分子筛置于20%的盐酸溶液中浸泡4h后，洗涤、过滤并置于200℃处理2h，即可。
所述发泡剂为碳酸钙和硫酸钙，且两者的质量比为1:1。所述铝合金粉为铝铜合金粉，其中合金粉中铜的质量分数为48~52%。
上述一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取上述重量份数的原料：铝粉、铝合金粉、钙镁基膨润土、海泡石粉、改性天然分子筛、氯化钙粉、坡缕石粉、竹粉和发泡剂，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌6h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于850℃保温1.5h，自燃冷却即可。
实施例4
一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉56份、铝合金粉38份、钙镁基膨润土20份、海泡石粉12份、改性天然分子筛9份、氯化钙粉7份、坡缕石粉5份、竹粉8份和发泡剂10份。
其中，所述改性天然分子筛的步骤为：将天然分子筛置于20%的盐酸溶液中浸泡4h后，洗涤、过滤并置于200℃处理2h，即可。
所述发泡剂为碳酸镁和碳粉，且两者质量比为1:2。所述铝合金粉为铝铜合金粉，其中合金粉中铜的质量分数为48~52%。
上述的一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取上述重量份数的原料：铝粉、铝合金粉、钙镁基膨润土、海泡石粉、改性天然分子筛、氯化钙粉、坡缕石粉、竹粉和发泡剂，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌7h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于870℃保温1h，自燃冷却即可。
实施例5
一种高强泡沫铝基复合材料，由以下重量份数的原料制成：铝粉60份、铝合金粉36份、钙镁基膨润土18份、海泡石粉15份、改性天然分子筛13份、氯化钙粉5份、坡缕石粉6份、竹粉5份和发泡剂12份。
其中，所述改性天然分子筛的步骤为：将天然分子筛置于20%的盐酸溶液中浸泡4h后，洗涤、过滤并置于200℃处理2h，即可。
所述发泡剂为硫酸钙。所述铝合金粉为铝镍合金粉，其中合金粉中镍的质量分数为9~11%。
上述一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取上述重量份数的原料：铝粉、铝合金粉、钙镁基膨润土、海泡石粉、改性天然分子筛、氯化钙粉、坡缕石粉、竹粉和发泡剂，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌6h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于850℃保温2h，自燃冷却即可。
对比例1
在实施例5的基础上，去掉改性天然分子筛。其他条件保持不变。一种泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：按以下份数称取原料：铝粉60份、铝镍合金粉36份、钙镁基膨润土18份、海泡石粉15份、氯化钙粉5份、坡缕石粉6份、竹粉5份和硫酸钙发泡剂12份，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌6h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于850℃保温2h，自燃冷却即可。
对比例2
在实施例5的基础上，去掉坡缕石粉和竹粉。其他条件保持不变。一种泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：按以下份数称取原料：铝粉60份、铝镍合金粉36份、钙镁基膨润土18份、海泡石粉15份、改性天然分子筛13份、氯化钙粉5份、坡缕石粉6份、竹粉5份和硫酸钙发泡剂12份，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌6h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于850℃保温2h，自燃冷却即可。
下面为以上各实施例和对比例的力学性能测试，具体的测试结果见下表：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 抗拉强度（MPa） | 275 | 350 | 317 | 362 | 360 | 154 | 128 |
| 孔隙率（%） | 73 | 78 | 75 | 76 | 79 | 81 | 83 |
通过上表可知，本发明所制备的高强泡沫铝基复合材料，其抗拉强度为275~362MPa，孔隙率为73~79%，具有良好的泡沫孔隙结构和抗拉强度。相比于，对比例1和2，其虽保持着较高的孔隙率，但是两者的抗拉强度显著下降了接近50%，这说明本发明中所用的改性天然分子筛以及坡缕石粉和竹粉均对于该复合材料的强度起重要作用。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但这些只是对本发明设计思路的简单描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高强泡沫铝基复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：铝粉40~68份、铝合金粉30~50份、钙镁基膨润土16~28份、海泡石粉5~20份、改性天然分子筛5~18份、氯化钙粉3~12份、坡缕石粉3~10份、竹粉2~11份和发泡剂5~16份。
2.根据权利要求1所述的一种高强泡沫铝基复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：铝粉56份、铝合金粉38份、钙镁基膨润土20份、海泡石粉12份、改性天然分子筛9份、氯化钙粉7份、坡缕石粉5份、竹粉8份和发泡剂10份。
3.根据权利要求1所述的一种高强泡沫铝基复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：铝粉60份、铝合金粉36份、钙镁基膨润土18份、海泡石粉15份、改性天然分子筛13份、氯化钙粉5份、坡缕石粉6份、竹粉5份和发泡剂12份。
4.根据权利要求1所述的一种高强泡沫铝基复合材料，其特征在于：所述改性天然分子筛的步骤为：将天然分子筛置于20%的盐酸溶液中浸泡4h后，洗涤、过滤并置于200℃处理2h，即可。
5.根据权利要求1所述的一种高强泡沫铝基复合材料，其特征在于：所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙或碳粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高强泡沫铝基复合材料，其特征在于：所述铝合金粉为铝锌合金粉或铝镍合金粉或铝锰合金粉或铝铜合金粉。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：称取一定重量的原料：铝粉、铝合金粉、钙镁基膨润土、海泡石粉、改性天然分子筛、氯化钙粉、坡缕石粉、竹粉和发泡剂，将所有原料置于球磨搅拌机中，球磨搅拌5~8h，再将经球磨后的物料置于烧结炉中，以15℃/min的速度升温，置于800~900℃保温1~2h，自燃冷却即可。
8.根据权利要求7所述的一种高强泡沫铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的烧结温度为870℃，保温时间为1h。
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