CN107619961B - 一种轻质泡沫金属薄片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及泡沫金属技术领域，特别是涉及一种轻质泡沫金属薄片的制备方法。首先将细金属细丝浸染粘性发泡剂,将细金属丝绕轴缠绕若干圈，得到一定面积的有金属丝缠绕制得的金属薄板，由于在该金属板是由金属丝缠绕制得的，金属丝之间存在粘性发泡剂，在高温煅烧的过程中，表层的金属丝首先融化，形成金属薄膜，将发泡剂封闭在金属薄膜内，然后将其在高温下继续煅烧融化，此时，内部的金属也开始融化、发泡剂在高温下融化分解，在金属内部形成气孔，冷却后，就形成了金属泡沫。本发明提供的轻质泡沫金属薄片的制备方法，解决了发泡剂分布不均的缺陷，使得发泡分布均匀，而且工艺简单，制作成本低，在工业化生产中具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫金属技术领域，特别是涉及一种轻质泡沫金属薄片的制备方法。
背景技术
多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性，如比重小、比表面大、能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好 (通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属对某些气体十分敏感)、能再生、加工性好等。因此，作为一种新型功能材料，它在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业中，甚至在航空航天技术中有着广泛的用途。孔径大、孔隙率高、密度低是泡沫金属的三大结构特点。
现有技术中，专利申请号为200810122534.6的发明专利公开了一种“高孔隙率通孔泡沫金属的制备方法”选用具有泡沫结构的材料作为母体材料，然后用溶于水或其他溶剂的粉体浆料填充到母体材料的孔隙中，经过干燥成型和焙烧得到预制的模具，再浇入金属液，使金属液填充于预制型的孔隙中，冷却后溶解除掉成型块中的粉体材料，即获得三维网状通孔的泡沫金属。
专利申请号为CN200510032174.7的发明专利公开了一种“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”将一种或多种粒径在为100μm的金属或合金粉末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、煅烧得到三维通孔泡沫金属材料。
专利申请号为CN00133631.2的发明专利公开了“一种复合泡沫金属及其制备方法”先将泡沫材料制备导电层，采用电沉积的方法，在泡沫材料上沉积金属(A)，再在金属(A)表面沉积另一金属(B)，经过热处理后，形成复合泡沫金属。
到目前为止，国内外对多孔泡沫金属的制备工艺方面的研究较多，归纳起来主要有以下几种，铸造法、粉末冶金法、金属沉积法、煅烧法、熔融金属发泡法、共晶定向凝固法等六种。一般说来，电沉积制备出的泡沫金属的孔隙率高且非常均匀，但工序长，操作繁琐，成本稍高；用化学分解法制备的泡沫金属对于泡沫镍而言存在封孔问题和残碳问题；真空气相沉积制备泡沫金属的操作条件严格，沉积速度慢，投资大，生产成本高；发泡法的技术一般则比较复杂，难于掌握，且主要是低熔点金属泡沫的制备上；熔模铸造法仅适用于低熔点的金属和合金(如Al，Pb，Sn等)；粒状物料周围浇铸法可以得到形状非常复杂的浇铸件；利用金属纤维而不是金属粉末进行煅烧可制备出适用于筛网制造的泡沫金属。此外，随着市场需求的发展，泡沫金属向大面积、合金化发展以满足更多领域的需求也是一种趋势，采用高自动化生产工艺以提高生产效率则是泡沫金属生产的努力方向。
发明内容
针对目前泡沫金属的制备工艺复杂，制备成本高的不足，本发明的目的是提供一种轻质泡沫金属薄片的制备方法，该方法的制备工艺简单，无需精密复杂的设备，适合工业上生产应用。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种轻质泡沫金属薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂配制成粘性发泡剂,然后将金属细丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂的金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的金属薄板在200~800℃下在氮气保护中煅烧，并不断翻转金属薄板，定型保温30~120min，然后以10~30℃/min的速率冷却至80℃以下，得到轻质泡沫金属薄片。
本发明中，首先将细金属细丝浸染粘性发泡剂,然后金属细丝绕轴缠绕若干圈，得到一定面积的由金属丝缠绕制得的金属薄板，由于在该金属板是由金属丝缠绕制得的，金属丝之间存在较多的空隙，空隙间为发泡剂，在高温煅烧的过程中，表层的金属丝首先融化，形成金属薄膜，将发泡剂封闭在金属薄膜内，然后将其在高温下继续煅烧融化，此时，内部的金属也开始融化,发泡剂在高温下分解，在金属内部形成气孔，冷却后，就形成了金属泡沫。
金属丝对泡沫金属薄片的制备工艺有影响，如果金属丝较粗，一方面，金属在高温下的受热不均匀，不能发泡剂均匀的分散在金属薄片上，另一方面，金属丝较粗，使的相邻金属丝之间的空隙变大，而空隙的总体积变小，从而降低了发泡剂的使用效率，而当金属丝的直径较小时，不仅会增加缠绕的时间，而且相邻金属丝之间的空隙变小，不能使发泡剂渗入金属丝空隙中，也降低了发泡剂的使用效率和均匀度，优选的，在步骤（1）中，所述金属丝的直径为0.7~4mm。
本发明中，所述金属丝的熔点在200~800℃，所述金属丝可以为所述领域技术人员所公知，也可以根据实际的应用而做出针对性的选择，本发明对其没有特殊的要求，例如所述金属丝可以为合金金属丝，也可以为纯金属丝，优选的，所述金属丝选自低熔点纯金属丝，进一步优选的，所述金属丝为铝丝、锡丝、锌丝中的一种。
本发明中，发泡剂的分解温度应该与金属的熔点相近，从而能够在金属融化的同时发生分解，使的分解出的气体进入金属内部，形成泡沫金属，根据上述金属的选择，本发明中发泡剂的分解温度为300~800℃,本发明中发泡剂可以为分解温度在上述范围内的任何发泡剂，本发明对其没有特殊的要求。为了提高金属薄片的金属特性，优选的，所述发泡剂为TiH2和/或ZrH2。
本发明中，发泡剂的含量是影响金属薄片性能的重要因素，当发泡剂的含量较低，一方面，不能使发泡剂均匀的分散在金属薄片内，另一方面，金属薄片内部的气孔含量少，导致金属薄片的孔隙率较低，密度大、质量大，严重影响其质量，限制其应用，而当发泡剂的含量过高时，一方面会导致金属内部的气孔率过高，影响其机械性能，同样限制其应用，此外，发泡剂含量过高，还会导致发泡剂的使用效率降低，造成浪费，提高了生产成本，优选的，所述粘性发泡剂是将发泡剂与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为（1~5）：100复合而成的粘性发泡剂。
本发明中，在煅烧过程中，不断对金属板进行翻转，能够提高发泡剂在金属内部的稳定性。
优选的，在步骤（2）中，所述冷却速率为15~20℃/min。
本发明中金属薄片的直径取决于金属丝的直径以及缠绕圈数，可以根据实际应用进行调节，本发明对其没有特殊的要求。
本发明一种轻质泡沫金属薄片及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
本发明中，首先将细金属细丝浸染粘性发泡剂,将细金属丝绕轴缠绕若干圈，得到一定面积的有金属丝缠绕制得的金属薄板，由于在该金属板是由金属丝缠绕制得的，金属丝之间存在粘性发泡剂，在高温煅烧的过程中，表层的金属丝首先融化，形成金属薄膜，将发泡剂封闭在金属薄膜内，然后将其在高温下继续煅烧融化，此时，内部的金属也开始融化、发泡剂在高温下融化分解，在金属内部形成气孔，冷却后，就形成了金属泡沫。
本发明提供的轻质泡沫金属薄片的制备方法，解决了发泡剂分布不均的缺陷，使得发泡分布均匀，而且工艺简单，制作成本低，在工业化生产中具有广泛的应用前景。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种轻质泡沫锡薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂TiH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为1：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1.2mm的细锡丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂,金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的锡薄板置于氮气氛围中，在200℃下煅烧，并不断翻转锡薄板，然后升温至500℃，定型保温30min，然后以10℃/min的速率冷却至60℃，得到轻质泡沫锡薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫锡薄片，其密度为0.2g/cm3，孔径为0.08mm，孔隙率为90％，所述锡薄片的厚度为5.2mm。
实施例2
一种轻质泡沫锡薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂ZrH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为5：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1mm的细锡丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂,金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的锡薄板置于氮气氛围中，在250℃下煅烧，并不断翻转锡薄板，然后升温至600℃定型保温60min，然后以15℃/min的速率冷却至60℃，得到轻质泡沫锡薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫锡薄片，其密度为0.3g/cm3，孔径为0.02mm，孔隙率为95％，所述锡薄片的厚度为6mm。
实施例3
一种轻质泡沫铝薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂TiH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为3：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1mm的细铝丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂,金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的铝薄板置于氮气氛围中，在630℃下煅烧，并不断翻转铝薄板，定型保温30min，然后以10~30℃/min的速率冷却至60℃，得到轻质泡沫铝薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫铝薄片，其密度为0.2g/cm3，孔径为0.05mm，孔隙率为88％，所述铝薄片的厚度为8mm。
实施例4
一种轻质泡沫铝薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂ZrH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为4：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1.5mm的细铝丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂,金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的铝薄板置于氮气氛围中，在635℃下煅烧，并不断翻转铝薄板，定型保温50min，然后以20℃/min的速率冷却至60℃，得到轻质泡沫铝薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫铝薄片，其密度为0.5g/cm3，孔径为0.3mm，孔隙率为92％，所述铝薄片的厚度为9mm。
实施例5
一种轻质泡沫锌薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂TiH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为1：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1.2mm的锌丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂,金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的锌薄板置于氮气氛围中，在410℃下煅烧，并不断翻转锌薄板，然后定型保温30min，然后以30℃/min的速率冷却至70℃，得到轻质泡沫锌薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫锌薄片，其密度为0.4g/cm3，孔径为0.1mm，孔隙率为85％，所述锌薄片的厚度为5.7mm。
实施例6
一种轻质泡沫锌薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂ZrH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为2：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1.8mm的细锌丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂,金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的锌薄板置于氮气氛围中，在410℃下煅烧，并不断翻转锌薄板，然后定型保温90min，然后以25℃/min的速率冷却至60℃，得到轻质泡沫锌薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫锌薄片，其密度为0.5g/cm3，孔径为0.6mm，孔隙率为80％，所述锌薄片的厚度为9.5mm。
对比例1
一种轻质泡沫锌薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂ZrH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为2：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1.8mm的细锌丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，喷涂粘性发泡剂；
（2）将步骤（1）中的锌薄板置于氮气氛围中，在410℃下煅烧，并不断翻转锌薄板，然后定型保温90min，然后以25℃/min的速率冷却至60℃，得到轻质泡沫锌薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫锌薄片，其密度为1.35g/cm3，孔隙率为32％，所述锌薄片的厚度为3.1mm。
对比例2
一种轻质泡沫锌薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂ZrH2与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为2：100复合而成的粘性发泡剂,将直径为1.8mm的细锌丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂,金属细丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属细丝之间；
（2）将步骤（1）中的锌薄板置于氮气氛围中，在410℃下煅烧，并不断翻转锌薄板，然后定型保温90min，然后以5℃/min的速率冷却至60℃，得到轻质泡沫锌薄片。
根据上述方法制备得到的轻质泡沫锌薄片，其密度为0.8g/cm3，孔隙率为51％，所述锌薄片的厚度为6.1mm。
Claims (5)
1.一种轻质泡沫金属薄片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂配制成粘性发泡剂,然后将金属丝浸染粘性发泡剂,将表面浸染粘性发泡剂的金属丝绕轴旋转形成紧密的螺旋状的一块金属薄板，粘性发泡剂镶嵌在金属丝之间；
（2）将步骤（1）中的金属薄板在200~800℃下在氮气保护中煅烧，在高温煅烧的过程中，表层的金属丝首先融化，形成金属薄膜，将发泡剂封闭在金属薄膜内，然后将其在高温下继续煅烧融化，并不断翻转金属薄板，定型保温30~120min，然后以10~30℃/min的冷却速率冷却至80℃以下，得到轻质泡沫金属薄片；所述金属丝为铝丝、锡丝、锌丝中的一种。
2.根据权利要求1所述一种轻质泡沫金属薄片的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述金属丝的直径为0.7~4mm。
3.根据权利要求1所述一种轻质泡沫金属薄片的制备方法，其特征在于：所述发泡剂为TiH2和/或ZrH2。
4.根据权利要求1所述一种轻质泡沫金属薄片的制备方法，其特征在于：所述粘性发泡剂是将发泡剂与聚乙烯吡咯烷酮以质量比为（1~5）：100复合而成的粘性发泡剂。
5.根据权利要求1所述一种轻质泡沫金属薄片的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述冷却速率为15~20℃/min。
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