CN110193606A - 一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体、制备方法及应用，包括如下步骤：将氢化钛粉在480～500℃下保温1～2h，然后将铝合金粉、氢化钛粉按照99～99.5wt％：0.5～1wt％的比例放入容器中混合1～2h得到发泡粉末；再将所述的发泡粉末填充到所述第一铝质壳体内，然后将所述第二铝质壳体与所述第一铝质壳体扣合，形成密闭的金属盒体，得到预轧制坯体；最后，将预轧制坯体经过冷预压、热复压处理，获得泡沫铝三明治结构发泡前驱体。本发明的发泡前驱体制备方法，不依赖模具，工艺流程短，发泡前驱体平整性好；发泡后获得的泡沫铝三明治结构芯层/面板结合均匀性好、强度高，保证泡沫铝三明治结构的力学性能满足使用要求。

Description

一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体、制备方法及应用

技术领域

本发明属于多孔泡沫金属材料及层状复合材料制备技术领域，尤其涉及一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体、制备方法及应用。

背景技术

自1948年Sosnik首先在铝熔体中加入汞制备出泡沫铝以来，泡沫金属由于密度小、比强度和比刚度高，阻尼性能、能量吸收性能、吸声、隔声和隔热性能好及多功能兼容性能优异，一直吸引着各国相关研究者对其制备、性能和应用的探索。目前研究较多的是泡沫铝三明治结构，它是一种多孔结构功能材料，具有优异的物理性能和力学性能，如轻质、吸能、减震、缓冲、隔音吸声、隔热、电磁屏蔽等；满足系统减重、结构承载和功能一体化等多方面性能需求，适应未来航空航天、汽车制造、轨道交通等领域对结构功能材料的要求，具有广阔的开发及应用前景。

目前，泡沫铝三明治结构主要通过粘结/焊接法、粉末冶金法来制备，相比较而言，粘结/焊接法可生产尺寸相对较大的泡沫铝芯层，后期通过与面板的粘结或焊接制备出尺寸相对较大的泡沫铝三明治结构，但粘结/焊接法制备出的泡沫铝三明治结构芯层、面板结合均匀性差、强度低，导致力学性能相对较差，并且界面结合处的耐高温、耐腐蚀能力差。粉末冶金法实现了芯层、面板之间冶金结合，从根本上解决了粘结法所制备出产品的耐高温、耐腐蚀能力差及易老化等缺点，是目前制备性能优异稳定的泡沫铝三明治结构较好的方法。

粉末冶金法制备泡沫铝三明治结构的工艺包括制备发泡前驱体和发泡前驱体保温发泡，申请号为CN104690275A的发明申请公开了一种发泡前驱体的制备方法：“将混合粉与面板一起放入模具中(混合粉在两块面板之间)，沿轴向冷、热压制，得到可发泡三明治复合板，然后发泡得到泡沫铝三明治结构”，该制备前驱体的方法依赖模具，工艺复杂，尺寸受限；发泡后的泡沫铝三明治结构需要脱模，易导致面板与芯层分离，面板/芯层结合均匀性差、强度低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：简化前驱体制备工艺流程、突破相对较大尺寸限制，克服泡沫铝三明治结构面板与芯层分离，提供一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体、制备方法及应用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，包括如下步骤：

(1)发泡原料混合：

首先将氢化钛粉在480～500℃下保温1～2h，然后将铝合金粉、氢化钛粉按照99～99.5wt％：0.5～1wt％的比例放入容器中混合1～2h得到发泡粉末；

(2)制备壳体：

取铝质面板分别制备具有开口结构的第一铝质壳体和第二铝质壳体；

(3)制备泡沫铝三明治结构发泡前驱体：

将所述的发泡粉末填充到所述第一铝质壳体内，然后将所述第二铝质壳体与所述第一铝质壳体扣合，形成密闭金属盒，即得到预轧制坯体，最后将预轧制坯体经过冷预压、热复压处理，获得泡沫铝三明治结构发泡前驱体；

所述冷预压压力为100～300MPa，保压2～5min；

所述热复压的温度为400～450℃，压力为100～300MPa，保压2～5min。

所述步骤(1)中，铝合金粉包括80～88wt％铝粉、4～8wt％铝镁合金粉、8～12wt％硅粉。

所述步骤(2)中，铝质面板包括纯铝面板、铝合金面板中的任一种，第一铝质壳体和第二铝质壳体的内表面分别进行粗糙化处理。

所述步骤(2)中，铝质面板厚度为0.8～1.5mm。

所述步骤(2)中，将铝质面板四边折边，并在四角处机械绞合，制备第一铝质壳体和第二铝质壳体。

所述的第一铝质壳体的内腔深度与发泡粉末的填充厚度相匹配。

所述第二铝质壳体的内腔深度与第一铝质壳体内腔深度相匹配。

所述步骤(3)中，发泡粉末的填充厚度为5～8mm。

一种由泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法制备得到的泡沫铝三明治结构发泡前驱体。

一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体在制备吸能、减震、缓冲、隔音吸声、隔热及电磁屏蔽材料上的应用。

本发明一种泡沫铝三明治结构的发泡前驱体的制备方法，经过制作铝质壳体、填充发泡粉末、轧制处理即可得到发泡前驱体，在前驱体制备过程中，铝质壳的上下壳体起到承装包覆作用和模具作用，不需要另外设置模具，发泡结束后不需要脱模，简化了工艺流程，该前驱体发泡后的泡沫铝三明治结构芯层与承装面板结构结合均匀性好、强度高，保证泡沫铝三明治结构的力学性能满足使用要求。

承装发泡粉末的铝质壳体为广口结构，方便填充粉末，发泡粉末填充时的平整度可控，从而保证轧制后获得的发泡前驱体的平整性好，发泡粉末的致密度分布均匀一致，本发明方法不依赖模具，可获得较大尺寸的发泡前驱体，并且本发明制备的发泡前驱体进行发泡之前不需要对发泡前驱体进行切割步骤，简化了工序同时节约了制备成本，铝质壳体制作方法简单，适合工业化推广。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的泡沫铝三明治结构的发泡前驱体的制备方法，不依赖模具，可获得较大尺寸的发泡前驱体，可操作性强，制作成本低，制备工艺流程短，获得的发泡前驱体的平整性好，发泡粉末的致密度分布均匀一致；制备的泡沫铝三明治结构芯层/面板结合均匀性好、强度高，保证泡沫铝三明治结构的力学性能满足使用要求。

附图说明

图1是实施例1制备泡沫铝三明治结构发泡前驱体的流程示意图；

图2是实施例1底壳体、顶壳体的制作过程示意图，

1-纯铝面板，2-第一内腔深度，3-底壳体，4-顶壳体，5-第二内腔深度；

图3是实施例1制备的泡沫铝三明治结构发泡前驱体实物照片；

图4是实施例1制备的泡沫铝三明治结构发泡前驱体发泡后的实物照片。

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

本实施例制备一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体，如图1，用纯铝面板通过折边、绞合方式分别制作底壳体和与底壳体配套的顶壳体，在底壳体内填充发泡粉末，然后将顶壳体开口端对接在底壳体开口端上，顶壳体与底壳体扣合紧密形成密闭的金属铝盒，填充粉末后，得到预轧制坯体，轧制后得到发泡前驱体，本方法中，铝质壳的上下壳体起到承装作用和模具作用，不依赖模具，工艺流程短，可获得较大尺寸的发泡前驱体，承装发泡粉末的金属铝质壳体为广口结构，方便填充粉末，发泡粉末填充时的平整度可控，可操作性强，推进泡沫铝三明治结构的工业化生产进程。

具体制备过程如下：

(1)制备泡沫铝三明治结构芯层发泡粉末：

首先将氢化钛粉经过480℃保温2h，然后将铝合金粉、氢化钛粉按照99.5wt％：0.5wt％比例加入混料机中，在混料机中进行混料2h，获得混合均匀的芯层发泡粉末，铝合金粉包括80wt％铝粉、8wt％铝镁合金粉、12wt％硅粉；

(2)制备壳体：

如图2，取纯铝面板，厚度为0.8mm，将其四边折边并在四角处机械绞合得到具有第一内腔深度的具有广口结构的底壳体，即第一纯铝壳体，本实施例的发泡粉末的填充厚度为5mm，所以第一内腔深度为5mm；取与制作底壳体的纯铝面板的长、宽、厚度相同的纯铝面板，将其四边折边并在四角处机械绞合得到具有第二内腔深度的具有广口结构的顶壳体，即第二纯铝壳体，所述的第二内腔深度为4.2mm；

对底壳体、顶壳体的内表面通过直径1mm粗的钢丝刷分别进行粗糙化处理得到粗糙化底壳体和粗糙化顶壳体；

(3)制备泡沫铝三明治结构发泡前驱体：

将混匀的芯层发泡粉末填充到粗糙化的底壳体中，填满后，利用一块平整面板轻轻按压铺平，将粗糙化的顶壳体开口端对接在底壳体开口端上，顶壳体与底壳体扣合紧密形成密闭的金属铝盒，得到预轧制坯体，将预轧制坯体在压力为100MPa，保压5min条件下进行冷预压，然后在450℃，压力为100MPa，保压5min条件下进行热复压后获得泡沫铝三明治结构发泡前驱体，其照片如图3所示，可见，轧制后获得的发泡前驱体的平整性好。

在合适的发泡参数下对其进行发泡，获得泡沫铝三明治结构，其照片如图4所示，制得的泡沫铝三明治结构泡孔分布均匀一致，芯层/面板结合均匀性好、强度高，保证泡沫铝三明治结构的力学性能满足使用要求。

实施例2

本实施例制备一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体，具体制备过程如下：

(1)制备泡沫铝三明治结构芯层发泡粉末：

首先将氢化钛粉经过490℃保温1.5h，然后将铝合金粉、氢化钛粉按照99.2wt％：0.8wt％的比例加入混料机中，在混料机中进行混料1.5h，获得混合均匀的芯层发泡粉，铝合金粉包括84wt％铝粉、6wt％铝镁合金粉、10wt％硅粉；

(2)制备壳体：

底壳体的制作方法：取铝合金面板，厚度为1.0mm，将其四边折边并在四角处机械绞合得到具有第一内腔深度的底壳体，本实施例发泡粉末的填充厚度为7mm，所以第一内腔深度为7mm；

顶壳体的制作方法：取与制作底壳体的铝合金面板的长、宽及厚度一致的铝合金面板，将其四边折边并在四角处机械绞合得到具有第二内腔深度的顶壳体，所述的第二内腔深度为6mm；

对所述的底壳体、顶壳体的内表面分别通过直径1mm粗的钢丝刷进行粗糙化处理得到粗糙化底壳体和粗糙化顶壳体；

(3)制备泡沫铝三明治结构发泡前驱体：

将混匀的芯层发泡粉末填充到粗糙化的底壳体中，填满铺平后，将粗糙化的顶壳体开口端对接在底壳体开口端上，顶壳体与底壳体扣合紧密形成密闭的铝合金盒，得到预轧制坯体，将预轧制坯体在压力为200MPa，保压3min条件下进行冷预压，然后在420℃，压力为200MPa，保压3min条件下进行热复压后获得泡沫铝三明治结构发泡前驱体，在合适的发泡参数下对其进行发泡，获得泡沫铝三明治结构。

实施例3

本实施例制备一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体，具体制备过程如下：

(1)制备泡沫铝三明治结构芯层发泡粉末：

首先将氢化钛粉经过500℃保温1h，然后将铝合金粉、氢化钛粉按照99wt％：1.0wt％的比例加入混料机中，在混料机中进行混料1h，获得混合均匀的芯层发泡粉，铝合金粉包括88wt％铝粉、4wt％铝镁合金粉、8wt％硅粉；

(2)制备壳体：

底壳体的制作方法：取纯铝面板，厚度为1.5mm，将其四边折边并在四角处机械绞合得到具有第一内腔深度的底壳体，本实施例的发泡粉末的填充厚度为8mm，所以第一内腔深度为8mm；

顶壳体的制作方法：取与制作底壳体的纯铝面板的长、宽及厚度一致的纯铝面板，将其四边折边并在四角处机械绞合得到具有第二内腔深度的顶壳体，所述的第二内腔深度为6.5mm；

对所述的底壳体、顶壳体的内表面分别通过直径1mm粗的钢丝刷进行粗糙化处理得到粗糙化底壳体和粗糙化顶壳体；

(3)制备泡沫铝三明治结构发泡前驱体：

将混匀的芯层发泡粉末填充到粗糙化的底壳体中，填满铺平后，将粗糙化的顶壳体开口端对接在底壳体开口端上，顶壳体与底壳体扣合紧密形成密闭的金属铝盒，得到预轧制坯体，将预轧制坯体在压力为300MPa，保压2min条件下进行冷预压，然后在450℃，压力为300MPa，保压2min条件下进行热复压后获得泡沫铝三明治结构发泡前驱体，在合适的发泡参数下对其进行发泡，获得泡沫铝三明治结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)发泡原料混合：

首先将氢化钛粉在480～500℃下保温1～2h，然后将铝合金粉、氢化钛粉按照99～99.5wt％：0.5～1wt％的比例放入容器中混合1～2h得到发泡粉末；

(2)制备壳体：

取铝质面板分别制备具有开口结构的第一铝质壳体和第二铝质壳体；

(3)制备泡沫铝三明治结构发泡前驱体：

将所述的发泡粉末填充到所述第一铝质壳体内，然后将所述第二铝质壳体与所述第一铝质壳体扣合，形成密闭金属盒，即得到预轧制坯体，最后将预轧制坯体经过冷预压、热复压处理，获得泡沫铝三明治结构发泡前驱体；

所述冷预压压力为100～300MPa，保压2～5min；

所述热复压的温度为400～450℃，压力为100～300MPa，保压2～5min。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铝合金粉包括80～88wt％铝粉、4～8wt％铝镁合金粉、8～12wt％硅粉。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，铝质面板包括纯铝面板、铝合金面板中的任一种，第一铝质壳体和第二铝质壳体的内表面分别进行粗糙化处理。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，铝质面板厚度为0.8～1.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将铝质面板四边折边，并在四角处机械绞合，制备第一铝质壳体和第二铝质壳体。

6.根据权利要求5所述的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，所述的第一铝质壳体的内腔深度与发泡粉末的填充厚度相匹配。

7.根据权利要求5所述的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，所述第二铝质壳体的内腔深度与第一铝质壳体内腔深度相匹配。

8.根据权利要求1所述的一种泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，发泡粉末的填充厚度为5～8mm。

9.一种由权利要求1～7任一项所述的泡沫铝三明治结构发泡前驱体的制备方法制备得到的泡沫铝三明治结构发泡前驱体。

10.一种由权利要求8所述的泡沫铝三明治结构发泡前驱体在制备吸能、减震、缓冲、隔音吸声、隔热及电磁屏蔽材料上的应用。