CN112122611B - 一种夹心结构的泡沫铝及其制备方法 - Google Patents

一种夹心结构的泡沫铝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种夹心结构的泡沫铝的制备方法，属于有色金属技术领域。所述方法包括以下步骤：将铝合金粉与发泡剂和增稠剂混合，经过热压或热挤压后，将制备好的发泡前躯体置于具有排气孔的铝合金空腔型材中，涂抹助焊剂，预热后进行发泡，得到夹心结构的泡沫铝。本发明还提供了一种由所述方法制备的夹心结构的泡沫铝，所述泡沫铝可以是异型件。所述方法的优势是利用排气孔控制泡沫铝的完整填充，利用助焊剂提高界面结合质量，利用预热提高发泡温度的均匀性，最终实现完整填充且界面结合良好的具有夹心结构的泡沫铝材料。

Description

一种夹心结构的泡沫铝及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种夹心结构的泡沫铝及其制备方法。
背景技术
夹心结构的泡沫铝具有减振性能好、消声效果好、电磁屏蔽性能高等优异性能，特别是在力学上还具有密度低、比强度高、比刚度高、能量吸收能力好等优点。
夹心结构的泡沫铝是近20年发展起来的一种结构新颖、应用范围广的多功能新型材料。通常的夹心结构的泡沫铝件的制备方法是将泡沫铝加工成型后以和实体板材胶粘的方式进行连接。但是这种方法存在界面结合性能较差、长期使用胶易老化、对于复杂形状难以制备等等问题。严重限制了制备高性能复杂异型的夹心结构的泡沫铝件。近年来在粉末冶金法的基础上开发了一体化发泡技术，将压实的发泡前躯体置于实体铝合金空腔内发泡，可以实现异型件的一体化发泡，具有流程短、近净成形、界面冶金结合的优势。
然而该方法起步较晚，现有技术的方法制备夹心结构的泡沫铝依旧存在如下问题：由于异型泡沫铝件的受热难以均匀，发泡的升温过程难以均匀，易存在发泡不均匀的问题。由于发泡之前发泡前躯体和实体铝合金板没有充分接触，在加热过程中表面氧化严重，造成实体铝合金板和泡沫铝之间的氧化膜难以打破，难以实现冶金结合。实体铝合金空腔内存在气体，一些部位的气体无法排除，造成泡沫铝填充不完整。这些问题使得夹心结构的泡沫铝件中的泡沫铝孔径均匀性较差，界面结合较差，存在不发泡死角等缺陷，严重影响产品质量。同时造成生产工艺不稳定、成品率低等缺陷，特别是对于复杂、尺寸较大的异型件尤其严重。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种夹心结构的泡沫铝及其制备方法，利用铝合金实体的排气孔控制泡沫铝的完整填充，利用助焊剂提高界面结合质量，利用预热提高发泡温度的均匀性，最终实现完整填充且界面结合良好的具有夹心结构的泡沫铝材料。
本发明的目的是通过提供一种夹心结构的泡沫铝的制备方法而实现，所述方法包括以下步骤：将铝合金粉与发泡剂和增稠剂混合，经过热压或热挤压后，将制备好的发泡前躯体置于具有排气孔的铝合金空腔型材中，涂抹助焊剂，预热后进行发泡，得到夹心结构的泡沫铝。
具体地，本发明提供了一种夹心结构的泡沫铝的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将铝合金粉与发泡剂和增稠剂进行混粉，得到混合粉体；
(2)对所述混合粉体进行热压或热挤压，得到发泡前躯体；
(3)将铝合金实体进行成型、打孔，得到铝合金空腔型材；
(4)对所述发泡前躯体和/或所述铝合金空腔型材涂抹助焊剂；
(5)将所述发泡前躯体置于所述铝合金空腔型材内，预热；
(6)对预热好的发泡前躯体和铝合金空腔型材进行发泡，得到所述夹心结构的泡沫铝。
步骤(1)中按照重量份数计，所述铝合金粉为94-98.5份，所述发泡剂为1-3份TiH2粉，所述增稠剂为0.5-3份MnO2粉或Mg粉。
其中，所述铝合金粉的组成按照重量份数为5-12份Si、0-8份Cu、0-5份Mg、其余为铝和不可避免的杂质。
步骤(1)中的原材料粉体的目数为200-400目，混粉方式为机械混粉或手工混粉，混粉时间为10-40min。
步骤(2)中的所述热压或热挤压的压强为100-300MPa，所述热压或热挤压在450-500℃的温度下进行。
步骤(3)中的打孔位置为发泡前躯体最后填充的位置和无法联通的死角位置，孔径为0.2mm-2mm。
步骤(4)中的所述助焊剂为氟铝酸钾，助焊剂涂抹厚度为1-100μm。
步骤(5)中的预热温度为400-550℃，预热时间为10-30min。
步骤(6)中的发泡温度为580-660℃，发泡时间为5-30min。
本发明还提供了一种由所述的夹心结构的泡沫铝的制备方法制备的夹心结构的泡沫铝。所述夹心结构的泡沫铝可以为异型件。
附图说明
图1是本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图。
图2是本发明的铝合金空腔型材的打孔位置和发泡前躯体放置位置的示意图。
图3是按照图1的工艺流程制备的夹心结构的泡沫铝的切开截面图。
图4是按照图1的工艺流程，在没有涂抹助焊剂的情况下制备的夹心结构的泡沫铝的切开截面图。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。
具体实施方式
实施例1
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝。
其中，原材料按重量份计为2份发泡剂TiH2(300目)、1.8份增稠剂MnO2(300目)、和96.2份Al-6Si-6Cu铝合金粉(300目)。Al-6Si-6Cu铝合金粉的组成按照重量份数为6份Si、6份Cu、其余为铝和不可避免的杂质。以上原材料均为市场购买，纯度高于99％。
混粉过程采用球磨混粉15min得到混合粉体。对混合粉体进行热压，压强为180MPa，温度为500℃。热压后得到的发泡前躯体的致密度为98％，无明显缺陷。
铝合金空腔型材选用市场上购买的3003铝合金管材和板材进行加工制成，所述铝合金管材和板材的壁厚3mm。在靠近管材顶部边角处打直径2mm的排气孔。并在铝合金空腔型材的内表面涂抹50μm厚的氟铝酸钾助焊剂。将发泡前躯体置于铝合金空腔型材中。在520℃预热10min后，在640℃发泡15min，发泡后冷却至室温，得到夹心结构的泡沫铝样品。该样品的切开截面图如图3所示，泡沫铝填充腔体完整，内部泡沫铝与外层铝合金实体的界面结合良好。泡沫铝的孔隙率为78％，孔径为2-8mm。
实施例2
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝。
其中，原材料按重量份计为1份发泡剂TiH2(300目)、2份增稠剂Mg(200目)、和97份Al-12Si铝合金粉(400目)。Al-12Si铝合金粉的组成按照重量份数为12份Si、其余为铝和不可避免的杂质。以上原材料均为市场购买，纯度高于99％。
混粉过程采用手工混粉40min得到混合粉体。对混合粉体进行热压，压强为300MPa，温度为450℃。热压后得到的发泡前躯体的致密度为97％，无明显缺陷。
铝合金空腔型材选用市场上购买的3003铝合金管材和板材进行加工制成，所述铝合金管材和板材的壁厚3mm。在靠近管材顶部边角处打直径1mm的排气孔。并在铝合金空腔型材的内表面涂抹10μm厚的氟铝酸钾助焊剂。将发泡前躯体置于铝合金空腔型材中。在450℃预热30min后，在600℃发泡25min，发泡后冷却至室温，得到夹心结构的泡沫铝样品。该样品的泡沫铝填充腔体完整，内部泡沫铝与外层铝合金实体的界面结合良好。泡沫铝的孔隙率为70％，孔径为1.2-4mm。
实施例3
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝。
其中，原材料按重量份计为3份发泡剂TiH2(300目)、0.5份增稠剂MnO2(300目)、和96.5份Al-6Si-5Mg铝合金粉(300目)。Al-6Si-5Mg铝合金粉的组成按照重量份数为6份Si、5份Mg、其余为铝和不可避免的杂质。以上原材料均为市场购买，纯度高于99％。
混粉过程采用球磨混粉25min得到混合粉体。对混合粉体进行热压，压强为150MPa，温度为480℃。热压后得到的发泡前躯体的致密度为98％，无明显缺陷。
铝合金空腔型材选用市场上购买的3003铝合金管材和板材进行加工制成，所述铝合金管材和板材的壁厚3mm。在靠近管材顶部边角处打直径0.5mm的排气孔。并在铝合金空腔型材的内表面涂抹30μm厚的氟铝酸钾助焊剂。将发泡前躯体置于铝合金空腔型材中。在500℃预热30min后，在650℃发泡10min，发泡后冷却至室温，得到夹心结构的泡沫铝样品。该样品的泡沫铝填充腔体完整，内部泡沫铝与外层铝合金实体的界面结合良好。泡沫铝的孔隙率为84％，孔径为4-12mm。
实施例4
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝。
其中，原材料按重量份计为2份发泡剂TiH2(300目)、1.8份增稠剂MnO2(300目)、和96.2份Al-8Si-4Cu铝合金粉(300目)。Al-8Si-4Cu铝合金粉的组成按照重量份数为8份Si、4份Cu、其余为铝和不可避免的杂质。以上原材料均为市场购买，纯度高于99％。
混粉过程采用球磨混粉15min得到混合粉体。对混合粉体进行热挤压，压强为300MPa，温度为500℃。热压后得到的发泡前躯体的致密度为99％，无明显缺陷。
铝合金空腔型材选用市场上购买的3003铝合金管材和板材进行加工制成，所述铝合金管材和板材的壁厚3mm。在靠近管材顶部边角处打直径0.2mm的排气孔。并在铝合金空腔型材的内表面涂抹3μm厚的氟铝酸钾助焊剂。将发泡前躯体置于铝合金空腔型材中。在500℃预热10min后，在620℃发泡15min，发泡后冷却至室温，得到夹心结构的泡沫铝样品。该样品的泡沫铝填充腔体完整，内部泡沫铝与外层铝合金实体的界面结合良好。泡沫铝的孔隙率为76％，孔径为2-6mm。
对比例1
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝，而采用冷压替代热压或热挤压。
其中，采用与实施例1相同的原材料。
混粉过程采用球磨混粉15min得到混合粉体。对混合粉体进行冷压，压强为300MPa。冷压后得到的发泡前躯体的致密度为86％，表面存在裂纹。
对比例2
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝，而不涂抹助焊剂。
其中，采用与实施例1相同的原材料。
混粉过程采用球磨混粉20min得到混合粉体。对混合粉体进行热压，压强为180MPa，温度为500℃。热压后得到的发泡前躯体的致密度为98％，无明显缺陷。
铝合金空腔型材选用市场上购买的3003铝合金管材和板材进行加工制成，所述铝合金管材和板材的壁厚3mm。在靠近管材顶部边角处打直径1mm的排气孔。将发泡前躯体置于铝合金空腔型材中。在520℃预热10min后，在640℃发泡15min，发泡后冷却至室温，得到夹心结构的泡沫铝样品。该样品的切开截面图如图4所示，泡沫铝填充腔体完整，内部泡沫铝与外层铝合金实体的界面存在缝隙，没有有效结合。泡沫铝的孔隙率82％，孔径为2-6mm。
对比例3
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝，而不在铝合金空腔型材上打孔。
其中，采用与实施例1相同的原材料。
混粉过程采用球磨混粉15min得到混合粉体。对混合粉体进行热压，压强为180MPa，温度为500℃。热压后得到的发泡前躯体的致密度为98％，无明显缺陷。
铝合金空腔型材选用市场上购买的3003铝合金管材和板材进行加工制成，所述铝合金管材和板材的壁厚3mm。将发泡前躯体置于铝合金空腔型材中。在520℃预热10min后，在640℃发泡15min，发泡后冷却至室温，得到夹心结构的泡沫铝样品。该样品的泡沫铝仅填充腔体三分之二，腔体上部没有填充。泡沫铝的孔隙率72％，孔径为1-4mm。
对比例4
按照图1的本发明制备夹心结构的泡沫铝的工艺流程图制备夹心结构的泡沫铝，而发泡前没有预热工序。
其中，采用与实施例1相同的原材料。
混粉过程采用球磨混粉15min得到混合粉体。对混合粉体进行热压，压强为180MPa，温度为500℃。热压后得到的发泡前躯体的致密度为98％，无明显缺陷。
铝合金空腔型材选用市场上购买的3003铝合金管材和板材进行加工制成，所述铝合金管材和板材的壁厚3mm。在靠近管材顶部边角处打直径1mm的排气孔。并在铝合金空腔型材的内表面涂抹50μm厚的氟铝酸钾助焊剂。将发泡前躯体置于铝合金空腔型材中。不进行预热而直接在640℃发泡25min，发泡后冷却至室温，得到夹心结构的泡沫铝样品。该样品的上部泡沫铝不均匀发泡，孔径横向生长，孔隙率40％，孔径为1-15mm。
最后说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种夹心结构的泡沫铝的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将铝合金粉与发泡剂和增稠剂进行混粉，得到混合粉体；按照重量份数计，所述铝合金粉为94-98.5份，所述发泡剂为1-3份TiH2粉，所述增稠剂为0.5-3份MnO2粉或Mg粉，其中，所述铝合金粉的组成按照重量份数为5-12份Si、0-8份Cu、0-5份Mg、其余为铝和不可避免的杂质；
(2)对所述混合粉体进行热压或热挤压，得到发泡前躯体；
(3)将铝合金实体进行成型、打孔，得到铝合金空腔型材；打孔位置为发泡前躯体最后填充的位置和无法联通的死角位置，孔径为0.2mm-2mm；
(4)对所述发泡前躯体和/或所述铝合金空腔型材涂抹助焊剂；
(5)将所述发泡前躯体置于所述铝合金空腔型材内，预热；
(6)对预热好的发泡前躯体和铝合金空腔型材进行发泡，得到所述夹心结构的泡沫铝。
2.根据权利要求1所述的夹心结构的泡沫铝的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的原材料粉体的目数为200-400目，混粉方式为机械混粉或手工混粉，混粉时间为10-40min。
3.根据权利要求1所述的夹心结构的泡沫铝的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的所述热压或热挤压的压强为100-300MPa，所述热压或热挤压在450-500℃的温度下进行。
4.根据权利要求1所述的夹心结构的泡沫铝的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的所述助焊剂为氟铝酸钾，助焊剂涂抹厚度为1-100μm。
5.根据权利要求1所述的夹心结构的泡沫铝的制备方法，其特征在于，步骤(5)中的预热温度为400-550℃，预热时间为10-30min。
6.根据权利要求1所述的夹心结构的泡沫铝的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的发泡温度为580-660℃，发泡时间为5-30min。
7.由权利要求1-6中任意一项所述的夹心结构的泡沫铝的制备方法制备的夹心结构的泡沫铝。
8.根据权利要求7所述的夹心结构的泡沫铝，所述夹心结构的泡沫铝为异型件。
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