CN112453399A - 一种复合孔结构泡沫铝及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合孔结构泡沫铝及其制备工艺，属于泡沫铝材料制备技术领域，本发明主要解决现有占位烧结法所选用的造孔剂在溶解时易对试样造成腐蚀或存在残留，从而造成泡沫铝性能降低的技术问题。本发明的技术方案为：一种复合孔结构泡沫铝，其中：所述泡沫铝中包括造孔剂溶化后形成的小孔和微孔，所述造孔剂包括颗粒造孔剂和微粉造孔剂，颗粒造孔剂是粒径为2mm～18mm的葡萄糖颗粒，微粉造孔剂为粒径小于150μm的葡萄糖微粉。本发明具有造孔剂易溶于水、制备工艺简单、安全性能高等优点。

Description

一种复合孔结构泡沫铝及其制备工艺

技术领域

本发明属于泡沫铝材料制备技术领域，具体涉及的是一种复合孔结构泡沫铝及其制备工艺。

背景技术

泡沫金属是由金属基体和相互贯通或者封闭的气孔构成的结构材料，泡沫金属中大量存在的孔洞，使其拥有不同于致密金属的特殊性能，例如：质量轻，高的吸能性、耐燃性、吸声性能等，成为同时具有结构性与功能性的新型材料，极大地拓宽了多孔材料的研究领域和应用范围。泡沫铝由于其超轻性、制造容易及成本低，成为应用最广泛的一种泡沫金属，非常适合制作汽车的能量吸收元件，航空航天工业中的热量交换器，还可以作为过滤器、消音器，夹层结构中的核心材料、生物医学植入材料等。泡沫铝材料的制备工艺主要有吹气发泡法、粉末冶金法、熔体发泡法、粉末烧结法等。粉末烧结法中占位烧结多孔材料出现时间最早，常采用加入造孔剂的方法，该法的优点是孔隙均匀、工艺简单、成本低。

占位烧结法采用合适的造孔剂和铝粉压制成型并进行烧结，得到泡沫铝最终产品。不同的造孔剂，制备工艺略有区别。基本工艺流程是将铝粉或铝合金粉与不同粒径造孔剂混合均匀，放入模具中挤压成型，处理造孔剂，最后在炉内烧结，制得泡沫铝。造孔剂主要分为两类，一类是可溶性的，如氯化钠、尿素等，另一类是不用溶出、密度很小且可作为泡沫铝的一部分，如空心氧化铝球、不锈钢微珠等。采用可溶性造孔剂制备的泡沫铝孔洞形状、尺寸和孔隙率大小可以精确控制，在过滤、吸声等领域有着广阔的应用前景。但由于普遍使用的造孔剂大多数都是盐类，其水溶液具有一定的腐蚀性，在造孔剂溶出的时候难免对试样造成一定的腐蚀，使得在烧结后，泡沫铝的性能有所下降。而且在造孔剂溶解的时候，造孔剂铝粉包围，造孔剂不能完全溶解出来，使得试样内部存在造孔剂残留，烧结后孔壁上依旧存在造孔剂残留或造孔剂高温分解的残留物，影响泡沫铝的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种复合孔结构泡沫铝及其制备工艺，解决现有占位烧结法所选用的造孔剂在溶解时易对试样造成腐蚀或存在残留，从而造成泡沫铝性能降低的技术问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种复合孔结构泡沫铝，其中：所述泡沫铝中包括造孔剂溶化后形成的小孔和微孔，所述造孔剂包括颗粒造孔剂和微粉造孔剂，颗粒造孔剂是粒径为2mm～18mm的葡萄糖颗粒，微粉造孔剂为粒径小于150μm的葡萄糖微粉。

一种复合孔结构泡沫铝的制备工艺，包括以下步骤：

S1：设计泡沫铝的孔结构，所述泡沫铝的孔结构包括孔隙率、小孔形状及尺寸；

S2：根据S1设计的泡沫铝孔结构，确定葡萄糖微粉的重量、颗粒造孔剂的形状和重量以及铝粉的重量；

S3：制备颗粒造孔剂：根据步骤S2中确定的颗粒造孔剂的形状和重量称量所需重量的葡萄糖粉，然后将称取的葡萄糖粉加热熔化至粘稠状的葡萄糖浆，注入挤压模具中制成糖棒，待糖棒凝固后，将糖棒切割成小尺寸颗粒状，最后通过离心滚筒将葡萄糖颗粒滚成特定尺寸的葡萄糖球，冷至室温后即可制得颗粒造孔剂；

S4：分别称取步骤S2中确定重量的铝粉与确定重量的葡萄糖微粉，然后将其加入混粉机构中并均匀混合，将混好的混合粉末与步骤S3制备的颗粒造孔剂加入混粉机构中并均匀混合，使得铝粉均匀地包裹在颗粒造孔剂的外部，制得烧结原料；

S5、将步骤S4制备的烧结原料倒入冷压成型模具中压实，制得原料压坯，将原料压坯从冷压成型模具中取出，打磨去除原料压坯棱角的毛刺留待使用；

S6、将步骤S5制备的原料压坯放入水浴箱中，溶解3h～8h，制得具有微孔和小孔相复合的孔状结构的待烧结坯料，然后将该待烧结坯料在放入100℃～120℃的烘干炉中烘干30min～60min；

S7、将烘干后的待烧结坯料放入普通高温烧结炉中进行烧结，制得复合孔结构的泡沫铝。

本发明采用了上述技术方案，采用葡萄糖为造孔剂，代替传统的尿素、氯化钠等，利用葡萄糖易溶于水，水溶液接近中性、熔点(158℃)低，无毒等物理特性，根据挤压模具和离心滚筒可以制备出不同规格形状的造孔剂颗粒，增加了孔结构的多样性和可控性。

与现有技术相比，本发明具有造孔剂易溶于水、制备工艺简单、安全性能高等优点。

附图说明

图1为复合孔结构泡沫铝的制备工艺流程图；

图2为冷压成型模具结构示意图；

图3为本发明实施例一中制得的复合孔结构泡沫铝实物剖面图；

图4为本发明实施例二中制得的复合孔结构泡沫铝实物剖面图；

图5为本发明实施例三中制得的复合孔结构泡沫铝实物剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例一：

如图1和图2所示的一种复合孔结构泡沫铝的制备工艺，其中：所述泡沫铝中包括造孔剂溶化后形成的小孔和微孔，所述造孔剂包括颗粒造孔剂和微粉造孔剂，颗粒造孔剂是粒径为3mm的球形葡萄糖颗粒，微粉造孔剂是粒径为100μm的葡萄糖微粉。

一种复合孔结构泡沫铝的制备工艺，包括以下步骤：

S1：设计泡沫铝的孔结构，所述泡沫铝的的孔隙率为70％、小孔形状为圆形、小孔尺寸为3mm；

S2：根据S1设计的泡沫铝孔结构，确定葡萄糖微粉的重量为20g、颗粒造孔剂的形状为圆形、颗粒造孔剂重量为24g(考虑损耗)、铝粉的重量为33g(考虑损耗)；

S3：制备颗粒造孔剂：根据步骤S2中确定的颗粒造孔剂的形状和重量称量24g的葡萄糖粉，然后将称取的葡萄糖粉加热熔化至粘稠状的葡萄糖浆，注入挤压模具中制成糖棒，待糖棒凝固后，将糖棒切割成小尺寸颗粒状，最后通过离心滚筒将葡萄糖颗粒滚成特定尺寸的葡萄糖球，冷至室温后即可制得颗粒造孔剂；

S4：分别称取步骤S2中确定的33g铝粉与20g葡萄糖微粉，然后将其加入混粉机构中并均匀混合，将混好的混合粉末与步骤S3制备的颗粒造孔剂加入混粉机构中并均匀混合，使得铝粉均匀地包裹在颗粒造孔剂的外部，制得烧结原料；

S5、将步骤S4制备的烧结原料倒入冷压成型模具中，以280～320MPa等静压压实，制得原料压坯，将原料压坯从冷压成型模具中取出，打磨去除原料压坯棱角的毛刺留待使用；

S6、将步骤S5制备的原料压坯放入水浴箱中，在70℃溶解4h，制得具有微孔和小孔相复合的孔状结构的待烧结坯料，然后将该待烧结坯料在放入100℃的烘干炉中烘干40min；

S7、将烘干后的待烧结坯料放入普通高温烧结炉中进行烧结，烧结温度为610℃，保温6h，随炉冷却至室温，制得复合孔结构的泡沫铝。

将制得的泡沫铝材料纵切，如图3所示，可以看出：泡沫铝中的胞孔分布均匀，胞孔的形状以微圆为主。胞孔与胞孔之间相互连通，大的孔壁上分布均匀的微孔，有利于在溶解阶造孔剂更好溶出。

实施例二：

如图1和图2所示的一种复合孔结构泡沫铝的制备工艺，其中：所述泡沫铝中包括造孔剂溶化后形成的小孔和微孔，所述造孔剂包括颗粒造孔剂和微粉造孔剂，颗粒造孔剂是粒径为4mm的球形葡萄糖颗粒，微粉造孔剂是粒径为100μm的葡萄糖微粉。

一种复合孔结构泡沫铝的制备工艺，包括以下步骤：

S1：设计泡沫铝的孔结构，所述泡沫铝的的孔隙率为75％、小孔形状为圆形、小孔尺寸为4mm；

S2：根据S1设计的泡沫铝孔结构，确定葡萄糖微粉的重量为22g、颗粒造孔剂的形状为圆形、颗粒造孔剂重量为26.4g(考虑损耗)、铝粉的重量为28g(考虑损耗)；

S3：制备颗粒造孔剂：根据步骤S2中确定的颗粒造孔剂的形状和重量称量26.4g的葡萄糖粉，然后将称取的葡萄糖粉加热熔化至粘稠状的葡萄糖浆，注入挤压模具中制成糖棒，待糖棒凝固后，将糖棒切割成小尺寸颗粒状，最后通过离心滚筒将葡萄糖颗粒滚成特定尺寸的葡萄糖球，冷至室温后即可制得颗粒造孔剂；

S4：分别称取步骤S2中确定的28g铝粉与22g葡萄糖微粉，然后将其加入混粉机构中并均匀混合，将混好的混合粉末与步骤S3制备的颗粒造孔剂加入混粉机构中并均匀混合，使得铝粉均匀地包裹在颗粒造孔剂的外部，制得烧结原料；

S5、将步骤S4制备的烧结原料倒入冷压成型模具中，以280～320MPa等静压压实，制得原料压坯，将原料压坯从冷压成型模具中取出，打磨去除原料压坯棱角的毛刺留待使用；

S6、将步骤S5制备的原料压坯放入水浴箱中，在70℃溶解3h，制得具有微孔和小孔相复合的孔状结构的待烧结坯料，然后将该待烧结坯料在放入100℃的烘干炉中烘干30min；

S7、将烘干后的待烧结坯料放入普通高温烧结炉中进行烧结，烧结温度为610℃，保温6h，随炉冷却至室温，制得复合孔结构的泡沫铝。

将制得的泡沫铝材料纵切，如图4所示，可以看出：泡沫铝中的胞孔分布均匀，胞孔的形状以微圆为主。胞孔与胞孔之间相互连通，大的孔壁上分布均匀的微孔，有利于在溶解阶造孔剂更好溶出。

实施例三：

如图1和图2所示的一种复合孔结构泡沫铝的制备工艺，其中：所述泡沫铝中包括造孔剂溶化后形成的小孔和微孔，所述造孔剂包括颗粒造孔剂和微粉造孔剂，颗粒造孔剂是粒径为2mm的球形葡萄糖颗粒，微粉造孔剂是粒径为100μm的葡萄糖微粉。

一种复合孔结构泡沫铝的制备工艺，包括以下步骤：

S1：设计泡沫铝的孔结构，所述泡沫铝的的孔隙率为65％、小孔形状为圆形、小孔尺寸为2mm；

S2：根据S1设计的泡沫铝孔结构，确定葡萄糖微粉的重量为19g、颗粒造孔剂的形状为圆形、颗粒造孔剂重量为22.8g(考虑损耗)、铝粉的重量为39g(考虑损耗)；

S3：制备颗粒造孔剂：根据步骤S2中确定的颗粒造孔剂的形状和重量称量22.8g的葡萄糖粉，然后将称取的葡萄糖粉加热熔化至粘稠状的葡萄糖浆，注入挤压模具中制成糖棒，待糖棒凝固后，将糖棒切割成小尺寸颗粒状，最后通过离心滚筒将葡萄糖颗粒滚成特定尺寸的葡萄糖球，冷至室温后即可制得颗粒造孔剂；

S4：分别称取步骤S2中确定的39g铝粉与19g葡萄糖微粉，然后将其加入混粉机构中并均匀混合，将混好的混合粉末与步骤S3制备的颗粒造孔剂加入混粉机构中并均匀混合，使得铝粉均匀地包裹在颗粒造孔剂的外部，制得烧结原料；

S5、将步骤S4制备的烧结原料倒入冷压成型模具中，以280～320MPa等静压压实，制得原料压坯，将原料压坯从冷压成型模具中取出，打磨去除原料压坯棱角的毛刺留待使用；

S6、将步骤S5制备的原料压坯放入水浴箱中，在70℃溶解8h，制得具有微孔和小孔相复合的孔状结构的待烧结坯料，然后将该待烧结坯料在放入100℃的烘干炉中烘干50min；

S7、将烘干后的待烧结坯料放入普通高温烧结炉中进行烧结，烧结温度为610℃，保温6h，随炉冷却至室温，制得复合孔结构的泡沫铝。

将制得的泡沫铝材料纵切，如图5所示，可以看出：泡沫铝中的胞孔分布均匀，胞孔的形状以微圆为主。胞孔与胞孔之间相互连通，大的孔壁上分布均匀的微孔，有利于在溶解阶造孔剂更好溶出。

Claims (2)

1.一种复合孔结构泡沫铝，其特征在于：所述泡沫铝中包括造孔剂溶化后形成的小孔和微孔，所述造孔剂包括颗粒造孔剂和微粉造孔剂，颗粒造孔剂是粒径为2mm～18mm的葡萄糖颗粒，微粉造孔剂为粒径小于150μm的葡萄糖微粉。

2.一种根据权利要求1所述的复合孔结构泡沫铝的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1：设计泡沫铝的孔结构，所述泡沫铝的孔结构包括孔隙率、小孔形状及尺寸；

S2：根据S1设计的泡沫铝孔结构，确定葡萄糖微粉的重量、颗粒造孔剂的形状和重量以及铝粉的重量；

S3：制备颗粒造孔剂：根据步骤S2中确定的颗粒造孔剂的形状和重量称量所需重量的葡萄糖粉，然后将称取的葡萄糖粉加热熔化至粘稠状的葡萄糖浆，注入挤压模具中制成糖棒，待糖棒凝固后，将糖棒切割成小尺寸颗粒状，最后通过离心滚筒将葡萄糖颗粒滚成特定尺寸的葡萄糖球，冷至室温后即可制得颗粒造孔剂；

S4：分别称取步骤S2中确定重量的铝粉与确定重量的葡萄糖微粉，然后将其加入混粉机构中并均匀混合，将混好的混合粉末与步骤S3制备的颗粒造孔剂加入混粉机构中并均匀混合，使得铝粉均匀地包裹在颗粒造孔剂的外部，制得烧结原料；

S5、将步骤S4制备的烧结原料倒入冷压成型模具中压实，制得原料压坯，将原料压坯从冷压成型模具中取出，打磨去除原料压坯棱角的毛刺留待使用；

S6、将步骤S5制备的原料压坯放入水浴箱中，溶解3h～8h，制得具有微孔和小孔相复合的孔状结构的待烧结坯料，然后将该待烧结坯料在放入100℃～120℃的烘干炉中烘干30min～60min；

S7、将烘干后的待烧结坯料放入普通高温烧结炉中进行烧结，制得复合孔结构的泡沫铝。

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