CN112899515B - 一种泡沫铝钛合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泡沫铝钛合金材料的制备方法。制备步骤如下：步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入2‑3wt%的Ca粒，在转速500 rpm下搅拌5min；步骤2：升温至保温发泡温度，加入含量为2‑3wt%的发泡剂，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5‑10min；步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。本发明制备的泡沫铝钛合金孔径分布均匀，孔隙率达到80%左右，屈服强度最高可达28.8MPa，力学性能佳。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，具体涉及一种泡沫铝钛合金材料的制备方法。
背景技术
与全致密型金属复合材料相比，金属复合泡沫材料表现出低密度、高比刚度、高能量吸收能力、优异的机械及声学阻尼性能等性能优点。泡沫铝就是其中一种，泡沫铝是一种基体金属与气体复合的多孔金属材料，跟单纯的金属材料相比，增加了单纯金属材料不具备的结构功能以及一些特殊的性能，比如吸声、吸能和缓冲减震等，但同时，气孔也降低了材料的强度、气密性等性能。另一方面，钛作为一种极其优异的金属材料，在工程技术领域，特别是在航空航天领域和舰船工程领域得到了广泛的应用。
目前，铝钛合金已有文献进行了报道，但是泡沫铝钛合金的研究尚未见报道。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，所制备的泡沫铝钛合金孔径分布均匀，孔隙率达到80%左右，屈服强度最高可达28.8MPa，力学性能佳。
技术方案：一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入2-3wt%的Ca粒，在转速500 rpm下搅拌5min；
步骤2：升温至保温发泡温度，加入含量为2-3wt%的发泡剂，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；
步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5-10min；
步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。
进一步的，所述步骤1中镁锭和铝锭的质量比为1:3-4。
进一步的，所述步骤中2中发泡剂的制备方法为：
1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；
2）按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中，搅拌使其混合均匀；
3）将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂，得到微球；
4）将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中，30min后置于35℃真空干燥，即得发泡剂。
进一步的，所述步骤2中保温发泡温度为720-750℃。
进一步的，所述步骤3中气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成。
附图说明：
图1为实施例3的孔径大小及尺寸分布图。
有益效果：
1、本发明采用碳酸钙微球作为发泡剂，能够提高碳酸钙的热分解温度，提高泡沫铝钛合金的孔隙率。
2、本发明以镁还原四氯化钛，在还原过程中，与铝合金进行混合并进一步提高孔隙的均匀性和孔隙率。
3、本发明采用Ca粒作为增粘剂，向熔体内加入Ca粒后，Ca颗粒会在高温下生成固体氧化物，从而提升熔体粘度，温度越高，固体氧化物的数量越多，粘度越大，孔隙率越高，但是温度不能过高。
4、本发明材料孔径分布均匀，孔隙率达到80%左右，屈服强度最高可达28.8MPa，力学性能佳。
具体实施方式
实施例1
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入2wt%的Ca粒，在转速500 rpm下搅拌5min，其中，镁锭和铝锭的质量比为1:3；
步骤2：升温至保温发泡温度720℃，加入含量为2wt%的发泡剂，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；
步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5min，控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成；
步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为：
1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；
2）按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中，搅拌使其混合均匀；
3）将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂，得到微球；
4）将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中，30min后置于35℃真空干燥，即得发泡剂。
实施例2
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入2.3wt%的Ca粒，在转速500 rpm下搅拌5min，其中，镁锭和铝锭的质量比为1:3.5；
步骤2：升温至保温发泡温度730℃，加入含量为2.5wt%的发泡剂，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；
步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应7min，控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成；
步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为：
1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；
2）按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中，搅拌使其混合均匀；
3）将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂，得到微球；
4）将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中，30min后置于35℃真空干燥，即得发泡剂。
实施例3
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入2.6wt%的Ca粒，在转速500 rpm下搅拌5min，其中，镁锭和铝锭的质量比为1:3.5；
步骤2：升温至保温发泡温度740℃，加入含量为2-3wt%的发泡剂，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；
步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应8min，控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成；
步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为：
1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；
2）按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中，搅拌使其混合均匀；
3）将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂，得到微球；
4）将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中，30min后置于35℃真空干燥，即得发泡剂。
实施例4
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入3wt%的Ca粒，在转速500 rpm下搅拌5min，其中，镁锭和铝锭的质量比为1:4；
步骤2：升温至保温发泡温度750℃，加入含量为3wt%的发泡剂，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；
步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应10min，控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成；
步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为：
1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；
2）按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中，搅拌使其混合均匀；
3）将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂，得到微球；
4）将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中，30min后置于35℃真空干燥，即得发泡剂。
对比例1
本实施例与实施例1之间的区别在于二者采用的发泡剂不同，本实施例采用尿素为发泡剂，具体的：
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入2wt%的Ca粒，在转速500 rpm下搅拌5min，其中，镁锭和铝锭的质量比为1:3；
步骤2：升温至保温发泡温度720℃，加入含量为2wt%的尿素，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；
步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5min，控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成；
步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。
压缩性能的测试：从实施例试样上截取尺寸约为 20 mm×10 mm×10 mm 的长方体，将试样表面打磨平整。使用游标卡尺测量试样的高度 h，以及试样中部和两端处截面的长和宽，取测量平均值记为 a，b，计算截面积 A。进行试验时，将长方体试样置于万能试验机支承座的中心处，实现均匀缓慢加载，试验机横梁下降速度为 1 mm/min。
表1 泡沫铝钛合金材料的各项性能指标
| 孔隙率/% | 屈服强度/MPa | |
| 实施例1 | 77.3 | 28.4 |
| 实施例2 | 78.1 | 28.7 |
| 实施例3 | 79.8 | 28.8 |
| 实施例4 | 79.5 | 28.7 |
| 对比例1 | 64.2 | 23.1 |
对实施例3的材料的孔径大小及尺寸分布的测定：利用 Image-Pro-Plus 软件过对实施例3的泡沫合金材料的孔径参数进行统计，可以得出孔的尺寸分布范围如图1所示。统计结果表明，泡沫铝钛合金的孔径最多集中在0.9-1.0mm，其中，82.2%的孔平均直径小于1.2 mm；另外，泡沫铝钛合金中也存在17.8%左右直径大于1.2mm的孔。
Claims (4)
1.一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：取精镁锭和铝锭，置于反应器容器中，采用锡箔纸包覆的方式加入2-3wt%的Ca 粒，在转速500 rpm下搅拌5min；
步骤2：升温至保温发泡温度，加入含量为2-3wt%的发泡剂，以800r/min的转速搅拌30s，保温2min；其中, 所述发泡剂的制备方法为： 1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液； 2）按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中，搅拌使其混合均匀； 3）将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂，得到微球； 4）将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中，30min后置于35℃真空干燥，即得发泡剂;
步骤3：通入氩气，在氩气的保护环境下，向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5-10min；
步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中镁锭和铝锭的质量比为1:3-4。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中保温发泡温度为720-750℃。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成。
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