CN115710660B - 一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料及其制备方法。采用的发泡剂为三层结构，壳层为氧化物颗粒层，中间层为氢化钛隔热层，芯层为氢化钛；所述铝合金材料的基材成分构成如下：Al 95.73％、Mg 3.19％、Fe 0.48％、Cu 0.19％、其他余量。制备步骤如下：将铝合金材料的基材加热至650‑700℃熔化；升温至700‑750℃，加入发泡剂，在转速为1000rpm下恒速搅拌2‑3min；停止搅拌，降温650‑700℃进行保温发泡；采用水冷与风冷相结合进行冷却，即获得高性能电子型材用泡沫铝合金材料。本发明采用的发泡剂为三层结构，中间层为氢化钛隔热层可以阻碍氢化钛的受热分解，提高氢化钛的分解温度，延缓了H2的释放时间，降低H2的扩散速度，从而使得发泡构成更为可控，发泡能够更加均匀。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料及其制备方法。
背景技术
泡沫金属材料，尤其是泡沫铝合金材料因具有密度小，吸收冲击能的能力强，不可燃性，良好的消声性能，优异的电磁屏蔽性能及可进行表面涂装处理等优点，使其在各行业中都受到了广泛的重视。泡沫铝的制备方法主要有(1)渗流铸造法：其原理是迫使液态铝进入粒子之间的空隙，冷却成形后形成泡沫金属。(2)添加球料法：添加球料法就是在液态铝合金中加入颗粒或中空球，加以强化搅拌，对仍处在相对流动时的铝液进行铸造得到铝合金一颗粒复合体，然后溶解去除铝合金基体中可溶性颗粒，从而得到一种连通孔泡沫铝。(3)熔模铸造法：首先选用具有一定孔隙率的三维贯通的泡沫海绵材料做母体材料，然后用易于去除的耐火材料冲入海绵状泡沫中，经干燥硬化后形成预制型，再经焙烧后使耐火材料硬化并使泡沫海绵气化分解，然后将预制型置于金属模具中，浇入金属液，并对其施加一定的压力或进行真空吸铸，使金属液充填于铸型的孔隙中，冷却后清除掉成块的耐火材料，即可获得三维网状通孔泡沫铝。(4)熔体发泡法：其基本原理主要是将铝或铝合金熔化，随后加入增粘剂使铝熔体的粘度增加，以防止气泡从熔体中溢出，然后加入发泡剂，最后经冷却使熔体中的气体滞留在熔体内部。但是熔体发泡法制备泡沫材料的最大缺陷是材料中孔洞分布不均匀，其主要原因是TiH2等发泡剂的分解温度较熔体温度低，另外，熔体的粘度等参数控制不好。因此，为了使所制备的轻合金泡沫具有良好的力学性能，在提高TiH2等发泡剂的分解温度、控制熔体粘度等方面还应进一步研究。
发明内容
要解决的技术问题：针对上述的技术问题，本发明的目的是提供一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料及其制备方法，采用的发泡剂为三层结构，中间层为氢化钛隔热层可以阻碍氢化钛的受热分解，提高氢化钛的分解温度，延缓了H2的释放时间，降低H2的扩散速度，从而使得发泡构成更为可控，发泡能够更加均匀；壳层为氧化物颗粒层，氧化物颗粒层一方面可以从一开始就延缓氢化钛的受热，最主要的是可以起到增粘的效果，泡沫铝材料的孔隙率与铝合金的粘度息息相关，氧化物颗粒层可以提高铝合金的粘度，从而显著提高泡沫铝合金的孔隙率。
技术方案：一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料，以熔体发泡法制备而成，采用的发泡剂为三层结构，壳层为氧化物颗粒层，中间层为氢化钛隔热层，芯层为氢化钛；
所述铝合金材料的基材成分构成如下：
Al 95.73％
Mg 3.19％
Fe 0.48％
Cu 0.19％
其他余量。
优选的，所述氧化物颗粒层为SiO2层；所述氢化钛隔热层为多孔氧化铝层。
优选的，所述发泡剂的添加量为铝合金材料的基材的2.5-4wt.％；采用同轴静电纺丝法制得，同轴喷头由带有3个不同直径喷头的注射器相互叠加组成。
优选的，所述发泡剂采用同轴静电纺丝法制得，制备方法如下：
S1：以硅溶胶作为壳层静电纺丝液；制备多孔氧化铝分散液作为中间层静电纺丝液；配制氢化钛乙醇溶液为芯层静电纺丝液，静置脱泡待用；
S2：采用同轴静电纺丝法，芯层喷丝针头外径为0.5mm，内径为0.26mm；中间层喷丝针头外径为1.26mm，内径为0.86mm；壳层喷丝针头外径为2.4mm，内径为1.9mm；分别将壳层静电纺丝液、中间层静电纺丝液和芯层静电纺丝液注入到芯层管、中间层管和壳层管注射器中，调节3个喷嘴的间隙以保证各层能顺利流出；
S3：收集三层静电纺丝薄膜，将薄膜干燥；
S4：将干燥的薄膜进行粉碎，过200目筛，筛除大颗粒即得。
优选的，所述多孔氧化铝粒径为0.1-10μm；所述多孔氧化铝分散液由3份多孔氧化铝、1份
聚乙烯吡咯烷酮和10份乙醇配制而成。
优选的，所述氢化钛乙醇溶液浓度为200g氢化钛/1L无水乙醇。
优选的，所述S2中静电纺丝条件为：纺丝电压为16-17kV，喷丝头与接收板之间的距离为10-13cm，壳层静电纺丝液流速为0.3-0.6mL/min、中间层静电纺丝液流速为0.2-0.5mL/min，芯层静电纺丝液流速为0.4-0.8mL/min。
优选的，所述干燥为室温干燥或置于40℃烘箱中干燥。
上述高性能电子型材用泡沫铝合金材料的制备方法，制备步骤如下：
步骤1：将铝合金材料的基材加热至650-700℃熔化；
步骤2：升温至700-750℃，加入发泡剂，在转速为1000rpm下恒速搅拌2-3min；
步骤3：停止搅拌，降温650-700℃进行保温发泡；
步骤4：采用水冷与风冷相结合进行冷却，即获得高性能电子型材用泡沫铝合金材料。
有益效果：
1、本发明中采用的发泡剂为三层结构，中间层为氢化钛隔热层可以阻碍氢化钛的受热分解，提高氢化钛的分解温度，延缓了H2的释放时间，降低H2的扩散速度，从而使得发泡构成更为可控，发泡能够更加均匀。
2、本发明中壳层为氧化物颗粒层，氧化物颗粒层一方面可以从一开始就延缓氢化钛的受热，最主要的是可以起到增粘的效果，泡沫铝材料的孔隙率与铝合金的粘度息息相关，氧化物颗粒层可以提高铝合金的粘度，从而显著提高泡沫铝合金的孔隙率。
3、本发明泡沫铝合金的孔隙率高，能量吸收效率高，力学强度好，属于轻质抗压性材料，非常适合用于电子型材的包装，能够有效防止电子型材在运输震动过程中的损伤。
具体实施方式
本发明提出了一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下将配合实施例来对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
发泡剂采用同轴静电纺丝法制得，制备方法如下：
S1：以硅溶胶作为壳层静电纺丝液；制备多孔氧化铝分散液作为中间层静电纺丝液；配制氢化钛乙醇溶液为芯层静电纺丝液，静置脱泡待用；多孔氧化铝粒径为0.1-10μm；所述多孔氧化铝分散液由3份多孔氧化铝、1份聚乙烯吡咯烷酮和10份乙醇配制而成；所述氢化钛乙醇溶液浓度为200g氢化钛/1L无水乙醇；
S2：采用同轴静电纺丝法，同轴喷头由带有3个不同直径喷头的注射器相互叠加组成，芯层喷丝针头外径为0.5mm，内径为0.26mm；中间层喷丝针头外径为1.26mm，内径为0.86mm；壳层喷丝针头外径为2.4mm，内径为1.9mm；分别将壳层静电纺丝液、中间层静电纺丝液和芯层静电纺丝液注入到芯层管、中间层管和壳层管注射器中，调节3个喷嘴的间隙以保证各层能顺利流出；静电纺丝条件为：纺丝电压为16kV，喷丝头与接收板之间的距离为10cm，壳层静电纺丝液流速为0.3mL/min、中间层静电纺丝液流速为0.2mL/min，芯层静电纺丝液流速为0.4mL/min；
S3：收集三层静电纺丝薄膜，将薄膜干燥；
S4：将干燥的薄膜进行粉碎，过200目筛，筛除大颗粒即得。
实施例2
发泡剂采用同轴静电纺丝法制得，制备方法如下：
S1：以硅溶胶作为壳层静电纺丝液；制备多孔氧化铝分散液作为中间层静电纺丝液；配制氢化钛乙醇溶液为芯层静电纺丝液，静置脱泡待用；多孔氧化铝粒径为0.1-10μm；所述多孔氧化铝分散液由3份多孔氧化铝、1份聚乙烯吡咯烷酮和10份乙醇配制而成；所述氢化钛乙醇溶液浓度为200g氢化钛/1L无水乙醇；
S2：采用同轴静电纺丝法，同轴喷头由带有3个不同直径喷头的注射器相互叠加组成，芯层喷丝针头外径为0.5mm，内径为0.26mm；中间层喷丝针头外径为1.26mm，内径为0.86mm；壳层喷丝针头外径为2.4mm，内径为1.9mm；分别将壳层静电纺丝液、中间层静电纺丝液和芯层静电纺丝液注入到芯层管、中间层管和壳层管注射器中，调节3个喷嘴的间隙以保证各层能顺利流出；静电纺丝条件为：纺丝电压为16kV，喷丝头与接收板之间的距离为11cm，壳层静电纺丝液流速为0.4mL/min、中间层静电纺丝液流速为0.3mL/min，芯层静电纺丝液流速为0.5mL/min；
S3：收集三层静电纺丝薄膜，将薄膜干燥；
S4：将干燥的薄膜进行粉碎，过200目筛，筛除大颗粒即得。
实施例3
发泡剂采用同轴静电纺丝法制得，制备方法如下：
S1：以硅溶胶作为壳层静电纺丝液；制备多孔氧化铝分散液作为中间层静电纺丝液；配制氢化钛乙醇溶液为芯层静电纺丝液，静置脱泡待用；多孔氧化铝粒径为0.1-10μm；所述多孔氧化铝分散液由3份多孔氧化铝、1份聚乙烯吡咯烷酮和10份乙醇配制而成；所述氢化钛乙醇溶液浓度为200g氢化钛/1L无水乙醇；
S2：采用同轴静电纺丝法，同轴喷头由带有3个不同直径喷头的注射器相互叠加组成，芯层喷丝针头外径为0.5mm，内径为0.26mm；中间层喷丝针头外径为1.26mm，内径为0.86mm；壳层喷丝针头外径为2.4mm，内径为1.9mm；分别将壳层静电纺丝液、中间层静电纺丝液和芯层静电纺丝液注入到芯层管、中间层管和壳层管注射器中，调节3个喷嘴的间隙以保证各层能顺利流出；静电纺丝条件为：纺丝电压为17kV，喷丝头与接收板之间的距离为12cm，壳层静电纺丝液流速为0.5mL/min、中间层静电纺丝液流速为0.4mL/min，芯层静电纺丝液流速为0.6mL/min；
S3：收集三层静电纺丝薄膜，将薄膜干燥；
S4：将干燥的薄膜进行粉碎，过200目筛，筛除大颗粒即得。
实施例4
发泡剂采用同轴静电纺丝法制得，制备方法如下：
S1：以硅溶胶作为壳层静电纺丝液；制备多孔氧化铝分散液作为中间层静电纺丝液；配制氢化钛乙醇溶液为芯层静电纺丝液，静置脱泡待用；多孔氧化铝粒径为0.1-10μm；所述多孔氧化铝分散液由3份多孔氧化铝、1份聚乙烯吡咯烷酮和10份乙醇配制而成；所述氢化钛乙醇溶液浓度为200g氢化钛/1L无水乙醇；
S2：采用同轴静电纺丝法，同轴喷头由带有3个不同直径喷头的注射器相互叠加组成，芯层喷丝针头外径为0.5mm，内径为0.26mm；中间层喷丝针头外径为1.26mm，内径为0.86mm；壳层喷丝针头外径为2.4mm，内径为1.9mm；分别将壳层静电纺丝液、中间层静电纺丝液和芯层静电纺丝液注入到芯层管、中间层管和壳层管注射器中，调节3个喷嘴的间隙以保证各层能顺利流出；静电纺丝条件为：纺丝电压为17kV，喷丝头与接收板之间的距离为13cm，壳层静电纺丝液流速为0.6mL/min、中间层静电纺丝液流速为0.5mL/min，芯层静电纺丝液流速为0.8mL/min；
S3：收集三层静电纺丝薄膜，将薄膜干燥；
S4：将干燥的薄膜进行粉碎，过200目筛，筛除大颗粒即得。
采用热重分析仪对上述4个实施例及纯氢化钛进行热分析测试，结果如下表1：
表1
实施例5
一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料的制备方法，制备步骤如下：
步骤1：将铝合金材料的基材加热至650℃熔化；所述铝合金材料的基材成分构成如下：Al95.73％、Mg 3.19％、Fe 0.48％、Cu 0.19％、其他余量；
步骤2：升温至700℃，加入实施例3所制备的发泡剂，在转速为1000rpm下恒速搅拌2min；发泡剂的添加量为铝合金材料的基材的2.5wt.％；
步骤3：停止搅拌，降温650℃进行保温发泡；
步骤4：采用水冷与风冷相结合进行冷却，即获得高性能电子型材用泡沫铝合金材料。
实施例6
一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料的制备方法，制备步骤如下：
步骤1：将铝合金材料的基材加热至700℃熔化；所述铝合金材料的基材成分构成如下：Al95.73％、Mg 3.19％、Fe 0.48％、Cu 0.19％、其他余量；
步骤2：升温至750℃，加入实施例3所制备的发泡剂，在转速为1000rpm下恒速搅拌2min；发泡剂的添加量为铝合金材料的基材的3.0wt.％；
步骤3：停止搅拌，降温700℃进行保温发泡；
步骤4：采用水冷与风冷相结合进行冷却，即获得高性能电子型材用泡沫铝合金材料。
实施例7
一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料的制备方法，制备步骤如下：
步骤1：将铝合金材料的基材加热至650℃熔化；所述铝合金材料的基材成分构成如下：Al95.73％、Mg 3.19％、Fe 0.48％、Cu 0.19％、其他余量；
步骤2：升温至700℃，加入实施例3所制备的发泡剂，在转速为1000rpm下恒速搅拌3min；发泡剂的添加量为铝合金材料的基材的3.5wt.％；
步骤3：停止搅拌，降温650℃进行保温发泡；
步骤4：采用水冷与风冷相结合进行冷却，即获得高性能电子型材用泡沫铝合金材料。
实施例8
一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料的制备方法，制备步骤如下：
步骤1：将铝合金材料的基材加热至700℃熔化；所述铝合金材料的基材成分构成如下：Al95.73％、Mg 3.19％、Fe 0.48％、Cu 0.19％、其他余量；
步骤2：升温至750℃，加入实施例3所制备的发泡剂，在转速为1000rpm下恒速搅拌3min；发泡剂的添加量为铝合金材料的基材的4.0wt.％；
步骤3：停止搅拌，降温700℃进行保温发泡；
步骤4：采用水冷与风冷相结合进行冷却，即获得高性能电子型材用泡沫铝合金材料。
对比例1
本对比例与实施例7的区别在于采用氢化钛作为发泡剂代替实施例3所制备的发泡剂(计算后，氢化钛含量一致)，具体为：
一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料的制备方法，制备步骤如下：
步骤1：将铝合金材料的基材加热至650℃熔化；所述铝合金材料的基材成分构成如下：Al95.73％、Mg 3.19％、Fe 0.48％、Cu 0.19％、其他余量；
步骤2：升温至700℃，加入氢化钛，在转速为1000rpm下恒速搅拌3min；
步骤3：停止搅拌，降温650℃进行保温发泡；
步骤4：采用水冷与风冷相结合进行冷却，即获得高性能电子型材用泡沫铝合金材料。
测定上述实施例的孔径(mm)、密度(g/cm3)和孔隙率(％)。
表2
| 孔径(mm) | 密度(g/cm3) | 孔隙率(％) | |
| 实施例5 | 0.4-4.5 | 0.94 | 89.6 |
| 实施例6 | 0.5-3.6 | 0.88 | 91.5 |
| 实施例7 | 0.5-3.0 | 0.81 | 93.4 |
| 实施例8 | 0.6-3.5 | 0.83 | 92.7 |
| 对比例1 | 0.3-6.0 | 2.13 | 31.2 |
采用万能试验机对各实施例的力学性能进行测试，以1.2mm/min的恒应变速率进行压缩；通过计算获得能量吸收效率。
表3各实施例的力学性能和吸能特性
| 屈服强度(MPa) | 抗压强度(MPa) | 能量吸收效率 | |
| 实施例5 | 5.32 | 9.11 | 1.31 |
| 实施例6 | 5.30 | 9.07 | 1.38 |
| 实施例7 | 5.29 | 0.05 | 1.42 |
| 实施例8 | 5.30 | 9.06 | 1.40 |
| 对比例1 | 5.65 | 10.89 | 0.41 |
Claims (6)
1.一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料，以熔体发泡法制备而成，其特征在于，采用的发泡剂为三层结构，壳层为氧化物颗粒层，中间层为氢化钛隔热层，芯层为氢化钛；
所述铝合金材料的基材成分构成如下：
Al 95.73%
Mg 3.19%
Fe 0.48%
Cu 0.19%
其他 余量；
所述发泡剂的添加量为铝合金材料的基材的2.5-4wt.%；采用同轴静电纺丝法制得，同轴喷头由带有3个不同直径喷头的注射器相互叠加组成；
所述发泡剂采用同轴静电纺丝法制得，制备方法如下：
S1：以硅溶胶作为壳层静电纺丝液；制备多孔氧化铝分散液作为中间层静电纺丝液；配制氢化钛乙醇溶液为芯层静电纺丝液，静置脱泡待用；
S2：采用同轴静电纺丝法，芯层喷丝针头外径为0.5 mm，内径为0.26 mm；中间层喷丝针头外径为1.26 mm，内径为0.86 mm；壳层喷丝针头外径为2.4mm，内径为1.9 mm；分别将壳层静电纺丝液、中间层静电纺丝液和芯层静电纺丝液注入到芯层管、中间层管和壳层管注射器中，调节3个喷嘴的间隙以保证各层能顺利流出；
S3：收集三层静电纺丝薄膜，将薄膜干燥；
S4：将干燥的薄膜进行粉碎，过200目筛，筛除大颗粒即得。
2.根据权利要求1所述的一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料，其特征在于，所述氧化物颗粒层为SiO2层；所述氢化钛隔热层为多孔氧化铝层。
3.根据权利要求1所述的一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料，其特征在于，所述多孔氧化铝粒径为0.1-10μm；所述多孔氧化铝分散液由3份多孔氧化铝、1份聚乙烯吡咯烷酮和10份乙醇配制而成。
4.根据权利要求1所述的一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料，其特征在于，所述氢化钛乙醇溶液浓度为200g氢化钛/1L无水乙醇。
5.根据权利要求1所述的一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料，其特征在于，所述S2中静电纺丝条件为：纺丝电压为16-17kV，喷丝头与接收板之间的距离为10-13 cm，壳层静电纺丝液流速为0.3-0.6 mL/min、中间层静电纺丝液流速为0.2-0.5 mL/min，芯层静电纺丝液流速为0.4-0.8 mL/min。
6.根据权利要求2所述的一种高性能电子型材用泡沫铝合金材料，其特征在于，所述干燥为室温干燥或置于50℃烘箱中干燥。
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Citations (3)
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| JPH0387330A (ja) * | 1989-08-30 | 1991-04-12 | Sky Alum Co Ltd | 自動車ホイール用アルミニウム合金 |
| CN1459347A (zh) * | 2002-05-24 | 2003-12-03 | 西安理工大学 | 用氧化物包覆氢化钛制备发泡剂的方法 |
| WO2022141749A1 (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 江苏大学 | 一种pH智能响应的控释抗菌包装纤维膜的制备方法 |
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2022
- 2022-10-18 CN CN202211272134.XA patent/CN115710660B/zh active Active
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| Title |
|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
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