泡沫鋁的制備方法、性能及應(yīng)用

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1、泡沫鋁的制備方法、性能及應(yīng)用摘要:池沫鋁是一種新型多功能材料,具有獨特的結(jié)構(gòu)和許多優(yōu)異的性能,其應(yīng)用前景可觀,應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。本文概述了泡沫鋁的各種制備方法、性能及應(yīng)用。結(jié)果表明：根據(jù)制備過程中鋁的狀態(tài)可以將制備方法分為三類:液相法、固相法、電沉積法；泡沫鋁的性能研究方面主要研究了物理性能、力學(xué)性能、吸能特性、阻尼性能、吸聲性能；泡沫鋁主要應(yīng)用為建筑材料、裝飾材料、防音材料、抗振材料、型材及汽車制造業(yè)。國外對該領(lǐng)域的研究已相當(dāng)深人、系統(tǒng),與國外相比,我國對泡沫鋁材料的研究起步較晚,研究尚處于實驗范圍內(nèi),所以,我國今后還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)泡沫鋁材料的研究。關(guān)健

2、詞：池沫鋁；制備方法；性能；應(yīng)用；較晚中圖分類號：TG146.2泡沫鋁是一種在金屬鋁基體中分布有無數(shù)氣泡的多孔質(zhì)材料。目前，日本與德國在研究、生產(chǎn)和應(yīng)用泡沫鋁與其他金屬泡沫方面居世界領(lǐng)先地位。我國對泡沫鋁材的研究始于1980s后期，已取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破性的成就，仍然處于起步階段，未形成生產(chǎn)力。1泡沫鋁的制備方法制備泡沫鋁的方法有多種,根據(jù)制備過程中鋁的狀態(tài)可以分為三大類:液相法、固相法、電沉積法。1.1液相法通過液態(tài)鋁產(chǎn)生泡沫結(jié)構(gòu),可在鋁液中直接發(fā)泡,也可用高分子泡沫或緊密堆積的造孔劑鑄造來得到多孔材料。1.1.1熔體發(fā)泡法在鋁液中直

3、接產(chǎn)生氣泡可得到泡沫鋁。通常,氣泡由于浮力而快速上升到鋁液表面,但可以加入一些細(xì)小的陶瓷顆粒增加鋁液粘度阻止氣泡的上升。當(dāng)前,熔體發(fā)泡主要有兩種方法:直接從外部向鋁液中注入氣體;在鋁液中加入發(fā)泡劑。(1)直接注氣法各種泡沫鋁合金都可用此法生產(chǎn),包括鑄造鋁合金A359,鍛造合金1061、3003、6061等。為了增加鋁液粘度,需要加入碳化硅、氧化鋁等顆粒。此方法的難點在于如何使顆粒被鋁液潤濕并均勻分布在液體中,顆粒的體積分?jǐn)?shù)通常為10%-20%,顆粒尺寸為5-20微米。然后把氣體(空氣、氮氣、氬氣)通入鋁液中,同時對液體進(jìn)行攪拌使氣泡細(xì)小并均勻分布,這一步

4、工藝的好壞將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。含有氣泡的鋁液將浮向液面,由于顆粒的存在,使液體中的氣泡相對穩(wěn)定。用轉(zhuǎn)動皮帶將表面半固態(tài)的泡沫拉出就得到泡沫鋁板。這種方法優(yōu)點是可以連續(xù)生產(chǎn),可獲得低密度、大體積的產(chǎn)品。缺點是要對泡沫板材進(jìn)行剪切,造成泡沫開孔,同時由于顆粒的加入,使胞壁變脆,對力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。(2)加發(fā)泡劑法用發(fā)泡劑代替氣體注入亦可得到泡沫鋁。首先在680攝氏度的鋁液中加入金屬鈣,對于實際生產(chǎn),一般加入量為1.5%-3.0%(wt),攪拌幾分鐘增加液體粘度,鈣的加入對鋁液粘度的影響。鈣也可用碳化硅等顆粒代替。粘度合適后,加入TH2。在恒壓下,TH2分

5、解出H2,液體膨脹泡沫化,6冷卻后即可得泡沫鋁。TH2可被ZrH2等發(fā)泡劑代替。這種方法的優(yōu)點是可制得非常均勻的泡沫,并且氣孔平均尺寸和鋁液粘度以及泡沫鋁密度和粘度之間存在關(guān)系,使孔徑可控。1.1.2固-氣共晶凝固法近年來開發(fā)的一種新方法,依據(jù)是在H2中一些金屬可形成共晶系統(tǒng)。在高壓H2下能獲得含氫的均勻鋁液,如果降低溫度通過定向凝固將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,H2在凝固區(qū)域內(nèi)含量增加,并且形成氣泡。因為體系壓力決定共晶組成,所以外部壓力和氫含量必須協(xié)調(diào)好。最終孔的形狀主要取決于氫含量、鋁液外部壓力、凝固的方向和速率、金屬液的化學(xué)成分,通常沿凝固方向形成管狀孔,孔直

6、徑10um-10mm,長度100um-300mm。1.1.3鑄造法(1)熔模鑄造熔模鑄造工藝：先準(zhǔn)備開孔的高分子泡沫,用耐熱材料填充高分子泡沫。耐熱材料可用莫來石、酚醛樹脂、碳酸鈣混合物或石膏等,然后通過加熱除去高分子泡沫并將鋁液鑄入模型中來復(fù)原高分子泡沫的結(jié)構(gòu),這一步可以采用加壓和加熱模型的方法使細(xì)小孔洞得到充分填充,最后用水溶等方法除去耐熱材料,即得到與原高分子泡沫相同結(jié)構(gòu)的泡沫鋁。此法的難點在于如何使鋁液充分填充到模型中,以及如何在不破壞泡沫鋁結(jié)構(gòu)的同時除去耐熱模型。優(yōu)點是可制備多種泡沫金屬,并且可以得到開孔結(jié)構(gòu),生產(chǎn)重復(fù)性好,有相對穩(wěn)定的密度。(

7、2)滲流鑄造在無機(jī)或有機(jī)顆粒周圍鑄入鋁液可制得多孔鋁。無機(jī)材料可用蛭石、泥球、可溶性鹽等,有機(jī)材料可用高分子顆粒。采用這種方法時,造孔劑堆積密度要高,以保證顆粒之間互相接觸,以便將來除去,為了防止鋁液在鑄入時過早凝固,要將造孔劑預(yù)熱。由于鋁液具有大的表面張力,使得鋁液很難成功鑄入顆粒間隙中,所以可以先將造孔劑塊體抽真空,然后加壓滲透。待鋁液凝固后,可用水溶法或熱解法除去造孔劑。此法的優(yōu)點是通過控制造孔劑顆粒大小來控制孔徑大小,缺點是最大孔隙率不超過80%。1.2固相法用鋁粉末代替液態(tài)鋁同樣可制得多孔材料。因為大部分固相法通過燒結(jié)使鋁顆?；ハ嗦?lián)結(jié),鋁始終保

8、持在固態(tài),所以此法生產(chǎn)的泡沫鋁多數(shù)具有通孔結(jié)構(gòu)。1.2.1散粉燒結(jié)法這種生產(chǎn)方法