[發(fā)明專利]一種鋁－鋼－高壓氣相復(fù)合泡沫材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810058003.5
• 申請日: 2008-01-04
• 公開（公告）號: CN101215650A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左孝青;陸建生;周蕓;孫加林
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司
• 代理人: 邱苡;趙云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫金屬材料的制備方法，屬于多孔金屬材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

泡沫金屬(泡沫鋁、泡沫鋼等)由于其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)，具有低密度、能量吸收、電磁屏蔽、吸音、低的熱電導(dǎo)率等性能，在輕量化結(jié)構(gòu)、功能應(yīng)用上受到了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注，在汽車、建筑、航天航空、緩沖吸震、吸音降噪、電磁屏蔽、熱障材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

如何提高泡沫金屬的強(qiáng)度，一直是泡沫金屬開發(fā)研究的關(guān)鍵問題。目前的泡沫金屬強(qiáng)化技術(shù)，大多集中如何改善泡沫材料的宏觀孔結(jié)構(gòu)及其均勻性、提高基體金屬材料的強(qiáng)度兩方面，但基體材料對泡沫金屬比強(qiáng)度和能量吸收性的貢獻(xiàn)畢竟有其限度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料的制備方法，其工藝簡單可行，能將高壓氣相密封于泡沫金屬閉孔內(nèi)，從而提高泡沫金屬的強(qiáng)度。

本發(fā)明為提高泡沫金屬的強(qiáng)度所采用的方案是：將帶微孔隙的兩種直徑規(guī)格大小不同的空心鋼球燒結(jié)成多孔空心鋼球結(jié)構(gòu)(大小球的體積比根據(jù)需要的孔隙率、孔徑確定，金屬空心鋼球混料充分后可獲得理想密堆結(jié)構(gòu))；把該空心鋼球結(jié)構(gòu)和鋁或鋁合金放入室溫壓力腔內(nèi)，增壓使室溫壓力腔內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定的室溫壓力后封閉壓力腔的氣體進(jìn)出口；將室溫壓力腔加熱使鋁或鋁合金熔化并保溫，同時(shí)空心鋼球內(nèi)、外的氣相壓力平衡并達(dá)到壓力腔壓力；將空心鋼球結(jié)構(gòu)體壓浸入同處于壓力腔中的鋁或鋁合金熔體內(nèi)，使鋁或鋁合金熔體填充鋼結(jié)構(gòu)體鋼球之間的空間；然后將鋁或鋁合金與鋼球的復(fù)合體在壓力腔內(nèi)緩慢冷卻到到450℃～550℃進(jìn)行固相燒結(jié)，將高壓氣體密封在鋼球內(nèi)；復(fù)合體冷卻得到鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料。

本發(fā)明的還包括以下技術(shù)方案：空心鋼球：中、低碳鋼空心球或不銹鋼，大空心鋼球內(nèi)徑3mm～5mm，壁厚0.1mm～0.3mm，小空心鋼球內(nèi)徑1mm，壁厚0.1mm～0.2mm，大小球體積比3～5∶1；不同直徑空心鋼球混合：轉(zhuǎn)速50rpm～300rpm，混合時(shí)間10min.～70min.空心鋼球燒結(jié)：燒結(jié)溫度1000℃～1400℃，燒結(jié)時(shí)間10min.～180min.燒結(jié)氣氛H₂；室溫壓力腔：室溫氣體壓力1MPa～15MPa，充入氣體為氮?dú)饣驓鍤猓粔毫η患訜岜兀杭訜釡囟葹殇X或鋁合金的熔點(diǎn)以上20℃～50℃，保溫時(shí)間5min.～20min.壓力腔壓浸：壓浸溫度為鋁或鋁合金的熔點(diǎn)以上20℃～50℃，壓浸壓力0.1MPa～1MPa，壓浸時(shí)間1min.～10min.壓力腔燒結(jié)：燒結(jié)溫度450℃～550℃，燒結(jié)時(shí)間：10min.～50min.復(fù)合體冷卻：連同壓力腔一起隨爐冷卻。

本發(fā)明的有益效果是：(1)有效地利用存在于泡沫金屬閉孔內(nèi)的氣相壓力提高了泡沫金屬的強(qiáng)度，孔隙率達(dá)到48％～80％，孔徑1mm～5mm，氣象增強(qiáng)強(qiáng)度1MPa～15MPa；(2)在壓力腔內(nèi)使鋼球燒結(jié)體內(nèi)外充滿高壓氣體后，用較低熔點(diǎn)的鋁或鋁合金熔體填充鋼球的空隙，冷卻到一定溫度燒結(jié)形成鋁-鋼的冶金結(jié)合、燒結(jié)致密化以密封高壓氣體，很好地解決了泡沫金屬內(nèi)高壓氣相的存留技術(shù)問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

將空心鋼球(20鋼空心球，大鋼球內(nèi)徑4mm，壁厚0.15mm，小鋼球內(nèi)徑1mm，壁厚0.15mm，大小球體積比4∶1)在混料機(jī)內(nèi)混合均勻(轉(zhuǎn)速：100rpm，混合時(shí)間：30min.)后，在氫氣氛中燒結(jié)(燒結(jié)溫度：1200℃，燒結(jié)時(shí)間：100min.)成具有一定強(qiáng)度的多孔空心鋼球結(jié)構(gòu)，把該空心鋼球結(jié)構(gòu)及純鋁放入室溫壓力腔內(nèi)，增壓使氮?dú)鈮毫_(dá)到5MPa后封閉氣體進(jìn)出口，將室溫壓力腔加熱到700℃保溫10min.使空心鋼球內(nèi)、外的氣相壓力在鋼球殼微孔的作用下平衡并達(dá)到壓力腔的壓力，將空心鋼球結(jié)構(gòu)體壓浸(壓浸溫度700℃，壓浸壓力0.5MPa，壓浸時(shí)間：5min)入同處于壓力腔中的純鋁熔體內(nèi)，使純鋁熔體填充鋼結(jié)構(gòu)體鋼球之間的空間，然后將鋁與鋼球的復(fù)合體在壓力腔內(nèi)隨爐緩冷到530℃進(jìn)行固相燒結(jié)20min.使鋁-鋼之間形成擴(kuò)散冶金結(jié)合、燒結(jié)致密化封閉微孔隙并將高壓氣體密封在鋼球內(nèi)，最后將純鋁與鋼球的復(fù)合體及壓力腔隨爐冷卻，得到孔隙率70％、孔徑范圍1-4mm的鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料，高壓氣相的強(qiáng)度提高值為5MPa。

其它實(shí)施例見下表：