[發(fā)明專利]一種通過彌散強化來提高泡沫鋁的力學(xué)性能的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110416408.3
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102433468A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉先松;楊玉杰;高尚
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/08;C22C1/05
• 代理公司: 北京市卓華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11299
• 代理人: 蔡勤增

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用彌散強化手段提高泡沫鋁的力學(xué)性能的方法，特別是一種用粉末冶金法引入第二相顆粒來改善泡沫鋁基體材料的力學(xué)性能，使其力學(xué)性能明顯提高的方法。

背景技術(shù)

泡沫金屬是一種由金屬基體和氣孔組成的新型材料。一般金屬都具有密實的多晶體結(jié)構(gòu)，其中的孔隙，如縮孔、疏松、氣孔等，是作為一種缺陷來對待的，當(dāng)缺陷多時，就會影響材料的性能，甚至成為廢品。而泡沫金屬恰恰是利用了材料的這種缺陷，當(dāng)金屬材料的這種缺陷數(shù)量達到一定程度(及孔隙率為40-98％，孔徑為0.5-6mm或更大)后，可在犧牲其強度等力學(xué)性能的同時，獲得其它如熱、聲、能量吸收、輕質(zhì)等優(yōu)越性能而成為一種新型結(jié)構(gòu)功能材料。

泡沫金屬材料因其具有優(yōu)異的物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能與可回收性等，被認(rèn)為是一類很有發(fā)展前景的新材料，可用做環(huán)境保護的降噪材料，振動和沖擊能量吸收器，粉塵和流體過濾器，發(fā)電機排氣的消音器，室內(nèi)保溫、阻燃和隔音裝飾材料，多孔電極，高溫墊圈和耐磨墊，催化劑載體，屏蔽電磁波的材料等。

最近十幾年中，金屬泡沫特別是鋁泡沫，由于它們在擠壓、彎曲、和有用的熱學(xué)和聲學(xué)性能方面的高空隙率力學(xué)性能，受到越來越多的關(guān)注。既然泡沫鋁的力學(xué)性能與空隙率有直接的關(guān)系，空隙率越高，力學(xué)性能越低。因此高空隙率導(dǎo)致在輕結(jié)構(gòu)和沖擊衰減性能方面不滿意的結(jié)果。為了提高鋁泡沫的力學(xué)性能，一些措施如優(yōu)化的孔洞之間的結(jié)合和制備復(fù)合物泡沫已經(jīng)被采用。而本發(fā)明中通過顆粒增強來提高泡沫鋁的力學(xué)性能的方法還沒有被報道過。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用商業(yè)純度的鋁粉末、第二相顆粒和氯化鈉顆粒作為基底材料。鋁粉顆粒先與第二相顆粒機械混合均勻，然后與氯化鈉顆粒混合均勻。將鋁粉顆粒與第二相顆?；旌衔锖吐然c顆粒按預(yù)定比例混合，然后在一定壓力下壓實，燒結(jié)，采用熱水浴去除氯化鈉顆粒后，獲得第二相顆粒增強的開孔鋁基復(fù)合物泡沫。

生產(chǎn)第二相顆粒增強的開孔鋁基復(fù)合物泡沫的工藝方法的具體操作步驟如下：

(1)采用商業(yè)純度的鋁粉末、第二相顆粒和氯化鈉顆粒作為基底材料，

(2)將鋁粉末先與第二相顆粒混合均勻，然后與氯化鈉顆粒混合均勻。

(3)將上述混合物與有機溶劑添加劑機械混合均勻，

(4)將步驟(3)混合后的粉末裝入模具中，利用液壓機在230-450MPa的壓力下單向壓制成預(yù)制塊，

(5)將預(yù)制塊放入爐內(nèi)在650℃-670℃保溫?zé)Y(jié)15-25小時，自然冷卻至室溫，

(6)將燒結(jié)好的坯料在75℃-95℃水浴中加熱8-15小時制得第二相顆粒增強的開孔鋁基復(fù)合物泡沫。

其中，鋁粉粒徑無嚴(yán)格要求，氯化鈉顆粒通過分樣篩選取合適粒徑。第二相顆粒增強的鋁基復(fù)合物泡沫孔徑的大小與氯化鈉顆粒粒徑相同。

優(yōu)選地，第二相顆?？梢允侨趸X顆粒、二硼化鈦或碳化硅，或者是其混合物。

為了制備第二相顆粒增強的開孔鋁基復(fù)合物泡沫，鋁粉顆粒先與第二相顆?；旌暇鶆?，第二相顆粒占總混合物的體積分?jǐn)?shù)為10％。

按照第二相顆粒增強的鋁基復(fù)合物泡沫的空隙率和所制備產(chǎn)品體積的要求，根據(jù)以下公式計算出所需鋁粉顆粒，第二相顆粒混合物和氯化鈉顆粒的質(zhì)量，并用電子天平稱出。

m_混合物＝V×(1-P)×ρ_混合物

m_氯化鈉＝V×P×ρ_氯化鈉

其中，V和P分別指預(yù)制備的顆粒增強的開孔鋁基復(fù)合物泡沫的體積和空隙率，而ρ_混合物是致密狀態(tài)下鋁粉顆粒與第二相顆粒混合物的密度(致密狀態(tài)下鋁粉顆粒與三氧化二鋁顆粒的混合物的密度為2.81g/cm³、致密狀態(tài)下鋁粉顆粒與二硼化鈦顆粒的混合物的密度為2.75g/cm³、致密狀態(tài)下鋁粉顆粒與碳化硅顆粒的混合物的密度為2.88g/cm³)，ρ_氯化鈉是氯化鈉的密度2.17g/cm³。

在稱出的鋁粉顆粒與第二相顆?；旌衔锖吐然c顆粒中添加少量有機溶劑，并且進行機械混合。所述有機溶劑優(yōu)選地為乙醇，該有機溶劑的作用是便于粉末和顆粒之間充分粘結(jié)，防止分層。優(yōu)選地，添加有機溶劑的量為為混合物總重量的1％-3％。

將混合好的粉末裝入模具，利用液壓機在230-450MPa的壓力下單向壓制成預(yù)制塊。