泡沫金屬材料制備技術(shù)(編輯修改稿)
2024-12-09 11:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 及其它參數(shù)可以獲得不同氣孔尺寸的泡沫材料。此法的優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)生產(chǎn)大塊的泡沫金屬材料，而且與其它制備方法相比成本最低；缺點(diǎn)是增稠劑顆粒的潤濕問題和顆粒分布不均勻、發(fā)泡過程難以控制、氣泡分布不均勻且局部氣泡尺寸過大以及加工性能差、脆性較大等 [3,。此法一般用于制造泡沫鋁合金。 熔體發(fā)泡法 熔體發(fā)泡法的基本原理 [3,810]是將能夠產(chǎn)生氣體的發(fā)泡劑加入到液態(tài)金屬中，發(fā)泡劑受熱分解產(chǎn)生氣體并使液態(tài)金屬發(fā)泡，冷卻后即可得到泡沫金屬，制備工藝圖見圖 2。常用發(fā)泡劑為金屬氫化物，如用于生 產(chǎn)泡沫鋁的 TiH ZrH2和 CaH2，用于生產(chǎn)泡沫鋅和泡沫鉛的 MgH2和 ErH2等。常用的增稠劑為金屬 Ca和 MnO2，加入量一般為 ~3%；也可以向金屬液中吹入氧氣、空氣或者其它氣體及其混合氣體，原位合成金屬氧化物作為增稠劑；也可以加入粉末狀氧化鋁、碳化硅、鋁渣、泡沫鋁屑或者其它金屬粘度增強(qiáng)劑 [3]。日本神戶鋼鐵 SHINKO Wire開發(fā)了Alporas 法，并利用此法實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)泡沫鋁板材，圖 3為 Alporas 泡沫鋁產(chǎn)品。 圖 2 Alporas 法制備工藝圖（以純鋁為例） [3] 4 圖 3 Alporas 泡沫鋁產(chǎn)品 該方法制備的多孔泡沫鋁是一種超輕閉孔結(jié)構(gòu)材料，制品的密度為 ~，孔徑為 ，具有規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)，是最具有商業(yè)價(jià)值的泡沫材料。但目前該方法還存在： 1）孔結(jié)構(gòu)控制困難； 2）不能連續(xù)生產(chǎn)； 2）泡沫金屬平均孔徑過大（ 1~10mm）及包含過多的脆性相，對(duì)材料抗彎強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響等問題。該法的優(yōu)點(diǎn)是可以適用于黑色泡沫金屬的生產(chǎn)；缺點(diǎn)是制備泡沫金屬的工藝過程控制比較困難，容易形成不均勻的泡沫組織，大泡沫集中在中心部分，越靠近邊緣泡沫尺寸越小，且密度越 高 [9]。另外，由于熔體溫度很高，發(fā)泡劑投入熔體后立即起泡，無法使發(fā)泡劑均勻分散到熔體中。 粉末發(fā)泡法 粉末發(fā)泡法的工藝流程圖如圖 4所示 [3]。粉末發(fā)泡法的基本原理是將一種或多種金屬粉末與發(fā)泡劑混合，然后將混合粉末通過擠壓或者熱等靜壓壓制成致密的半固態(tài)的半成品。最后將擠壓后的可發(fā)泡半成品加熱到母體金屬熔點(diǎn)溫度以上，使發(fā)泡劑產(chǎn)生氣體分解，從而在金屬內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。當(dāng)熔化后的金屬膨脹到所要求的密度以后，將金屬冷卻到熔點(diǎn)溫度以下進(jìn)行凝固，從而得到穩(wěn)定的、均勻分布的內(nèi)部氣孔結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整發(fā)泡劑的含量以 及其它工藝參數(shù)如溫度和加熱速率等，可以控制泡沫金屬成品的密度。發(fā)泡劑一般為金屬氫化物。本方法不僅適用于鋁及其合金，也適用于錫、鋅、黃銅、鉛、金、鋼等金屬和合金。 5 圖 4 粉末發(fā)泡法制備工藝及產(chǎn)品 也可以將混合后的粉末放入壓鑄機(jī)的壓射腔內(nèi)，加熱使粉末發(fā)泡變?yōu)榘牍虘B(tài)，然后將半固態(tài)的金屬壓射到鑄型內(nèi)，可以得到近凈型的泡沫金屬零件。但如果工藝過程控制不好，會(huì)產(chǎn)生大量的缺陷。將混合后的粉末填充在兩張其它金屬薄板之間，還可以生產(chǎn)三明治式復(fù)合材料。 粉末發(fā)泡法的優(yōu)點(diǎn)：用此方法可以制備形狀復(fù)雜的零件， 機(jī)械加工量大大的減少，使制造周期縮短。另外，盡管粉末冶金法的工藝相對(duì)復(fù)雜，但是其質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠，比較容易進(jìn)行商業(yè)化。缺點(diǎn)是目前只能生產(chǎn)小尺寸的泡沫鋁材，還不能生產(chǎn)小孔徑、低密度高孔隙度的泡沫鋁材。 Formgrip工藝 Formgrip工藝結(jié)合了熔體發(fā)泡法和粉末發(fā)泡法，其工藝原理圖見圖 5[11]。將含有發(fā)泡劑的發(fā)泡先驅(qū)體放入模具中進(jìn)行烘焙，通過發(fā)泡劑的原位分解產(chǎn)生氣體。使用 Formgrip方法生產(chǎn)泡沫鋁的前提條件是，加入的發(fā)泡劑必須進(jìn)行預(yù)處理，使得發(fā)泡劑在加入鋁液后的攪拌過程中不會(huì)發(fā)生大量分解，而要在冷卻制得預(yù)制品后重新加熱到一定溫度（鋁的熔點(diǎn)或熔點(diǎn)以上）才發(fā)生大量分解并釋放出氣體。 利用 Formgrip方法制備的泡沫鋁孔徑在 1~10mm，孔隙率為 50~95%?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)泡劑的預(yù)處理工藝、二次加熱烘焙條件以及熔體的粘度等參數(shù)來控制發(fā)泡過程。 Formgrip
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1