泡沫金属材料制备技术

泡沫金属材料制备技术内容摘要：

及其它参数可以获得不同气孔尺寸的泡沫材料。 此法的优点是可以连续生产大块的泡沫金属材料，而且与其它制备方法相比成本最低；缺点是增稠剂颗粒的润湿问题和颗粒分布不均匀、发泡过程难以控制、气泡分布不均匀且局部气泡尺寸过大以及加工性能差、脆性较大等 [3,。 此法一般用于制造泡沫铝合金。 熔体发泡法 熔体发泡法的基本原理 [3,810]是将能够产生气体的发泡剂加入到液态金属中，发泡剂受热分解产生气体并使液态金属发泡，冷却后即可得到泡沫金属，制备工艺图见图 2。 常用发泡剂为金属氢化物，如用于生 产泡沫铝的 TiH ZrH2和 CaH2，用于生产泡沫锌和泡沫铅的 MgH2和 ErH2等。 常用的增稠剂为金属 Ca和 MnO2，加入量一般为 ~3%；也可以向金属液中吹入氧气、空气或者其它气体及其混合气体，原位合成金属氧化物作为增稠剂；也可以加入粉末状氧化铝、碳化硅、铝渣、泡沫铝屑或者其它金属粘度增强剂 [3]。 日本神户钢铁 SHINKO Wire开发了Alporas 法，并利用此法实现了规模化工业生产泡沫铝板材，图 3为 Alporas 泡沫铝产品。 图 2 Alporas 法制备工艺图（以纯铝为例） [3] 4 图 3 Alporas 泡沫铝产品 该方法制备的多孔泡沫铝是一种超轻闭孔结构材料，制品的密度为 ~，孔径为 ，具有规则的孔结构，是最具有商业价值的泡沫材料。 但目前该方法还存在： 1）孔结构控制困难； 2）不能连续生产； 2）泡沫金属平均孔径过大（ 1~10mm）及包含过多的脆性相，对材料抗弯强度、拉伸强度产生不利影响等问题。 该法的优点是可以适用于黑色泡沫金属的生产；缺点是制备泡沫金属的工艺过程控制比较困难，容易形成不均匀的泡沫组织，大泡沫集中在中心部分，越靠近边缘泡沫尺寸越小，且密度越 高 [9]。 另外，由于熔体温度很高，发泡剂投入熔体后立即起泡，无法使发泡剂均匀分散到熔体中。 粉末发泡法 粉末发泡法的工艺流程图如图 4所示 [3]。 粉末发泡法的基本原理是将一种或多种金属粉末与发泡剂混合，然后将混合粉末通过挤压或者热等静压压制成致密的半固态的半成品。 最后将挤压后的可发泡半成品加热到母体金属熔点温度以上，使发泡剂产生气体分解，从而在金属内部产生气泡。 当熔化后的金属膨胀到所要求的密度以后，将金属冷却到熔点温度以下进行凝固，从而得到稳定的、均匀分布的内部气孔结构。 通过调整发泡剂的含量以 及其它工艺参数如温度和加热速率等，可以控制泡沫金属成品的密度。 发泡剂一般为金属氢化物。 本方法不仅适用于铝及其合金，也适用于锡、锌、黄铜、铅、金、钢等金属和合金。 5 图 4 粉末发泡法制备工艺及产品 也可以将混合后的粉末放入压铸机的压射腔内，加热使粉末发泡变为半固态，然后将半固态的金属压射到铸型内，可以得到近净型的泡沫金属零件。 但如果工艺过程控制不好，会产生大量的缺陷。 将混合后的粉末填充在两张其它金属薄板之间，还可以生产三明治式复合材料。 粉末发泡法的优点：用此方法可以制备形状复杂的零件， 机械加工量大大的减少，使制造周期缩短。 另外，尽管粉末冶金法的工艺相对复杂，但是其质量稳定，性能可靠，比较容易进行商业化。 缺点是目前只能生产小尺寸的泡沫铝材，还不能生产小孔径、低密度高孔隙度的泡沫铝材。 Formgrip工艺 Formgrip工艺结合了熔体发泡法和粉末发泡法，其工艺原理图见图 5[11]。 将含有发泡剂的发泡先驱体放入模具中进行烘焙，通过发泡剂的原位分解产生气体。 使用 Formgrip方法生产泡沫铝的前提条件是，加入的发泡剂必须进行预处理，使得发泡剂在加入铝液后的搅拌过程中不会发生大量分解，而要在冷却制得预制品后重新加热到一定温度（铝的熔点或熔点以上）才发生大量分解并释放出气体。 利用 Formgrip方法制备的泡沫铝孔径在 1~10mm，孔隙率为 50~95%。 可以通过调节发泡剂的预处理工艺、二次加热烘焙条件以及熔体的粘度等参数来控制发泡过程。 Formgrip。