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泡沫金屬材料制備技術(編輯修改稿)

2025-12-09 11:20 本頁面

　

【文章內容簡介】及其它參數可以獲得不同氣孔尺寸的泡沫材料。此法的優點是可以連續生產大塊的泡沫金屬材料，而且與其它制備方法相比成本最低；缺點是增稠劑顆粒的潤濕問題和顆粒分布不均勻、發泡過程難以控制、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。熔體發泡法熔體發泡法的基本原理 [3,810]是將能夠產生氣體的發泡劑加入到液態金屬中，發泡劑受熱分解產生氣體并使液態金屬發泡，冷卻后即可得到泡沫金屬，制備工藝圖見圖 2。常用發泡劑為金屬氫化物，如用于生產泡沫鋁的 TiH ZrH2和 CaH2，用于生產泡沫鋅和泡沫鉛的 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劑 [3]。日本神戶鋼鐵 SHINKO Wire開發了Alporas 法，并利用此法實現了規模化工業生產泡沫鋁板材，圖 3為 Alporas 泡沫鋁產品。圖 2 Alporas 法制備工藝圖（以純鋁為例） [3] 4 圖 3 Alporas 泡沫鋁產品該方法制備的多孔泡沫鋁是一種超輕閉孔結構材料，制品的密度為 ~，孔徑為，具有規則的孔結構，是最具有商業價值的泡沫材料。但目前該方法還存在： 1）孔結構控制困難； 2）不能連續生產； 2）泡沫金屬平均孔徑過大（ 1~10mm）及包含過多的脆性相，對材料抗彎強度、拉伸強度產生不利影響等問題。該法的優點是可以適用于黑色泡沫金屬的生產；缺點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，發泡劑投入熔體后立即起泡，無法使發泡劑均勻分散到熔體中。粉末發泡法粉末發泡法的工藝流程圖如圖 4所示 [3]。粉末發泡法的基本原理是將一種或多種金屬粉末與發泡劑混合，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的半成品。最后將擠壓后的可發泡半成品加熱到母體金屬熔點溫度以上，使發泡劑產生氣體分解，從而在金屬內部產生氣泡。當熔化后的金屬膨脹到所要求的密度以后，將金屬冷卻到熔點溫度以下進行凝固，從而得到穩定的、均勻分布的內部氣孔結構。通過調整發泡劑的含量以及其它工藝參數如溫度和加熱速率等，可以控制泡沫金屬成品的密度。發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 粉末發泡法制備工藝及產品也可以將混合后的粉末放入壓鑄機的壓射腔內，加熱使粉末發泡變為半固態，然后將半固態的金屬壓射到鑄型內，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，會產生大量的缺陷。將混合后的粉末填充在兩張其它金屬薄板之間，還可以生產三明治式復合材料。粉末發泡法的優點：用此方法可以制備形狀復雜的零件，機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復雜，但是其質量穩定，性能可靠，比較容易進行商業化。缺點是目前只能生產小尺寸的泡沫鋁材，還不能生產小孔徑、低密度高孔隙度的泡沫鋁材。 Formgrip工藝 Formgrip工藝結合了熔體發泡法和粉末發泡法，其工藝原理圖見圖 5[11]。將含有發泡劑的發泡先驅體放入模具中進行烘焙，通過發泡劑的原位分解產生氣體。使用 Formgrip方法生產泡沫鋁的前提條件是，加入的發泡劑必須進行預處理，使得發泡劑在加入鋁液后的攪拌過程中不會發生大量分解，而要在冷卻制得預制品后重新加熱到一定溫度（鋁的熔點或熔點以上）才發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%。可以通過調節發泡劑的預處理工藝、二次加熱烘焙條件以及熔體的粘度等參數來控制發泡過程。 Formgrip

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