專利名稱：一種鋁-鋼-高壓氣相復合泡沫材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁-鋼-高壓氣相復合泡沫金屬材料的制備方法，屬于多孔金 屬材料領域。
背景技術：
泡沬金屬(泡沫鋁、泡沬鋼等)由于其獨特的多孔結構，具有低密度、能 量吸收、電磁屏蔽、吸音、低的熱電導率等性能，在輕量化結構、功能應用上 受到了國內外廣泛的關注，在汽車、建筑、航天航空、緩沖吸震、吸音降噪、 電磁屏蔽、熱障材料等領域具有廣泛的應用前景。如何提高泡沬金屬的強度， 一直是泡沫金屬開發研究的關鍵問題。目前的 泡沬金屬強化技術，大多集中如何改善泡沬材料的宏觀孔結構及其均勾性、提 高基體金屬材料的強度兩方面，但基體材料對泡沬金屬比強度和能量吸收性的 貢獻畢竟有其限度。發明內容本發明的目的是提供一種鋁-鋼-高壓氣相復合泡沬材料的制備方法，其工藝 簡單可行，能將高壓氣相密封于泡沬金屬閉孔內，從而提高泡沬金屬的強度。本發明為提高泡沬金屬的強度所采用的方案是將帶微孔隙的兩種直徑規 格大小不同的空心鋼球燒結成多孔空心鋼球結構(大小球的體積比根據需要的孔 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構)；把該空心鋼 球結構和鋁或鋁合金放入室溫壓力腔內，增壓使室溫壓力腔內氣壓達到設定的室 溫壓力后封閉壓力腔的氣體進出口;將室溫壓力腔加熱使鋁或鋁合金熔化并保 溫，同時空心鋼球內、外的氣相壓力平衡并達到壓力腔壓力；將空心鋼球結構體 壓浸入同處于壓力腔中的鋁或鋁合金熔體內，使鋁或鋁合金熔體填充鋼結構體鋼 球之間的空間；然后將鋁或鋁合金與鋼球的復合體在壓力腔內緩慢冷卻到到 45(TC 550。C進行固相燒結，將高壓氣體密封在鋼球內；復合體冷卻得到銷-鋼-高壓氣相復合泡沫材料。本發明的還包括以下技術方案空心鋼球中、低碳鋼空心球或不銹鋼， 大空心鋼球內徑3mm 5mm,壁厚0.1mm 0.3mm,小空心鋼球內徑lmm，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速50rpm 300rpm,混合時間10min. 70min.;空心鋼球燒結燒結溫度1000°C 1400°C, 燒結時間10min. 180min.，燒結氣氛H2;室溫壓力腔室溫氣體壓力lMPa 15MPa，充入氣體為氮氣或氬氣；壓力腔加熱保溫加熱溫度為鋁或鋁合金的熔點以上20。C 5(TC，保溫時間5min. 20min.;壓力腔壓浸壓浸溫度為鋁或 鋁合金的熔點以上20。C 50。C，壓浸壓力0.1MPa lMPa，壓浸時間lmin. lOmin.;壓力腔燒結燒結溫度450°C 550°C,燒結時間10min. 50min.;復 合體冷卻連同壓力腔一起隨爐冷卻。本發明的有益效果是(1)有效地利用存在于泡沬金屬閉孔內的氣相壓力 提高了泡沫金屬的強度，孔隙率達到48% 80%,孔徑1 mm 5mm，氣象增 強強度lMPa 15MPa; (2)在壓力腔內使鋼球燒結體內外充滿高壓氣體后，用 較低熔點的鋁或鋁合金熔體填充鋼球的空隙，冷卻到一定溫度燒結形成鋁-鋼的 冶金結合、燒結致密化以密封高壓氣體，很好地解決了泡沬金屬內高壓氣相的 存留技術問題。


圖l為本發明工藝流程示意圖。
具體實施方式
實施例一將空心鋼球(20鋼空心球，大鋼球內徑4mm,壁厚0.15mm，小鋼球內徑 lmm，壁厚0.15mm,大小球體積比4:1)在混料機內混合均勻(轉速100rpm， 混合時間30min.)后，在氫氣氛中燒結(燒結溫度1200°C，燒結時間lOOmin.) 成具有一定強度的多孔空心鋼球結構，把該空心鋼球結構及純鋁放入室溫壓力 腔內，增壓使氣氣壓力達到5MPa后封閉氣體進出口，將室溫壓力腔加熱到70(TC 保溫lOmin.，使空心鋼球內、外的氣相壓力在鋼球殼微孔的作用下平衡并達到 壓力腔的壓力，將空心鋼球結構體壓浸(壓浸溫度700°C，壓浸壓力0.5MPa, 壓浸時間5min)入同處于壓力腔中的純鋁熔體內，使純鋁熔體填充鋼結構體 鋼球之間的空間，然后將鋁與鋼球的復合體在壓力腔內隨爐緩冷到53(TC進行固 相燒結20min.,使鋁-鋼之間形成擴散冶金結合、燒結致密化封閉微孔隙并將高 壓氣體密封在鋼球內，最后將純鉬與鋼球的復合體及壓力腔隨爐冷卻，得到孔 隙率70%、孔徑范圍l-4mm的鉬-鋼-高壓氣相復合泡沬材料，高壓氣相的強度 提高值為5MPa。其它實施例見下表:工藝過程工藝參數工藝參數范圍實施例二實施例三空心鋼球混 合IO鋼空心球，大鋼球外徑 3mm，壁厚0.3mm，小鋼 球外徑lmm ,壁厚 0.2mm,大小球體積比410L不銹鋼空心球，大鋼 球外徑5mm ， 壁厚 O.lmm ，小鋼球外徑 lmm,壁厚0.1mm,大小中、低碳鋼或不銹鋼空心 球，大空心鋼球內徑3 5mm，壁厚0.1 0.3mm, 小空心鋼球內徑lmm，壁5:1,混合轉速50rpm,混 合時間70min.球體積比3:1，混合轉速 300rpm,混合時間10min.厚0.1 0.2,,大小球體 積比3~11:1,混合轉 速50 300rpm，混合時間 10 70min.混合鋼球燒 結燒結溫度140(TC,燒結時 間10min.,還原氣氛H2燒結溫度ioocrc，燒結時 間180min.,還原氣氛H2燒結溫度1000 140(TC, 燒結時間10 180min., 還原氣氛H2室溫壓力腔空心10鋼球燒結體， AlSil2合金，氮氣室溫壓 力15MPa空心410L不銹鋼球燒結 體，AlSi9合金，氬氣室 溫壓力lMPa1 15MPa的氮氣或氬氣 室溫壓力腔壓力腔加熱 保溫加熱溫度6I0'C，保溫時 間5mnin.加熱溫度630'C,保溫時 間20mnin.加熱溫度鋁或鋁合金的 熔點以上20 5(TC,保溫 時間5 20min.;壓力腔壓浸壓浸溫度610'C，壓浸壓 力lMPa,壓浸時間lmin.壓浸溫度630'C,壓浸壓 力O.lMPa ,壓浸時間 lOmin.壓浸溫度每或鋁合金的 熔點以上20 50'C,壓浸 壓力0.1 1MPa,壓浸 時間1 10min.壓力腔燒結燒結溫度45(TC，燒結時 間50min.燒結溫度55(TC，燒結時 間lOmin.壓力腔燒結燒結溫度 450 55(TC,燒結時間 10 50min.復合體及壓 力腔冷卻隨爐冷卻隨爐冷卻隨爐冷卻復合泡沫結 構及氣象增 強強度孔隙率48%,孔徑范圍 1 3mm,氣象增強強度 15MPa孔隙率80%,孔徑范圍 1 5mm,氣象增強強度 lMPa孔隙率89%,孔徑范圍 0.4 4mm，氣象增強強 度1 15MPa
權利要求
1、一種鋁-鋼-高壓氣相復合泡沫材料的制備方法，其特征是將帶微孔隙的兩種直徑規格大小的空心鋼球混合燒結成多孔空心鋼球結構；把該空心鋼球結構和鋁或鋁合金放入室溫壓力腔內，增壓使室溫壓力腔內氣壓達到設定的室溫壓力后封閉壓力腔的氣體進出口；將室溫壓力腔加熱使鋁或鋁合金熔化并保溫，同時空心鋼球內、外的氣相壓力平衡并達到壓力腔壓力；將空心鋼球結構體壓浸入同處于壓力腔中的鋁或鋁合金熔體內，使鋁或鋁合金熔體填充鋼結構體鋼球之間的空間；然后將鋁或鋁合金與鋼球的復合體在壓力腔內緩慢冷卻到450℃～550℃進行固相燒結，將高壓氣體密封在鋼球內；復合體冷卻得到鋁-鋼-高壓氣相復合泡沫材料。
2、 根據權利要求l所述的鋁-鋼-高壓氣相復合泡沬材料制備方法，其特征 是空心鋼球的材料為中、低碳鋼或不銹鋼，大空心鋼球內徑3mm 5mm,壁 厚0.1mm 0.3mm，小空心鋼球內徑lmm,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的轉速為50rpm 300rpm，混合時間為 10min. 70min.;空心鋼球燒結溫度為1000。C 1權。C,燒結時間10min. 180min.,燒結氣氛H2;室溫壓力腔室溫氣體壓力lMPa 15MPa,充入氣體 為氮氣或氬氣；鋁或鋁合金的加熱溫度為其熔點以上2(TC 5(TC，保溫時間 5min. 20min.;壓力腔壓浸溫度為鉬或鋁合金的熔點以上20°C 50°C,壓浸壓 力0.1MPa lMPa，壓浸時間lmin. 10min.;壓力腔燒結溫度為450°C 550°C， 燒結時間10min. 50min.;復合體連同壓力腔一起隨爐冷卻。
全文摘要
一種鋁-鋼-高壓氣相復合泡沫材料的制備方法，屬于多孔泡沫金屬領域。本發明通過采用在壓力腔內使空心鋼球充滿高壓氣體后，用較低熔點的鋁或鋁合金熔體填充鋼球間的空隙，隨后燒結密封高壓氣體的方法，將高壓氣相密封于鋁-鋼復合泡沫的閉孔內，得到鋁-鋼-高壓氣相復合泡沫材料。本方法可將高壓氣相密封于泡沫金屬閉孔內，利用氣相氣壓提高了泡沫金屬的強度，是一種新的提高泡沫金屬材料強度的有效途徑。
文檔編號C22C1/08GK101215650SQ20081005800
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月4日 優先權日2008年1月4日
發明者蕓 周, 孫加林, 左孝青, 陸建生 申請人:昆明理工大學