本發(fā)明涉及一種多孔金屬材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種泡沫鋁夾芯板的制備方法。

背景技術(shù)：

泡沫鋁夾芯板是一種結(jié)構(gòu)功能一體化的新型復(fù)合材料，既在宏觀上具有夾芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合特征，又在充分發(fā)揮泡沫鋁材料自身特點的同時，解決了單一泡沫鋁強度較低，難于連接等問題，具有質(zhì)輕、吸能效率高、比剛度較高等特點，可廣泛應(yīng)用在航空航天制造、軌道交通、海運、軍事裝備等領(lǐng)域。然而泡沫的穩(wěn)定性，泡孔形狀、大小、均勻性的控制和重現(xiàn)性差等問題一直制約了泡沫鋁夾芯板產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展及其應(yīng)用，因此控制泡沫的生長過程及穩(wěn)定性是泡沫鋁夾芯板的制備中要解決的關(guān)鍵問題之一。

目前，泡沫鋁夾芯板的制備方法主要分為兩大類，一類是先獲得泡沫金屬裸板，再與金屬面板通過不同的連接方法進行連接的方法。這類方法存在泡沫鋁板連接表面的清理不凈、結(jié)合界面的非面接觸性等問題，并且其中膠粘方法制備的夾芯板還存在不耐高溫、易老化等缺點)；另一類是直接發(fā)泡法，制備可發(fā)泡預(yù)制體再加熱預(yù)制體進行發(fā)泡，待發(fā)泡劑進行分解的同時在具有一定黏度的鋁熔體中進行發(fā)泡，最后冷卻制備出泡沫鋁夾芯板，直接獲得泡沫鋁夾芯板，此類方法中芯材的發(fā)泡過程屬于粉末冶金直接發(fā)泡法，由于其預(yù)成型性、一體化和凈成形等特點，已得到了廣大研究者的重視。通過“粉末冶金直接發(fā)泡法”制備的具有冶金結(jié)合界面的泡沫鋁夾芯結(jié)構(gòu)材料，使得夾芯板的整體強度提高，且耐高溫不易老化，已被認為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛷?fù)合材料，也是多孔泡沫金屬材料規(guī)模化應(yīng)用的重要發(fā)展方向。然而其發(fā)泡過程是一個極為復(fù)雜的過程，它的控制直接關(guān)系到夾芯板的質(zhì)量。現(xiàn)如今精確控制夾芯板的泡孔形態(tài)、宏觀結(jié)構(gòu)和增強其基體結(jié)構(gòu)方面的問題一直未能徹底解決。

當(dāng)前國內(nèi)外對泡沫的生長過程和穩(wěn)定性的研究很多，現(xiàn)今提出的主要的控制方法即是引入外界物質(zhì)來增加熔體的黏度和表面張力從而提高熔體的穩(wěn)定性或添加Ca、Mg、SiC、Al₂O₃等固體顆粒和纖維等。但是，缺少針對泡沫鋁夾芯板泡孔形態(tài)，結(jié)構(gòu)與組織的有效控制手段，而這是工業(yè)化的關(guān)鍵所在，需要一種有效的方法進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，氣孔均勻，力學(xué)性能良好的泡沫鋁夾芯板的制備方法。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為采用一種泡沫鋁夾芯板的制備方法，包括：

1)、將鋁硅合金粉末與發(fā)泡劑混合均勻，得到混合料，其中所述發(fā)泡劑占鋁硅合金粉末與所述發(fā)泡劑總質(zhì)量的0.4～1wt％；

2)、將所述混合粉末加入一端封閉的鋁管中，并將入扣封閉，得到預(yù)制件；

3)、將所述預(yù)制件進行冷軋，得到可發(fā)泡預(yù)制體；

4)、將所述可發(fā)泡預(yù)制體導(dǎo)入超聲場協(xié)同發(fā)泡控制，得到泡沫鋁夾芯板。

優(yōu)選的，所述鋁硅合金Al：Si質(zhì)量比為(7～18):1。

優(yōu)選的，所述發(fā)泡劑為氫化鈦。

優(yōu)選的，步驟2)具體為：

將所述混合料置于內(nèi)壁清潔后，且一端封閉的鋁異型管中后將另一端口處壓制封閉；所述鋁異型管的壁厚為1～2.5mm。

優(yōu)選的，步驟3)具體為：

將所述預(yù)制件在壓力為30～100T的壓力下冷軋，得到可發(fā)泡預(yù)制體；所述冷軋的壓下率為60～80％。

優(yōu)選的，所述可發(fā)泡預(yù)制體的芯層粉體相對密度大于85％。

優(yōu)選的，步驟4)具體為：

將所述可發(fā)泡預(yù)制體進行發(fā)泡，發(fā)泡過程中導(dǎo)入超聲場，得到發(fā)泡夾芯板，所述超聲場的導(dǎo)入功率為100～1000W，時間為10～120s。

優(yōu)選的，所述發(fā)泡溫度為660～720℃，發(fā)泡時間是30～120s。

優(yōu)選的，所述發(fā)泡溫度為680～710℃，發(fā)泡時間是50～100s，

優(yōu)選的，所述超聲場的導(dǎo)入功率為200～800W，時間為10～120s。

本發(fā)明提供了一種泡沫鋁夾芯板的制備方法，包括：1)、將鋁硅合金粉末與發(fā)泡劑混合均勻，得到混合料，其中所述發(fā)泡劑占鋁硅合金粉末與所述發(fā)泡劑總質(zhì)量的0.4～1wt％；2)、將所述混合粉末加入一端封閉的鋁管中，并將入口封閉，得到預(yù)制件；3)、將所述預(yù)制件進行冷軋，得到可發(fā)泡預(yù)制體；4)、將所述可發(fā)泡預(yù)制體在超聲場內(nèi)發(fā)泡，得到泡沫鋁夾芯板。本發(fā)明的制備方法通過超聲場協(xié)同發(fā)泡具有干擾TiH₂分解過程的功能，促進H₂的分解率與利用率；超聲場在發(fā)泡過程中有利于打碎大的氣泡，使氣泡均勻生長，避免大的通孔和破損的泡孔形成；超聲場還可對基體晶粒組織細化，獲得良好的性能作用，具有可控制備、成本低廉、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、力學(xué)性能較好等特點，近年來引起研究者的廣泛關(guān)注。

通過超聲場協(xié)同發(fā)泡過程制備出的泡沫鋁夾芯板，提出與此方法相應(yīng)的最佳制備工藝參數(shù)，可以制備出平均孔徑為1～3mm，泡沫鋁夾芯板的平均密度為0.6～1.5g/cm³，泡沫鋁夾芯板的芯層平均密度為0.2～0.8g/cm³的界面實現(xiàn)冶金結(jié)合且晶粒細小，具有等軸晶組織特點的優(yōu)質(zhì)材料，此方法簡單有效，對粉末冶金法制備的泡沫鋁夾芯板的生產(chǎn)實踐可起到一定的指導(dǎo)作用，該方法不但可以應(yīng)用到Al-Si基的泡沫金屬材料，也為在其他金屬基泡沫材料的制備提供一種新方法，具有廣闊應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1、為實施例1制備的泡沫鋁夾芯板的發(fā)泡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2、為實施例1發(fā)泡初期的微觀形貌；

圖3、為實施例2制備的泡沫鋁夾芯板的發(fā)泡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4、為實施例2發(fā)泡初期的微觀形貌；

圖5、為對比例1制備的泡沫鋁夾芯板的發(fā)泡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6、為對比例1發(fā)泡初期的微觀形貌。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例1制備平均孔徑為1mm的泡沫鋁夾芯板

稱取一定質(zhì)量的鋁硅合金粉末(Al：Si質(zhì)量百分比：7:1)粒徑為50～200μm，發(fā)泡劑氫化鈦粉末粉末粒徑為50～150μm，與和氫化鈦粉末混合均勻，其中氫化鈦粉末占粉末總質(zhì)量的0.4～1w.t.％，將混合均勻后的粉末灌入內(nèi)壁清潔(化學(xué)除油)且一端封閉的壁厚為1～2.5mm鋁材異型管中，然后將另一端口處壓制封閉；將灌粉封裝后的坯料在軋機上采用60～80％的軋制壓下率進行單次冷軋，軋制壓力為30～100T，保證預(yù)制體芯層粉體相對密度大于85％，軋后得到的復(fù)合板通過沿邊切割成可發(fā)泡預(yù)制體；將可發(fā)泡預(yù)制體置于感應(yīng)爐中進行發(fā)泡，在發(fā)泡過程中導(dǎo)入超聲場，超聲場導(dǎo)入的功率為200～800W，時間為10～120s。圖1為實施例1中樣品，圖2為發(fā)泡初期的微觀形貌。

實施例2制備平均孔徑為2mm的泡沫鋁夾芯板

稱取一定質(zhì)量的鋁硅合金粉末(Al：Si質(zhì)量百分比：11:1)粒徑為50～200μm，發(fā)泡劑氫化鈦粉末粉末粒徑為50～150μm，與和氫化鈦粉末混合均勻，其中氫化鈦粉末占粉末總質(zhì)量的0.4～1w.t.％，將混合均勻后的粉末灌入內(nèi)壁清潔(化學(xué)除油)且一端封閉的壁厚為1～2.5mm鋁材異型管中，然后將另一端口處壓制封閉；將灌粉封裝后的坯料在軋機上采用60～80％的軋制壓下率進行單次冷軋，軋制壓力為30～100T，保證預(yù)制體芯層粉體相對密度大于85％，軋后得到的復(fù)合板通過沿邊切割成可發(fā)泡預(yù)制體；將可發(fā)泡預(yù)制體置于感應(yīng)爐中進行發(fā)泡，發(fā)泡溫度為660～720℃，發(fā)泡時間是30～120s，在發(fā)泡過程中導(dǎo)入超聲場，超聲場導(dǎo)入的功率為200～800W，時間為10～120s。圖3為實施例2中樣品，圖3為發(fā)泡初期的微觀形貌。

對比例1

稱取一定質(zhì)量的鋁硅合金粉末(Al：Si質(zhì)量百分比：7:1)粒徑為50～200μm，發(fā)泡劑氫化鈦粉末粉末粒徑為50～150μm，與和氫化鈦粉末混合均勻，其中氫化鈦粉末占粉末總質(zhì)量的0.4～1w.t.％，將混合均勻后的粉末灌入內(nèi)壁清潔(化學(xué)除油)且一端封閉的壁厚為1～2.5mm鋁材異型管中，然后將另一端口處壓制封閉；將灌粉封裝后的坯料在軋機上采用60～80％的軋制壓下率進行單次冷軋，軋制壓力為30～100T，保證預(yù)制體芯層粉體相對密度大于85％，軋后得到的復(fù)合板通過沿邊切割成可發(fā)泡預(yù)制體；將可發(fā)泡預(yù)制體置于感應(yīng)爐中進行發(fā)泡，發(fā)泡溫度為660～720℃，發(fā)泡時間是30～120s。圖5為對比例1中樣品，圖6為發(fā)泡初期的微觀形貌。

通過圖1、3和圖5的比較可以看出，使用本發(fā)明方法制備的泡沫鋁夾芯板的孔徑較為均一且沒有出現(xiàn)連續(xù)的大孔，說明本發(fā)明提供的制備方法制備的產(chǎn)品確實解決了現(xiàn)有技術(shù)問題。另外根據(jù)圖2、4和6的對比也可以看出從微觀層面，其孔徑也相對較為均一。所以本發(fā)明提供的制備方法增強宏觀結(jié)構(gòu)和其基體結(jié)構(gòu)，由于孔徑均一，沒有連續(xù)的大小不一的孔出現(xiàn)，所以其應(yīng)力更加均勻，不會出現(xiàn)缺陷點，提高了泡沫鋁夾芯板的力學(xué)性能。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。