开孔泡沫铝制备及其性能研究（二十八）

全文工作总结

开孔泡沫铝是一种新型结构和功能材料。目前，用于开孔泡沫铝制备的主要工艺为食盐粒子渗流铸造法，该方法能够制备出具有较好力学性能的开孔泡沫铝，但仍存在孔隙率低，三维连通性差，孔径及孔结构不够均匀等缺点。本文采用石膏型熔模法制备出孔隙率高，三维连通性好，孔径及孔结构均匀的开孔泡沫铝，并通过变质处理、T6热处理的处理方式对高空隙率泡沫铝的基体进行强化，从而制备出高孔隙率及高比强度的开孔泡沫铝。研究了高孔隙率及高比强度开孔泡沫铝的制备工艺、轴向准静态压缩性能以及石膏型熔模法制备的 夹芯圆管的压缩性能，主要研究工作和结论如下：

（1）研究了石膏型预制块的制备工艺。结果表明：应选取发泡均匀、三维连通性好的聚氨酯网状海绵作为母体材料，其结构特征决定了最终成型的开孔泡沫铝的结构特征；石膏浆料的主要成分及配比范围为石膏65%～75%，硫酸镁15%～25%，铝矾土5%～10%。其中，硫酸镁用于改善石膏型的水溶性，以利于后续的清理。铝矾土用于抵抗石膏型高温收缩和裂纹倾向，同时还起到提高石膏型强度的作用；石膏型预制块的焙烧采用逐级升温、分段保温的焙烧工艺，以防止由于心表温度的差异而产生开裂。

（2）研究了石膏型熔模铸造法的渗流工艺参数。结果表明：渗流过程需要 控制的主要因素是预制块的预热温度、铝液的浇注温度和渗流压力。其最佳的参数范围是：预热温度450℃~580℃，浇注温度700℃~780℃，渗流气压 0.3MPa～0.5Mpa。能够制备出孔结构均匀的开孔泡沫铝，所制备开孔泡沫铝的孔隙率范围为85%～93.5%。

（3）石膏型熔模法制备了泡沫纯铝、泡沫ZL101铝合金、泡沫ZL102铝 合金，并研究了不同基体材料泡沫铝的压缩性能。结果表明：不同基体材料泡 沫铝的压缩曲线均包括三个明显的特征阶段，即弹性段、塑性坍塌段以及致密化段，且塑性坍塌段长而平缓；泡沫ZL101铝合金和泡沫ZL102铝合金由于是脆性材质，在压缩曲线中出现了低密度泡沫铝的波动特征，而泡沫纯铝由于是塑性材质，在整个压缩过程中曲线较为平滑；泡沫ZL101铝合金与泡沫ZL102铝合金、泡沫纯铝相比，具备更为优良的压缩力学性能及吸能性能，且能在较大的应力或应变范围内，均能维持比较高的理想吸能效率，从而对材料能够起 到较好的缓冲保护作用。

（4）通过 Al-B\Al-Ti中间合金变质剂的变质处理能够有效细化ZL101铝合金的基体组织中的Si相形貌。因此，可以通过变质处理提高泡沫ZL101 铝合金的强度；变质处理与T6热处理相结合的处理方式能够有效提高泡沫 ZL101铝合金基体硬度、压缩力学性能和吸能性能，其硬度值提高了41%，屈服强度可达0.23454MPa, 比强度可达0.82×10-³MPam³/kg,理想吸能效率可达85%左右。

（5）空心圆管的压缩行为与其本身的结构参数有着密切的关系；石膏型熔 模法所制备的泡沫铝夹芯圆管的压缩力学性能优于空心圆管；经压缩后的石膏 型熔模法所制泡沫铝夹芯圆管的褶皱数量和位置与其载荷-位移曲线上波峰数量及波峰位置有关；开孔泡沫铝与填充圆管的相互作用能够提高泡沫铝夹芯圆管结构的承载能力和吸能能力；食盐粒子渗流法所制备泡沫铝夹芯管的承载能力及吸能总量优于石膏型熔模法所制备的泡沫铝夹芯管，但是考虑到结构的质量因素，石膏型熔模法制备的泡沫铝夹芯圆管较食盐粒子所制备的泡沫铝夹芯圆管，重量上减轻了42.3%，其比强度可达0.1237MPam³/kg，比吸能可达19.39J/g。

今后工作的展望

本文主要研究了高孔隙率及高比强度开孔泡沫铝的制备工艺、轴向准静态 压缩性能以及石膏型熔模法制备的夹芯圆管的压缩性能。研究取得了一定的成果，但由于实验条件和时间的限制，仍有一些问题有待解决。

（1）由于石膏型熔模法所制备泡沫铝的母体材料为聚氨酯网状海绵，海绵 筋比较纤细，造成了开孔泡沫铝的骨架结构承载能力有限，且在清理过程中容易产生缺陷。用水溶以及高压水冲洗的清理方法还不够高效，需要寻找一种方 便快捷的清理方法。

（2）关于开孔泡沫铝的变质只采用了B、T 变质剂，对于钠盐变质剂、锶  盐变质剂等其他变质剂对开孔泡沫铝的强化作用应进行进一步研究。除此之外，还应对T6热处理的固溶温度、固溶时间、时效温度和时效时间对于开孔泡沫铝热处理的效果做出研究，从而制定出最佳的开孔泡沫铝热处理工艺。

（3）石膏型熔模法制备的开孔泡沫铝由于有较高的孔隙率，应该具备优良 的吸声性能、阻尼性能和电磁屏蔽等性能，在这些方面应该做出进一步研究。