1、孔连通泡沫铝制备工艺研究

摘要

本文论述了泡沫铝的制备技术、工艺原理、物理性能、国内外发展趋势及应用前景。通过计算，证明了可以利用填充粒子制备孔隙率为80%左右的泡沫铝铸件。根据毛细管原理计算建立了渗流铸造法制备泡沫铝合理的充型压力。从传热学的角度，理论上计算了NaCl颗粒预热温度和铝液浇注温度范围。根据NaCl颗粒在高温下的烧结原理，制作了成型体。依据上述理论基础设计安装了渗流铸造法制备泡沫铝的实验装置。在充型压力固定的前提下，采用正交试验方案，选择三种不同粒径NaCl颗粒，系统研究了粒子预热温度和铝液浇注温度对渗流铸造制备孔连通泡沫铝工艺特性的影响。对试验结果进行了理论分析和探讨。认为合理选择NaCl颗粒预热温度是制备孔连通、高孔隙率、高有效长度泡沫铝试件的关键。适当提高铝液浇注温度并增加颗粒尺寸有利于提高试件的有效长度和孔隙率。通过工艺研究，研制出具有三维通孔、孔隙规则均匀、孔隙率高达80%、尺寸为φ30×60mm的泡沫铝试件。

第一章绪论

1.1 综述

近年来表面与界面起显著作用的新型材料引起了科技界的广泛重视，这些具有特殊物理现象和效应的新型材料，在应用上很有潜力，具有广泛的发展前景。以较大孔径及高孔隙率为特征的多孔泡沫金属正是一种利用物理表面的新型物理功能材料。出于最初采用发泡法制备，故称为多泡性金属。以后发展了渗流等制备方法，称之为通气性金属。目前更为合适的名称应为多孔泡沫金属，通常简称多孔金属、泡沫金属或多孔功能金属。

这一类利用物理表面性能的新型金属功能材料，其应用涉及物理学的很多重要领域：阻尼内耗、声学、热物理、电磁学等。可用作缓冲器、减震器、除尘器、流休过滤器、发动机排气、消音器、多孔中极、高温填料、可研磨垫圈、放热器、热交换器、消焰器及催化剂载 体等。并且其应用范围还在不断扩大。

一、泡沫金属的制备

泡沫金属的生产方法很多，主要包括以下几种。

1. 铸造法

(1)发泡工艺

该工艺是将发泡剂加入到金属熔体中，加热使发泡剂分解，产生气体，气体的膨胀使金属熔体发泡，发泡完毕即被冷却成泡沫体。为使金属发泡，通常采用的发泡剂为金属氢化物，如TiH₂。该法控制较困难，而控制不当所制得的泡沫金属呈不均匀的蜂窝状结构，大气泡聚集在中心，急冷表面附近的气泡密度会有所增加。

(2)颗粒浇注法(渗流铸造法)

该法系通过对铸模中的细颗粒进行浇注而获得一种互连的网状结构或海绵状金属的方法。这些细颗粒可溶、耐热(如氯化钠),最终可通过溶解而使其从多孔金属体中被除去。它也可以是易压缩的无机材料块料如多孔粘土、发泡玻璃球、空心刚玉球等等。

然而，大多数金属(特别是铝)的表面张力阻止金属熔体直接流入颗粒间隙。这可通过在容器内产生一低真空或在熔体上面轻微施压来克服。另外，利用熔体一定程度的过热或颗粒的预热也可得到克服。该法不仅适用于铝，也可用于镁、锌、铅、锡与铸铁等，并且可获得复杂形状的铸件。

(3)在熔体中掺入细粒

作为上述方法的替代办法，也可将细粒加入到金属熔体中，该法是将金属在坩埚内熔化后，把细颗粒加入其内，强烈搅拌熔体，以使细颗粒在金属熔体中均匀分散。在不断搅拌的同时，让熔体冷却到具有足够的粘性以防止产生偏析或分层现象。然后，停止搅拌使具有细颗粒的熔体凝固。

工业上把空心金属球加入熔体中的有关技术是：首先将微粒状的酚醛塑料在惰性气体中加热，并使其焦化，形成空心微小碳球；然后用气相沉积方法在碳球上包覆一层金属；最后，通过汽化使微粒状金属空心球去碳。该工艺大多用于难熔金属，例如用钨可制成直径为60~80μm，壁厚为2μm的微粒子。

(4)失腊铸造