51.泡沫铝的熔体发泡法制备及其应用

第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集

泡沫铝的熔体发泡法制备及其应用

周君，熊汉青，王志国，王志峰，赵维民

（河北工业大学材料科学与工程学院，天津300130）

摘要：泡沫铝是一种密度小、比刚度强的新型复合材料，具有良好的力学性能和物理性能，而且还具有阻尼、吸音隔音、阻燃、电磁屏蔽等特殊性能。采用熔体发泡法制备泡沫铝，工序简单，成本低，易于操作。随着现代科学技术的发展，泡沫铝作为结构功能材料被广泛应用在工业、建筑及其他高科技领域，并越来越受到人们的关注。

关键词：泡沫铝；性能；熔体发泡法；应用

Preparation of Foam Aluminum by Foaming in Melt

and Its Application

ZHOU Jun,XIONG Han-qing,WA NG Zhi-guo,WANG Zhi-feng,ZHAO Wei-min (School of Materials Science and Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin300130,China) Abstract:Foam aluminum is a kind of new type composite materials with low density and big specific strength.Meanwhile,it has good mechanical properties,physical performance,damping,sound absorption, sound insulation,flame retardant,electromagnetic shielding and other special performance.The melt foaming method of foam aluminum is simple process,low cost and easy to operate.Along with the develop原ment of modern science and technology,foam aluminum as a structure functional material is widely used in industry,construction and high-tech fields.It is more and more concerned by people.

Key words:foam aluminum;properties;melt foaming method;application

多孔金属材料（Cellular metals）是一种新型的材料，它是由相互贯通或者封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成[1]。典型的孔结构有两种：一种是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构，一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构。

泡沫铝是第一种结构多孔材料[2]，已经有60多年的研究历史。早在20世纪40年代，美国的科学家就开始了用熔体发泡法制备泡沫铝的研究，并获得了首个泡沫铝的专利，为以后泡沫铝的研究和发展奠定了基础[3]。随后日本、德国、加拿大等国家也开始了泡沫铝的研究，都取得了很大的进展。20世纪70年代初，日本藤井清隆等人开始研究泡沫铝材料。1978年，日本九州工业实验所的上野英俊等人研究出利用火山灰作为发泡剂制造泡沫铝的方法。自1983年以来，以日本九州工业实验所为主的一些研究单位对泡沫铝的研究已十分活跃，并在熔体发泡法方面取得重大进展[4]。进入20世纪90年代以后，很多国家都加大了在泡沫铝研究方面的投入，最值得注意的是德国布莱梅夫雷霍弗实用材料研究所(IEAM)在粉末冶金法生产泡沫铝上取得了突破[5]。

我国泡沫铝的研究起步较晚，虽然经过十多年的研究发展，但是与国外的技术水平相比还有一定的差距。目前我国的中国科学院、东北大学、清华大学、昆明理工大学等都在致力于泡沫铝的研究，并

作者简介：周君，硕士，地址：中国天津市丁字沽1路8号河北工业大学，E-mail：602443562@

泡沫铝的熔体发泡法制备及其应用

在理论、性能研究方面处于国际水平，如对泡沫金属结构参数的测定、

降噪性能、吸声性能、阻尼性能等[6-9]。

泡沫铝与一般的实体金属相比较，其内部是由许多孔洞构成的，

好像蜂窝一样的结构，其孔洞的大小可以通过工艺控制。泡沫铝按孔的形状可以分为开孔式和闭孔式两种，

如图1所示。开孔式的泡沫铝可以通过沉积、粉末烧结、渗流铸造[10-11]等工艺制的，闭孔式可以通过熔体发泡法、

金属粉末与发泡剂混合体致密化发泡法、直接喷吹气体发泡法等制得[12-13]。开孔式泡沫铝的生产过程比闭孔式的复

杂，一般需要增加预制件成型工序和相关设备，

其生产的前景没有闭孔式广阔。1泡沫铝的熔体发泡法制备

制备泡沫铝的方法很多，例如固态金属烧结法、

金属沉积法、液态金属凝固法[14-15]等，其中熔体发泡法[16]的生产工艺和设备较为简单，操作方便，

成本低。熔体发泡法制备的工艺过程[17]是通过向铝熔体中加入增粘剂提高其粘度，然后加入发泡剂使其在高温下分解产生气体，

通过气体膨胀使金属发泡，接着冷却或浇注得到泡沫金属。常用发泡剂[18]为TiH 2、ZrH 2、CaH 2和火山灰等。这种方法中大量气泡集

中在中部，而靠近表面的气泡小且结构致密。解决上述问题常采用高速搅拌和选择合适增粘剂[19]的方

法，该方法制备出来的泡沫铝属于闭孔泡沫铝，

孔的结构[20]及孔隙率与金属液的粘度及泡沫化的时间有关。这种方法制备泡沫铝，气孔的平均尺寸、铝液的粘度、

泡沫铝的密度、粘度之间都存在一定的关系，其孔径可控。经过长久的试验研究，这种方法是目前最成熟的生产工艺，

但仍存在发泡剂发泡时间间隔短、发泡温度不易控制、气泡分布不均匀、

产品重现性差等不足。采用熔体发泡法的工艺方法，往往要经过多次的试验才能确定其工艺参数。增粘剂、

发泡剂的含量、搅拌速度、时间和发泡的温度都是影响泡沫铝质量的因素，

必须准确的控制好每一个工艺参数才能得到优质的产品。

本试验主要是以纯铝为原材料，熔化后加入增粘剂(金属钙Ca)，发泡剂(氢化钛TiH 2)进行试验研究。试验的设备如图2、3所示，基本的生产工艺流程为：

将铝锭在650~800益温度内熔化，增粘剂的含（a ）开孔（b ）闭孔

图1泡沫铝的两种结

构

图2熔炼发泡炉图3搅拌示意

图