超全面泡沫铝制备工艺汇总

超全面泡沫铝制备工艺汇总

泡沫铝是一种在金属铝基体中分布有无数气泡的多孔质材料。其特殊的结构决定了它具有许多致密金属所没有的特殊性能，结构特点如：

性能特点包括：

泡沫铝性能的优劣主要取决于其孔隙率、孔径、通孔率、孔类型、比表面积等孔结构参数，而其孔结构参数主要取决于制备工艺。

因此泡沫铝的制备技术已成为新材料领域的研究热点。下面就泡沫铝的制备工艺做详尽介绍：

1、固态金属烧结法

用这种方法生产的泡沫铝多数具有通孔结构,这是由于大部分固相法通过烧结使铝颗粒互相联结,铝始终保持在固态。

1.1、粉末冶金发泡法

工艺原理是将混合铝粉与发泡剂粉,经压缩得到具有气密结构的预制体,加热预制体使发泡剂分

解释放出气体,迫使预制体膨胀得到泡沫铝。

粉末冶金发泡法工艺流程：

特点：一是与其他方法比较可用的合金成分更为广泛,有利于改善泡沫铝的力学性能;二是可以

直接制造形状复杂的部件。缺点是该方法工艺参数区间较窄,成本较高,制得的泡沫铝尺寸有限。

1.2、散粉烧结法

此方法多用于制备泡沫铜。由于铝粉表面具有的致密氧化膜将阻止颗粒烧结在一起,因此用散粉

烧结法制备泡沫铝相对困难。这时可以通过变形手段破坏氧化膜,使颗粒更易粘结在一起;或加

入镁、铜等元素在595~625摄氏度烧结时形成低共熔合金。

这种生产方法包括三个过程:

特点：优点是工艺简单、成本低,缺点是孔隙率不高、材料强度低。如果用纤维代替粉末烧结同样可制得多孔材料。

1.3、粉浆成型法

粉浆成型法是将金属铝粉、发泡剂(氢氟酸、氢氧化铝或正磷酸)、反应添加剂和有机载体组成悬浮液,将其搅拌成含有泡沫的状态,然后置入模具中加热焙烧,接着浆开始变粘,并随着产生

的气体开始膨胀,最终得到一定强度的泡沫铝。

如果把粉浆直接灌入高分子泡沫中,通过升温把高分子材料热解,烧结后同样可制得开孔泡沫材料。

特点：所制得的泡沫铝强度不高并有裂纹。

1.4、烧结溶解法

铝粉与盐粉均匀混合,压制成坯,在压制过程中盐粉基本保持原貌,铝粉发生塑性变形,填充盐粒之间的空隙形成连续的网状基体。然后,将坯烧结,使网状铝基结合成一体。最后,将烧结后的坯样置于热水中,滤掉坯内盐粒即可得到均匀的开孔泡沫铝件。

工艺过程包括：

特点：优点是通过选择盐粉的形状与粒径,可以在一定范围内控制孔洞的形貌和尺寸;可以通过混合粉末的体积比精确控制孔隙率;可以制造梯度泡沫材料;可以制造净形产品;设备简单,易于实现大规模生产。局限性是只能获得50%～80%孔隙范围的中密度泡沫铝;成品内易残留氯化钠,从而造成铝基的局部腐蚀;工艺周期较长。

1.5、中空三维骨架法

一种把液态金属压铸到有中空骨架三维网眼结构的陶瓷中，冷却然后去除骨架的制造泡沫金属的方法。

特点：泡沫孔隙率可调，操作繁琐、成本稍高,制品广度有限,故其推广应用受到限制。

1.6、纤维烧结法

此方法的工艺过程是首先通过机械拉拔或其他方法得到金属铝丝,接着通过粉浆浇注或机械制毡圈的方法将金属铝丝制成毡圈,然后进行烧结使之达到所需要的强度和孔隙率。

流程如下：

纤维烧结法的优点：是可获得比粉末烧结更高的孔隙率;在最大孔隙度下保持了材料的结构性能;在相同孔隙度下,此法制得的泡沫铝强度和韧性比粉末冶金法高。但是该方法成本较高。

1.7、浸浆海绵烧结法

该方法是将海绵状的有机物质制成所需形状的有机前驱体,然后用含有待加工金属铝粉的浆液

渗透(悬浮液的载体是水和有机液体)。将浸后的有机前驱体干燥以除去溶剂,烧结并冷却后即可得到高孔隙率的三维结构的泡沫铝。

工艺流程大致如下：

特点：主要受有机前驱体的选择和预处理、浆料的组成、添加剂的选择、烧结温度等因素影响。

2、液态金属凝固法

这种方法是通过液态铝产生泡沫结构,可以通过铝液直接发泡,也可以用泡沫材料或紧密堆积

的造孔剂铸造来得到多孔材料。

2.1、直接吹气发泡法

直接吹气发泡法:是首先向金属熔融液中加入SiC、Al2O3等，并均匀分散以提高熔体粘度，然后向熔体底部吹入气体(如氮气、惰性气体等)，在金属液中形成大量气孔后冷却凝固。

特点：

2.2、发泡剂发泡法

发泡剂发泡法是：在铝熔融体中加入发泡剂搅拌均匀，加热使发泡剂分解产生气体，气体膨胀而发泡，冷却后得泡沫金属。所用发泡剂通常为TiH2或ZrH2等金属氢化物。

特点：对设备要求简单,成本低廉,可实现产品的连续制备。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。

2.3、渗流铸造法

渗流铸造是将可移去颗粒(如NaCl)堆积在铸模中,压制成坯,经预热后浇注金属,然后将颗粒去除,制备出孔洞相互连接的通孔泡沫结构。

工艺原理示意如图：

真空渗流法装置示意图

特点：制备工艺孔径参数可控,通孔率高、比表面积大、成本低,适合大规模工业生产。缺点是由于液态金属的表面张力较高,不能完全润湿颗粒,从而不能完全填充颗粒之间的空隙。

2.4、熔模铸造法

熔模铸造法是将成型的高分子泡沫材料浸入到液态耐火材料中,使耐火材料充满其空隙,在耐火材料硬化以后加热使泡沫材料气化分解,形成一个具有原泡沫材料形状的三维骨架,将金属铝液浇注到铸型内,凝固后把耐火材料去除就可以得到具有三维网状通孔的泡沫铝材料。

工艺原理示意如图：

熔模铸造法制备多孔材料示意图

特点：

许多金属液体能与气体(如氢气)形成共晶系统,如果在高压氢气气氛中熔化这些金属,就可以得到含有过饱和氢气的均匀熔体。在随后的冷却凝固过程中,这种熔体会发生共晶转变而分解为固相和气相。定向凝固时,由于氢气在固相和液相中溶解度差别较大,过饱和的氢气将从固相中析出形成气泡,从而获得所需要的泡沫铝。

工艺原理示意如图：

特点：精确控制冷却条件(压力、冷却速度、散热方向)可以获得各种孔隙形状的各向同性和各项异性的高孔隙度泡沫铝。

2.6、添加球料法

添加球料法是在铝合金熔液中加入颗粒或中空球,加以强化搅拌,并且在熔体仍处于相对流动时进行铸造,从而得到铝合金与颗粒的复合体,然后溶解去除铝合金集体中的可溶性颗粒,最终得到一种连通孔泡沫铝。

特点：液态金属的表面张力较高,不能完全润湿颗粒或中空球,从而不能完全填充颗粒之间的空隙。则所得泡沫铝结构连续性较差。