泡沫铝

• 泡沫铝的体积可用排水法测得,体积质量及 孔隙率可用下列公式计算:ρ = m/ V ; < = (γ0 - γ) / γ0 ×100 % · • 式中,ρ为泡沫铝的体积质量; V 为泡沫铝的 体积; m 为泡沫铝的质量; < 为泡沫铝的孔 隙率;γ0为实体铝的体积密度;γ为泡沫铝的 体积密度
• 压制压力对泡沫铝发泡的影响 • 压制一般包括装模、压制、脱模等工序， 将原料混合均匀后,直接压制成型，成型压 力的选择决定了坯的体积质量,也决定了发 泡阶段孔的大小和均匀程度。
制备方法
• 制备泡沫铝的方法有多种, 根据制备过 程中铝的状态可以分为三大类: 液相法、 固相法、 电沉积法。
• 液相法：
通过液态铝产生泡沫结构, 可在铝液中直接 发泡,也可用高分子泡沫或紧密堆积的造孔 剂铸造来得到多孔材料。（1熔体发泡法 2 固-气共晶凝固法 3铸造法 ）
• 固相法：
用铝粉末代替液态铝同样可制得多孔材料。 因为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,所以此法生产的泡 沫铝多数具有通孔结构。（1散粉烧结法 2 粉浆烧结 3填加造孔剂法 4粉末冶金法 ）
• 试验方法 • 将铝粉与氢化钛粉末混合均匀后,放入模具中,将 模具放入油压压力机中,施加不同的压力压制成 金属坯· 用金相显微镜观察并拍摄金属坯的显微 结构· 发泡试验装置如图 ,
1-炉体 2-电热偶
3-钢筒
4-石英玻璃观察孔 5-坩埚
6-铝坯
7-控温仪
发泡实验装置图
• 在坩埚中放入熔盐,待熔盐熔化后,炉温升至 所需温度,将金属坯放入熔融的熔盐中,并开 始计时· 金属坯开始被加热,可以通过石英玻 璃观察孔观察到发泡情况· 待发泡至一定时 间取出,迅速冷却,得到泡沫铝材料· 剖开泡沫 铝,可以观察到其内部的结构,也可以通过扫 描仪观察其微观结构·
消音.抗冲击球体开孔型泡沫路
• 耐高温材料
泡沫铝耐热性强, 一般铝合金的熔点 在560～ 700 ℃,但泡沫铝 即使加热到1 000 ℃也不会熔化,因 此可以用作航天设 备的核心材料、阻 燃器和各种耐热隔 热材料。
• 催化载体材料
由于金属泡沫在韧性 和热导率方面的优势, 所以泡沫铝常用作催 化载体材料。如将催 化剂浆料涂于薄的泡 沫金属片表面,后通过 成型(如轧制) 和高温 处理,可以用于电厂废 气氮氧化物(NOX) 等 的处理。
• 抗冲击材料
泡沫铝具有良好的吸收 冲击能力。泡沫铝没有 方向性和反弹能力,因此 具有很好的减震性能,是 良好的抗冲击部件材料, 可用于航空设备的保护 套和缓冲器、汽车刹车 器、精密机床的底座及 各种安全垫等。另外,将 其设计成吸能器能大大 提高舰船机械设备的冲 击防护能力,所以泡沫铝 在国防建设中具有广泛 的应用。
• 电沉积法
以泡沫塑料为基底,经导电化处理后,电沉积 铝制成。可通过浸涂导电胶、磁控溅射锡 膜或化学镀膜等方法使泡沫塑料导电。由 于铝的电极电位比氢还负,所以不可以采用 铝盐水溶液电镀,可采用烷基铝镀液。用电 沉积法生产的泡沫铝具有孔径小,孔隙均匀, 孔隙率高等特点,其隔热性能和阻尼特性优 于铸造法生产的泡沫铝。
6.具有很高的吸收冲击能量的性能
泡沫铝不像蜂窝材料那样具有方向性，也不像高分子泡沫材料 具有反弹作用，它有很好的减震性能，是制造抗冲击部件的良 好材料。
7.力学性能
泡沫铝的力学性能主要由其其密度决定,但孔的尺寸、结构与 分布同样是决定力学性能的重要参数
8.电磁屏蔽性能
泡沫铝对高频电磁波有良好的屏蔽作用，能够使电磁干扰降 低80%以上 其它性能泡沫铝还具有气敏性、耐火阻燃性、催化性等
• 发泡温度一方面影响氢化钛分解产 生的氢气的分压,一方面又影响熔 融金属铝的粘度,这两方面的相互 作用决定了泡沫铝的体积质量与孔 隙率·
图5 发泡温度对泡沫铝体积质量、 孔隙率的影响
• 从图5 可以看出,随着温度的升高(在670～ 680 ℃温度段) ,泡沫铝的体积质量变小,孔 隙率增大· 当温度超过680 ℃以后,随着温度 的升高,孔隙率反而下降,体积质量增大·
泡沫铝的应用
• 随着泡沫铝制备工艺的改进,泡沫铝在航空 航天、船舶、电子、汽车制造、建筑、包 装、装饰材料、体育器材等领域中的应用 正在不断扩大。多孔泡沫金属的应用主要 有吸声材料、抗冲击材料、耐高温材料、 催化载体材料等。
• 吸声材料
泡沫铝隔声性能强,可以 通过孔壁的振动吸收声 音的能量,孔越小吸收声 音的能力越强,可用于制 造建筑等行业用的吸音 板和消声器。试验证实, 泡沫铝消声器在频率为 630 Hz 时,噪声最大可 降低614 dB , 而频率在 410 kHz 时, 噪声可降低 23dB[7 ] 。由于成本和 效率方面的优势,熔模铸 造法或沉积法制备的泡 沫可以取代现有的消音 器材料,目前已制备出最 大直径100 mm 的泡沫 消音器。
• 图2 为铝粉的可压缩性曲线 ,可以看出,压力 在300 MPa 以上时,体积质量达到最大。
图-2压制压力与铝粉体积质量关系 曲线
图-3不同压力下金属坯显微结构的照片
图-4不同压力下的发泡得到的泡沫铝剖面 照片
• · 图3a ,图4a ,图4b 分别为150 MPa 时的金相显 微照片和泡沫铝表面照片及试样剖面图,可以清 楚地看到,当压制压力不足时,铝粉颗粒与颗粒之 间有聚集,但中间有连通的通道,氢气可以从这些 通道中跑出来,因此得到的泡沫铝材料有椭圆形 的大而贯通的孔,泡沫铝表面有许多不规则的椭 圆形裂纹,这是造成孔隙不均匀的直接原因· 试样 剖面图4b 显示,试样的中间有较大的椭圆形孔,边 缘有许多不规则的椭圆形的孔· 这 说明压制压力小,颗粒之间的体积质量不足且多 孔,发泡时氢气首先从表面逸出,而内部的气体随 后从连通的通道中跑出·
• 前者孔隙率在80%以上， 孔径一般为Φ2---5mm， 各孔互不相通； • 后者的孔隙率在60— 75%，孔径一般为 Φ0.8---2mm，各孔相 互连通。
通孔结构
• 它密度小、高吸收冲击能力强、耐 高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音 降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、 耐候性强、有过滤能力、易加工、 易安装、成形精度高、可进行表面 涂装。
• 保护方式 • 由于纯铝在高温下极易氧化,金属坯的表面 上会形成氧化膜,而这些氧化膜的熔点很高, 因此会出现金属坯不熔化而无法发泡的现 象· 为了阻止铝的氧化,需要采取一定的保护 措施,一般采用氩气保护, 本实验中采用熔盐 进行保护· 将压制好的金属坯放入熔融的熔 盐中,隔绝了铝与空气的接触,防止铝氧化,同 时,即使有部分被氧化,熔盐也会将其熔解掉
泡沫铝在宝马汽车发动机支座中的应用
泡沫铝在高铁列车保险杠中的应用
5、泡沫铝产品应用在环境保护领域
新干线和城轨的泡沫铝声屏障
首尔城轨泡沫铝隔音墙和Dangsan铁路桥的全封闭型泡沫铝隔音罩
伦敦地铁Bermondsey车站泡沫铝+金属空腔复合吸音壁
英国高铁枢纽站曼彻斯特Piccadilly站采用的泡沫铝夹心板吸音结构
泡沫铝在纽约101号大街911纪念广场墙壁上的应用
6、泡沫铝产品应用在室内防音工程
泡沫铝应用于工厂和体育馆中的泡沫铝吸音材料
泡沫铝在Jinjoo国立大学剧院室内工程中的应用
泡沫铝应用于变电站和商业街外墙中的泡沫铝吸音板
首尔地铁1号线Dodong中心变电站防音工程中的泡沫铝板
Dogok健身大厦和Samsung大厦屋顶和外墙面的泡沫铝吸音板
3.通透性好
泡沫铝可作为过滤材料，从液体或气体中将固体颗粒过滤出 去，通常，通透性随孔径的增大而增大，但也受表面粗糙度 的影响，开孔结构的泡沫铝具有高的通透性。
4.比表面积大
利用泡沫铝的大的比表面积，达到高的换热性，因此，它是 制造加热器和热交换器的良好材料
5.隔音性强
泡沫铝可以通过孔壁的震动来吸收声音的能量，可以用来消 声、除去噪音。
图6
不同发泡温度下泡沫铝照片
• 从图6 也可以看出,温度较低时,气孔壁较厚,孔径 较小,随着温度的升高,孔壁变薄,孔径增大,但温度 过高时,有连通孔存在,孔径不均匀·
泡沫铝的性能
1.密度小
• 由于泡沫铝是在铝基体中存在大大小小的气孔，因此它具 有较小的密度。
2、耐热性强
泡沫铝具有较高的耐热性，即使达到合金的熔点也不熔解， 一般铝合金的熔解解温度范围在560～700℃，但泡沫铝即 使加热到1400℃也不熔解
光催化空气净化载体
1、泡沫铝产品应用在航空航天领域
飞机机身壳体材料，航天飞机空气净化器，太空望远镜液氮储备系统，固体火箭 发动机的点火装置和喉衬部位。
2、泡沫铝产品应用在高速列车
泡沫铝应用于高速列车
3、泡沫铝产品应用在军事领域
制造装甲、战机的高性能电磁屏蔽夹芯板
4、泡沫铝产品应用在汽车领域 闭孔泡沫铝已成功的用于汽车的A柱、B柱、保险杠、发动机支架、 各种加强肋、发动机盖板、缓冲器、减震支座；火车的头部及座椅的缓 冲吸能等关键部位，并取得了良好的效果。例如，德国卡曼公司用三明 治泡沫铝材制造的吉雅轻便轿车(Ghiaroadster)的顶盖板的刚度，比原来 的钢构件高7倍左右，而其质量却比钢件轻25%。据测算，汽车车身构件 约有20%可用泡沫铝材制造，一辆中型轿车如采用泡沫铝材制造，某些 零件可减重27.2kg左右，既可节约能源又可减轻对环境的污染。采用泡沫 铝材结构，可大大简化结构系统，零部件数至少可减少1/3。
• 图3c ,图4c 显示了压力为250 MPa 时的金属坯 的显微结构和发泡情况,随着压制压力的增大,金 属颗粒之间的间隙越来越小,氢气可以被留住,所 以剖面可以看到圆形孔;但毕竟压力不足,氢气可 以贯穿相邻两孔之间,因此剖面图显示有大的连 通孔洞存在,气孔不均匀· 图3d ,图4d 显示了压力 为300 MPa 时的金属坯显微结构和发泡情况,可 以看到,压制压力足够大时,坯致密,颗粒之间孔隙 较少,很少存在相互连通和通道,氢气可以完全被 留住,因此剖面为比较均匀的圆形孔·
阪神高速3号线高架桥底面吸音板、东京都白金隧道的吸音壁
7、泡沫铝产品应用在会议厅室内装饰材料
泡沫铝应用于万科中心国际会议厅室内装饰效果图
8、泡沫铝产品应用在船舶制造领域
泡沫铝应用于某型出口船舶
• 由于此法的原料是金属粉末, 所以有的文献 将其列入固相法。但此法实际的发泡阶段 是在液相, 因此也有文献将其列入液相法。 • 粉末冶金法自发明以来,备受人们关注,许多 泡沫铝性能的研究均用此法制备试样,例如 热处理性能、压缩性能等。
制备方法举例：粉末冶金法
• 粉末冶金法是将铝粉或铝合金粉与一种发 泡剂粉末混合(通常是TiH2) ,将这种混合物 压制成密实的金属基体,然后对其加热升 温· 当温度升至铝粉或铝合金粉的熔点以上, 氢化钛分解产生的氢气在熔融状态的铝或 铝合金内部形成无数的气孔,冷却这种铝基 体后,即可得到泡沫铝产品
泡沫铝的简介
制作人：胡阔鹏 邢亚军 王强
简介
• 泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布 着大量连通或不连通孔洞的新型轻 质多功能材料。是在纯铝或铝合金 中加入添加剂后，经过发泡工艺而 成，同时兼有金属和气泡特征。
简介：分类
闭孔结构
• 按孔Hale Waihona Puke Baidu构划分，泡沫铝通常
可分为胞状铝（闭孔泡沫铝） 和多孔铝（通孔泡沫铝）两类