粉末冶金法制備泡沫鋁材料的研究.pdf

1、泡沫鋁是近年來發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)—功能一體化的新型材料。其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用前景吸引了眾多研究者的關(guān)注。但對發(fā)泡過程的基礎(chǔ)理論研究還不夠全面，特別是對發(fā)泡過程中泡沫組織與結(jié)構(gòu)的變化及動力學(xué)機(jī)制還不清楚。在對發(fā)泡過程的研究上，多集中在熔體直接發(fā)泡的方法。本文采用粉末冶金法，以特殊配制的Al-Si-Ca合金粉末為基體材料，以TiH2為發(fā)泡劑，通過混合—壓制成型—發(fā)泡工藝來制備泡沫鋁材料。對發(fā)泡過程進(jìn)行深入了的分析，對泡沫組織形成的機(jī)制進(jìn)

2、行了探討，并對所制備的泡沫鋁材料的壓縮與吸能性能進(jìn)行了測試。 在泡沫鋁的制備過程中，深入研究了主要的工藝參數(shù)(如粉末的混合時(shí)間、壓坯的成型壓力、發(fā)泡溫度、發(fā)泡時(shí)間、發(fā)泡劑加入量、熔體粘度等)對泡沫鋁形成過程的影響。分析了各參數(shù)對發(fā)泡的影響機(jī)制，確定了最佳的工藝條件。試驗(yàn)結(jié)果表明：混合時(shí)間在24小時(shí)以上，壓坯壓力大于350MPa，發(fā)泡溫度為670℃～685℃，發(fā)泡時(shí)間為10min～16min，發(fā)泡劑加入量為2％～3％，基體材料中鈣

3、含量為2％左右，可制得孔隙高，孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鋁材料。 對泡沫組織的微觀形成機(jī)制進(jìn)行了分析，描述了氣泡形核與長大，泡沫組織的形成與演化過程。分析表明，氣泡在熔體中非自發(fā)形核，形核后的氣泡在熔體中不斷上浮、長大，相鄰氣泡之間在表面張力的作用下形成液膜，多個(gè)氣泡間液膜以Plareau邊界形式存在。大量的Plareau邊界形成泡沫組織。球狀泡沫組織可以穩(wěn)定存在。由于氣泡間的相互作用，使泡沫組織變形，當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝骟w泡沫時(shí)，則很快衰減破滅

4、。 對氣泡的穩(wěn)定性研究結(jié)果表明：氫化鈦的分解與熔體的粘度是決定氣泡穩(wěn)定的主要因素。控制熔體的粘度與發(fā)泡劑加入量、發(fā)泡時(shí)間、發(fā)泡溫度，即可控制氣泡的穩(wěn)定性。在熔體粘度的控制上，首次選用自行配制的A1-Si-Ca合金粉末為基體材料，利用含鈣量的不同，來調(diào)整熔體的粘度，從而有效地控制了氣泡的穩(wěn)定性。 采用自行研制的設(shè)備，首次對泡沫體膨脹過程進(jìn)行動態(tài)觀測。通過對發(fā)泡過程的熱力學(xué)分析，對發(fā)泡過程中泡沫體的演變過程及其動力學(xué)機(jī)制進(jìn)行

5、探討，建立了描述發(fā)泡過程的動力學(xué)模型。研究表明：泡沫鋁的體積膨脹與發(fā)泡劑分解釋放的氣體量有直接關(guān)系。當(dāng)發(fā)泡劑分解釋放的氣體量大于從泡沫中排出氣體量時(shí)，體積膨脹可用dV/dτ=DK√r2-2Kτ-kV；(0≤τ≤τ')確定；當(dāng)生成氣體量小于從泡沫體中排出的氣體量時(shí)，體積膨脹由dV/dτ=-kV；(τ'≤τ≤τ")確定。 對所制備的泡沫鋁材料的靜態(tài)、動態(tài)壓縮性能及泡沫鋁的吸能性能進(jìn)行了測試。泡沫鋁的靜態(tài)、動態(tài)壓縮性能的測試結(jié)果表明：