專利名稱：一種通孔泡沫鋁的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及泡沫鋁制備方法，具體而言為涉及一種利用鋁及鋁合金切屑制備通孔泡沫鋁的方法。
背景技術(shù)：
泡沫鋁質(zhì)輕、隔音、阻燃，有很強(qiáng)的吸能和電磁屏蔽作用，因此受到國(guó)防工業(yè)部門的高度重視，由于泡沫鋁在韌性和熱導(dǎo)率方面的優(yōu)勢(shì)，泡沫鋁也常用作催化載體材料，目前已提出的泡沫鋁制備工藝較多，主要可分為液態(tài)金屬凝固法、固態(tài)金屬燒結(jié)法及沉積法三類，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出的具有工業(yè)價(jià)值的生產(chǎn)工藝，如熔體發(fā)泡法、滲流鑄造法、粉末冶金發(fā)泡法、電化學(xué)沉積法、粉末冶金法等，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛，熔體發(fā)泡法獲得的泡沫鋁孔洞間相互獨(dú)立，一般稱為閉孔泡沫鋁；而后幾種方法獲得的泡沫鋁孔洞往往相互連通，因此稱為 通孔泡沫鋁。目前，生產(chǎn)泡沫鋁常用的方法分別為熔體發(fā)泡法、滲流鑄造法、電解沉積法和粉末冶金法，其中粉末冶金法發(fā)展前景廣闊，已經(jīng)逐漸成為制備泡沫鋁的主流方法之一，根據(jù)不同的造孔方式，粉末冶金法制備泡沫鋁可大體分為粉體發(fā)泡成型和造孔燒結(jié)兩種方法，粉體發(fā)泡成型法能夠制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的閉孔泡沫鋁，造孔燒結(jié)法因其造孔劑選擇的不同可分別制備出開(kāi)孔和閉孔泡沫鋁。在造孔燒結(jié)制備泡沫鋁的過(guò)程中選擇合適的造孔劑至關(guān)重要。造孔劑分為可溶性和不可溶性兩類，尿素、氯化鈉、硫酸鉀屬于可溶性造孔劑，漂珠、空心氧化鋁球?qū)儆诓豢扇苄栽炜讋?，?duì)于用粉末冶金法制備開(kāi)孔泡鋁來(lái)說(shuō)，選用的造孔劑要有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、良好的去除性，密度小能與鋁合金熔體很好地形成冶金相，且價(jià)格低廉、來(lái)源廣，采用可溶性造孔劑制備的泡沫鋁孔洞形狀、尺寸和孔隙率大小可以精確控制，在過(guò)濾、吸聲等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，但是制備工藝相對(duì)復(fù)雜，且造孔劑往往難以完全溶出，影響了泡沫鋁的性能。選用漂珠作為造孔劑制備泡沫鋁是近幾年發(fā)展起來(lái)一種工藝，將鋁粉和空心漂珠球混合，在一定的壓力下模壓成型，然后進(jìn)行燒結(jié)，就獲得了漂珠-泡沫鋁復(fù)合材料，其中，漂珠是從火力發(fā)電廠產(chǎn)生的大量粉煤灰里分離出來(lái)的，來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉，具有顆粒直徑小、中空、輕質(zhì)、強(qiáng)度高等特性，該方法相對(duì)簡(jiǎn)單，空心漂珠無(wú)需溶出，且漂珠在鋁基體中均勻分布可作為顆粒增強(qiáng)基，提高泡沫鋁復(fù)合材料的力學(xué)性能，但是由于受到球/金屬粉末比的限制，制備出的泡沫鋁孔隙率在60%以下，且孔隙主要以閉孔為主。鋁合金零件切削加工時(shí)產(chǎn)生大量的鋁屑，通常切削加工鋁屑占零件總質(zhì)量的20%，最高達(dá)30%左右，因此，有效地回收鋁合金零件機(jī)加工過(guò)程中的鋁屑可降低生產(chǎn)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；目前，鋁屑回收利用的主要途徑是重熔利用，鋁屑燒損嚴(yán)重，容易對(duì)鋁水產(chǎn)生污染，而且工藝處理難度較大，有文獻(xiàn)(覃國(guó)平等，廢鋁再生制備小孔徑泡沫鋁的展望科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010年16期86)提出將廢鋁回收再生和利用吹氣法制備小孔徑泡沫鋁相結(jié)合，試圖為廢鋁的有效利用和泡沫鋁在國(guó)內(nèi)的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)，但發(fā)泡法獲得的是閉孔泡沫鋁，且熔煉過(guò)程能耗比較大。
因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種新型的利用鋁屑制備通孔泡沫鋁的方法，如果能夠通過(guò)鋁屑顆粒的燒結(jié)獲得孔隙體積分?jǐn)?shù)較大且強(qiáng)度較高的通孔泡沫鋁材料，將顯著降低泡沫鋁的制備成本和制備過(guò)程的能耗，為鋁屑的高效回收利用提供一個(gè)重要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種通孔泡沫鋁的制備方法，其原理是通過(guò)鋁屑顆粒與漂珠以一定比例混合壓塊，燒結(jié)獲得通孔泡沫鋁材料，在混合前對(duì)鋁屑顆粒進(jìn)行加工，提高鋁屑所占的空間；漂珠經(jīng)預(yù)先破碎，在提高泡沫鋁材料強(qiáng)度的同時(shí)，提高材料中孔隙的體積分?jǐn)?shù)，并保證孔隙的連通。本發(fā)明提出一種通孔泡沫鋁的制備方法，其特征在于將漂珠球磨破碎，然后與經(jīng)加工的鋁屑顆粒按比例均勻混合，壓制成預(yù)成型塊 ，通過(guò)燒結(jié)-冷卻工藝制作成通孔泡沫招。所涉及的將漂珠球磨破碎，是指采用球磨方法將漂珠破碎，使漂珠的空腔打開(kāi)，破碎后漂珠的平均尺寸在150 μ m 200 μ m。所涉及的經(jīng)加工的鋁屑顆粒，是指將經(jīng)過(guò)粉碎、磁選、篩分的平均尺寸為20(Γ400 μ m的鋁屑顆粒，利用經(jīng)微加工在表面形成凸起的圓錐陣列的壓模，在耐磨板上進(jìn)行多次擠壓，使鋁屑顆粒表面形成凹坑；圓錐的底面直徑為4(Γ60 μ m,高度為4(Γ60 μ m，圓錐間的間隔為5 10μπι。所涉及的按比例均勻混合，是指經(jīng)球磨破碎的漂珠與經(jīng)加工的鋁屑顆粒的體積比例為2(Γ50:5(Γ80，采用機(jī)械混合方法混合均勻。所涉及的壓制成預(yù)成型塊，是指在壓力為150MPa 200MPa的條件下，將經(jīng)混合均勻的漂珠與鋁屑顆粒壓制成所需泡沫鋁尺寸的預(yù)成型塊。所涉及的通過(guò)燒結(jié)-冷卻工藝制作成通孔泡沫鋁，是指在580°C飛10°C，壓力為15MPa 30MPa的條件下，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，燒結(jié)3(T90min，然后出爐空冷獲得通孔泡沫鋁材料。本發(fā)明提出的方法，在提高通孔泡沫鋁材料強(qiáng)度的同時(shí)，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)孔隙體積分?jǐn)?shù)，并且能顯著降低泡沫鋁的制備成本和制備過(guò)程的能耗，為鋁屑的高效回收利用提供了一個(gè)重要途徑。


圖I為采用本發(fā)明方法制備的泡沫鋁的SM照片，其中I為破碎的漂珠，2為制品中新形成的孔隙。
具體實(shí)施例本發(fā)明可以根據(jù)以下實(shí)例實(shí)施，但不限于以下實(shí)例，在本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)，除非有另外的說(shuō)明，一般具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義，應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在以下的實(shí)施例中，未詳細(xì)描述的各種過(guò)程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法。實(shí)施例I本實(shí)施例具體實(shí)施一種通孔泡沫鋁的制備方法。先將漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空腔被打開(kāi)，平均尺寸在150 μ m ;同時(shí)鋁屑粉碎、磁選、篩分，獲得平均尺寸為200 μ m的鋁屑顆粒，采用表面加工了系列底部直徑50 μ m、高度40 μ m、圓錐間的間隔為5 μ m的圓錐形突起的壓模在耐磨板上進(jìn)行多次擠壓對(duì)鋁屑顆粒多次擠壓使得鋁屑顆粒表面形成的凹坑深度為40 μ m,面積達(dá)80%，然后將經(jīng)球磨破碎漂珠和經(jīng)表面擠壓加工的鋁屑顆粒按20 80的體積比例采用機(jī)械混合方法一起均勻混合，在壓力為150MPa的條件下將混合物壓制成所需400mmX400 mmXll mm的預(yù)成型塊，將預(yù)成型塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在580°C，壓力為30MPa的條件下，燒結(jié)90min，出爐空冷獲得通孔泡沫鋁材料。圖I為采用本發(fā)明方法制備的泡沫鋁的SM照片，其中I為破碎的漂珠，2為制品中新形成的孔隙；經(jīng)檢測(cè)，所制備的通孔泡沫鋁的孔隙體積分?jǐn)?shù)為85%，其壓縮強(qiáng)度為50MPa。實(shí)施例2
本實(shí)施例具體實(shí)施一種通孔泡沫鋁的制備方法，先將漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空 腔被打開(kāi)，平均尺寸在250 μ m ;同時(shí)鋁屑粉碎、磁選、篩分，獲得平均尺寸為400 μ m的鋁屑顆粒，采用表面加工了系列底部直徑60 μ m、高度50 μ m、圓錐間的間隔為10 μ m的圓錐形突起的壓模在耐磨板上進(jìn)行多次擠壓對(duì)鋁屑顆粒多次擠壓使得鋁屑顆粒表面形成的凹坑深度為50 μ m,面積達(dá)60%，然后將經(jīng)球磨破碎漂珠和經(jīng)表面擠壓加工的鋁屑顆粒按50 50的體積比例采用機(jī)械混合方法一起均勻混合，在壓力為150MPa的條件下將混合物壓制成所需500mmX500 mmXll mm的預(yù)成型塊，將預(yù)成型塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在610°C，壓力為15MPa的條件下，燒結(jié)30min，出爐空冷獲得通孔泡沫鋁材料。經(jīng)檢測(cè)，所制備的通孔泡沫鋁的孔隙體積分?jǐn)?shù)為80%，其壓縮強(qiáng)度為55MPa。實(shí)施例3
本實(shí)施例具體實(shí)施一種通孔泡沫鋁的制備方法，先將漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空腔被打開(kāi)，平均尺寸在200 μ m ;同時(shí)鋁屑粉碎、磁選、篩分，獲得平均尺寸為300 μ m的鋁屑顆粒，采用表面加工了系列底部直徑40 μ m、高度40 μ m、圓錐間的間隔為6 μ m的圓錐形突起的壓模在耐磨板上進(jìn)行多次擠壓對(duì)鋁屑顆粒多次擠壓使得鋁屑顆粒表面形成的凹坑深度為40 μ m，面積達(dá)70%，然后將經(jīng)球磨破碎漂珠和經(jīng)表面擠壓加工的鋁屑顆粒按30 70的體積比例采用機(jī)械混合方法一起均勻混合，在壓力為200MPa的條件下將混合物壓制成所需500mmX500 mmX21 mm的預(yù)成型塊，將預(yù)成型塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在590°C，壓力為20MPa的條件下，燒結(jié)60min，出爐空冷獲得通孔泡沫鋁材料。經(jīng)檢測(cè)，所制備的通孔泡沫鋁的孔隙體積分?jǐn)?shù)為88%，其壓縮強(qiáng)度為42MPa。實(shí)施例4
本實(shí)施例具體實(shí)施一種通孔泡沫鋁的制備方法，先將漂珠球磨破碎，破碎后的漂珠空腔被打開(kāi)，平均尺寸在190 μ m ;同時(shí)鋁屑粉碎、磁選、篩分，獲得平均尺寸為350 μ m的鋁屑顆粒，采用表面加工了系列底部直徑60 μ m、高度60 μ m、圓錐間的間隔為10 μ m的圓錐形突起的壓模在耐磨板上進(jìn)行多次擠壓對(duì)鋁屑顆粒多次擠壓使得鋁屑顆粒表面形成的凹坑深度為60 μ m,面積達(dá)60%，然后將經(jīng)球磨破碎漂珠和經(jīng)表面擠壓加工的鋁屑顆粒按40 60的體積比例采用機(jī)械混合方法一起均勻混合，在壓力為150MPa的條件下將混合物壓制成所需400mmX400 mmX21 mm的預(yù)成型塊，將預(yù)成型塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在600°C，壓力為20MPa的條件下，燒結(jié)40min，出爐空冷獲得通孔泡沫鋁材料。經(jīng)檢測(cè)，所制備的通孔泡沫鋁的孔隙體積分?jǐn)?shù)為75%，其壓縮 度為58MPa。
權(quán)利要求
1.一種通孔泡沫鋁的制備方法，其特征在于將漂珠球磨破碎，然后與經(jīng)加工的鋁屑顆粒按比例均勻混合，壓制成預(yù)成型塊，通過(guò)燒結(jié)-冷卻工藝制作成通孔泡沫鋁。
2.如權(quán)利要求I所述的一種通孔泡沫鋁的制備方法，其特征在于所述的將漂珠球磨破碎，是指采用球磨方法將漂珠破碎，使漂珠的空腔打開(kāi)，破碎后漂珠的平均尺寸在150 μ m 200 μ m。
3.如權(quán)利要求I所述的一種通孔泡沫鋁的制備方法，其特征在于所述的經(jīng)加工的鋁屑顆粒，是指將經(jīng)過(guò)粉碎、磁選、篩分的平均尺寸為20(Γ400μπι的鋁屑顆粒，利用經(jīng)微加工在表面形成凸起的圓錐陣列的壓模，在耐磨板上進(jìn)行多次擠壓，使鋁屑顆粒表面形成凹坑；圓錐的底面直徑為4(Γ60μπι，高度為4(Γ60μπι，圓錐間的間隔為5 10 μ m。
4.如權(quán)利要求I所述的一種通孔泡沫鋁的制備方法，其特征在于所述的按比例均勻混合，是指經(jīng)球磨破碎的漂珠與經(jīng)加工的鋁屑顆粒的體積比例為2(Γ50:5(Γ80，采用機(jī)械混合方法混合均勻。
5.如權(quán)利要求I所述的一種通孔泡沫鋁的制備方法，其特征在于所述的壓制成預(yù)成型塊，是指在壓力為150MPa 200MPa的條件下，將經(jīng)混合均勻的漂珠與鋁屑顆粒壓制成所需泡沫鋁尺寸的預(yù)成型塊。
6.如權(quán)利要求I所述的一種通孔泡沫鋁的制備方法，其特征在于所述的通過(guò)燒結(jié)-冷卻工藝制作成通孔泡沫鋁，是指在580°C 610°C，壓力為15MPa 30MPa的條件下，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，燒結(jié)3(T90min，然后出爐空冷獲得通孔泡沫鋁材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及泡沫鋁制備方法，具體而言為涉及一種利用鋁及鋁合金切屑制備通孔泡沫鋁的方法。其原理是通過(guò)鋁屑顆粒與漂珠以一定比例混合壓塊，燒結(jié)獲得通孔泡沫鋁材料，在混合前對(duì)鋁屑顆粒進(jìn)行加工，提高鋁屑所占的空間；漂珠經(jīng)預(yù)先破碎，在提高泡沫鋁材料強(qiáng)度的同時(shí)，提高材料中孔隙的體積分?jǐn)?shù)，并保證孔隙的連通。
文檔編號(hào)C22C21/00GK102925734SQ20121041919
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者陳剛, 趙玉濤, 周小亮, 崔駿 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)