一種鋅-鋁合金泡沫的制備方法
【專利摘要】一種鋅-鋁合金泡沫的制備方法，屬于多孔金屬材料領(lǐng)域；本發(fā)明針對(duì)目前熔體發(fā)泡法制備泡沫金屬存在的發(fā)泡劑與發(fā)泡溫度不匹配、發(fā)泡劑分散困難、增粘過(guò)程復(fù)雜、過(guò)多增粘相使泡沫金屬脆性提高不足，采用鋅-鋁合金半固態(tài)攪拌的方法在較低溫度加入、分散發(fā)泡劑，然后在鋅-鋁合金熔點(diǎn)的較高溫度發(fā)泡的方法制備鋅-鋁合金泡沫，具有孔結(jié)構(gòu)可控、工藝簡(jiǎn)單、低成本的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種鋅-紹合金泡沬的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]該發(fā)明涉及一種鋅-鋁合金泡沫的制備方法，屬于多孔金屬材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫金屬具有低密度、高比強(qiáng)、能量吸收、吸音減振、電磁屏蔽、低熱電導(dǎo)率等特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)材料、噪音控制、建筑裝飾、隔熱保溫等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。其中，鋅-鋁合金泡沫(如ZA27合金泡沫)具有良好的的阻尼性能，在減振降噪領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
[0003]目前公知的低熔點(diǎn)金屬(熔點(diǎn)不超過(guò)700°C的金屬，如鋁、鋅、鎂及其合金)泡沫的制備方法主要是熔體發(fā)泡法、粉末冶金發(fā)泡法和噴吹氣體發(fā)泡法，發(fā)泡所用的發(fā)泡劑以TiH2最常見。
[0004]熔體發(fā)泡法從熔體途徑出發(fā)，在增粘的金屬熔體中通過(guò)攪拌分散發(fā)泡劑TiH2，然后進(jìn)行發(fā)泡處理。該方法存在:(1)發(fā)泡劑TiH2的分解溫度為450°C，通常低于合金熔體的溫度，在金屬熔體中分散發(fā)泡劑會(huì)使TiH2過(guò)早過(guò)快分解，因此發(fā)泡劑TiH2的分散往往比較困難，往往需要對(duì)發(fā)泡劑TiH2進(jìn)行預(yù)處理，如預(yù)氧化、包覆等；(2)熔體需要進(jìn)行增粘處理，工藝過(guò)程復(fù)雜。
粉末冶金發(fā)泡法從粉末途徑出發(fā)，將發(fā)泡劑TiH2和金屬粉末混合、壓制后，加熱到金屬的液相線以上的溫度進(jìn)行發(fā)泡。該方法受粉末冶金方法本身的限制，在制品的尺寸、規(guī)模上受限制。
[0005]噴吹氣體法從熔體途徑出發(fā)，往金屬熔體中噴吹氣體使熔體發(fā)泡而得到泡沫金屬。該方法雖然不用發(fā)泡劑，但由于氣體與金屬熔體之間的密度差很大，因此均勻分散氣體很困難，造成孔結(jié)構(gòu)均勻性差，且往往采用10~20%vol.高含量的增粘相(SiC、A2O3顆粒)使材料變脆。
為克服上述公知泡沫金屬制備技術(shù)，特別是熔體發(fā)泡制備技術(shù)的不足，本發(fā)明采用鋅-鋁合金半固態(tài)攪拌的方法在合金半固態(tài)的較低溫度加入、分散發(fā)泡劑，然后再在鋅-鋁合金熔點(diǎn)的較高溫度發(fā)泡的方法制備泡沫鋅-鋁合金，具有工藝簡(jiǎn)單、低成本、孔結(jié)構(gòu)可控的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種鋅-鋁合金泡沫的制備方法，具體包括如下步驟:
(O將鋁質(zhì)量百分含量為20~30%的鋅-鋁合金加熱到合金的液相體積:固相體積
=1:1的半固態(tài)溫度TC，在TC保溫3(T60min，獲得半固態(tài)鋅-鋁合金；
(2)將粒度200~400目的TiH2顆粒加入到步驟(1)制得的半固態(tài)鋅-鋁合金中，所添加的TiH2顆粒質(zhì)量為鋅-鋁合金質(zhì)量的1~3%，然后以300~1000轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌5~30min，使半固態(tài)鋅-鋁合金和TiH2顆?；旌暇鶆颍玫桨牍虘B(tài)鋅-鋁合金和TiH2顆粒的混合物；(3)將步驟(2)中制得的半固態(tài)鋅-鋁合金及TiH2顆粒的混合物加熱到合金的熔點(diǎn)使鋅-鋁合金發(fā)泡5~20min，發(fā)泡體在空氣中凝固、冷卻后得到鋅-鋁合金泡沫。
[0007]發(fā)明原理:
(O半固態(tài)鋅-鋁合金的合金成分及溫度控制原理
由鋅~鋁合金二元相圖可見，鋁質(zhì)量百分含量20~30%的鋅-鋁合金，其凝固溫度區(qū)間較寬，為TiH2分解特性的調(diào)控提供了有利條件，有利于實(shí)現(xiàn)TiH2的較低溫?cái)嚢璺稚⒓拜^高溫分解發(fā)泡工藝；半固態(tài)溫度TC是合金液相體積:固相體積=1:1的溫度，此時(shí)，半固態(tài)合金具有較好的流變性，有利于TiH2顆粒的攪拌分散。
[0008](2)發(fā)泡劑TiH2的分解特性控制原理
本發(fā)明采用原始狀態(tài)的TiH2顆粒，其開始分解溫度為450°C，鋁質(zhì)量百分含量20~30%的鋅-鋁合金，其半固態(tài)溫度TC均小于等于450°C，因此，可以在TC溫度進(jìn)行發(fā)泡劑的長(zhǎng)時(shí)間攪拌分散而不分解，而當(dāng)溫度進(jìn)一步提高到合金的熔點(diǎn)(高于450°C )時(shí)，TiH2可以在此溫度下分解產(chǎn)生氣體而實(shí)現(xiàn)發(fā)泡。
[0009](3)鋅-鋁合金熔體粘度控制原理
公知熔體發(fā)泡技術(shù)中，熔體必須進(jìn)行增粘處理，通常的做法是添加1-3%的Ca并攪拌10~20min.，使熔體增粘以能存留氣體，本發(fā)明中，熔體的粘度是采用物理方法進(jìn)行控制，即控制熔體溫度為其熔點(diǎn)，此時(shí)，合金剛剛?cè)刍癁?00%的液相，根據(jù)金屬熔體的溫度-粘度關(guān)系可知，此時(shí)，合金熔體具有較高的粘度，可實(shí)現(xiàn)發(fā)泡氣體的存留。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
利用鋅-鋁合金的寬結(jié)晶溫度范圍，實(shí)現(xiàn)了發(fā)泡劑TiH2的在較低溫度分散及在較高溫度熔體中分解發(fā)泡，同時(shí)利用物理方法`實(shí)現(xiàn)熔體粘度控制和熔體內(nèi)氣體的存留，解決了公知熔體發(fā)泡技術(shù)中TiH2分散分解溫度與發(fā)泡溫度不匹配、發(fā)泡劑需進(jìn)行預(yù)處理、以及熔體需增粘處理的不足，提供了一種孔結(jié)構(gòu)可控、工藝簡(jiǎn)單、低成本的鋅-鋁合金泡沫制備方法。
[0011]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1為本發(fā)明制備鋅-鋁合金泡沫的工藝流程圖；
圖2為本發(fā)明原理的鋅-鋁合金二元相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0013]實(shí)施例1
本實(shí)施例所述鋅-鋁合金泡沫的制備方法，如圖1所示，具體包括如下步驟:
(1)半固態(tài)鋅-鋁合金的制備:采用鋁質(zhì)量百分含量為20%的鋅-鋁合金為原料，將合金加熱到合金半固態(tài)溫度區(qū)間的液相體積:固相體積=1:1的溫度425°C，如圖2所示，保溫30min,獲得半固態(tài)鋅-鋁合金；
(2)發(fā)泡劑TiH2的分散:將粒度300~400目的TiH2顆粒加入到步驟(1)制得的半固態(tài)鋅-鋁合金中，所添加的TiH2顆粒的質(zhì)量為鋅-鋁合金質(zhì)量的1%，并以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌30min，使TiH2顆粒均勻分散在半固態(tài)鋅_鋁合金中；(3)鋅-鋁合金的發(fā)泡:將步驟(2)中制得的半固態(tài)鋅-鋁合金及TiH2顆粒的混合物加熱到合金的熔點(diǎn)470°C，TiH2在較高溫度、較高粘度的鋅-鋁合金熔體中分解，使鋅-鋁合金發(fā)泡，發(fā)泡時(shí)間為5min，發(fā)泡體在空氣中凝固、冷卻，得到孔隙率70%、平均孔徑2mm的鋅-鋁合金泡沫。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所述鋅-鋁合金泡沫的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)半固態(tài)鋅-鋁合金的制備:采用鋁質(zhì)量百分含量為25%的鋅-鋁合金為原料，將合金加熱到合金半固態(tài)溫度區(qū)間的液相體積:固相體積=1: I的溫度435°c，保溫40min，獲得半固態(tài)鋅-鋁合金；
(2)發(fā)泡劑TiH2的分散:將粒度250~300目的TiH2顆粒加入到步驟(1)制得的半固態(tài)鋅-鋁合金中，所添加的TiH2顆粒質(zhì)量為鋅-鋁合金質(zhì)量的2%，并以500轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌25min，使TiH2顆粒均勻分散在半固態(tài)鋅_鋁合金中；
(3)鋅-鋁合金的發(fā)泡:將步驟(2)中制得的半固態(tài)鋅-鋁合金及TiH2顆粒的混合物加熱到合金的熔點(diǎn)480°C，TiH2在較高溫度、較高粘度的鋅-鋁合金熔體中分解，使鋅-鋁合金發(fā)泡，發(fā)泡時(shí)間為lOmin，發(fā)泡體在空氣中凝固、冷卻，得到孔隙率80%、平均孔徑3mm的鋅-鋁合金泡沫。
實(shí)施例3
本實(shí)施例所述鋅-鋁合金泡沫的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)半固態(tài)鋅-鋁合金的制備:采用鋁質(zhì)量百分含量為30%的鋅-鋁合金為原料，將合金加熱到合金半固態(tài)溫度區(qū)間的液相體積:固相體積=1: I的溫度445°c，保溫60min，獲得半固態(tài)鋅-鋁合金；
(2)發(fā)泡劑TiH2的分散:將粒度200~250目的TiH2顆粒加入到步驟(1)制得的半固態(tài)鋅-鋁合金中，所添加的TiH2顆粒質(zhì)量為鋅-鋁合金質(zhì)量的3%，并以1000轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌5min，使TiH2顆粒均勻分散在半固態(tài)鋅_鋁合金中；
(3)鋅-鋁合金的發(fā)泡:將步·驟(2)中制得的半固態(tài)鋅-鋁合金及TiH2顆粒的混合物加熱到合金的熔點(diǎn)505°C，TiH2在較高溫度、較高粘度的鋅-鋁合金熔體中分解，使鋅-鋁合金發(fā)泡，發(fā)泡時(shí)間為20min，發(fā)泡體在空氣中凝固、冷卻，得到孔隙率85%、平均孔徑5mm的鋅-鋁合金泡沫。
【權(quán)利要求】
1.一種鋅-鋁合金泡沫的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (O將鋁質(zhì)量百分含量為20~30%的鋅-鋁合金加熱到合金的液相體積:固相體積=1:1的半固態(tài)溫度TC，在TC保溫30~60min，獲得半固態(tài)鋅-鋁合金； (2)將粒度200~400目的TiH2顆粒加入到步驟(1)制得的半固態(tài)鋅-鋁合金中，所添加的TiH2顆粒質(zhì)量為鋅-鋁合金質(zhì)量的I~3%，然后以300~1000轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌5~30min，得到半固態(tài)鋅-鋁合金和TiH2顆粒的混合物； (3)將步驟(2)中制得的半固態(tài)鋅-鋁合金及TiH2顆粒的混合物加熱到合金的熔點(diǎn)使鋅-鋁合金發(fā)泡5~20min，發(fā)泡體`在空氣中凝固、冷卻后得到鋅-鋁合金泡沫。
【文檔編號(hào)】C22C1/08GK103667764SQ201310740717
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】左孝青, 羅曉旭, 陸建生, 劉榮佩, 王應(yīng)武 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)