本發(fā)明屬于泡沫鋁制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鋁材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，離不開基礎(chǔ)材料的發(fā)展與革新。泡沫金屬的出現(xiàn)，為諸多工藝方法提供了新的思路及解決方案。泡沫金屬不同于其他化學(xué)纖維多孔材料，除了均勻的孔隙與更大的比表面積以及輕質(zhì)等特性，同時(shí)還具有優(yōu)良的金屬機(jī)械性能和熱、電等物理特性，并比聚合泡沫更易再生，這些優(yōu)越性能使泡沫金屬涉及的應(yīng)用范圍越來越廣。這類金屬孔隙度高，孔隙直徑可達(dá)至毫米級(jí)。
閉孔型金屬泡沫是一種多功能的新型結(jié)構(gòu)材料，具有相對(duì)密度小、比表面積大、比力學(xué)性能高、阻尼減震性能好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、船舶、軌道列車、汽車及建筑、機(jī)械等諸多領(lǐng)域。
閉孔金屬泡沫的制備方法主要包括有熔體攪拌鑄造法和粉末冶金法。熔體攪拌鑄造法首先將鋁在一定溫度下熔化，并向鋁熔體中加入具有增加熔體黏度作用的添加劑，再將發(fā)泡劑加入到鋁熔體之中并通過攪拌使其均勻分散，在這一過程中要控制發(fā)泡劑不分解或少量分解，通過對(duì)均勻混合的鋁熔體進(jìn)行澆注而得到致密的坯體。然后將得到的坯體加熱至固相線溫度以上，利用發(fā)泡劑受熱分解產(chǎn)生的氣體使坯體膨脹，最后將形成的處于熔融狀態(tài)的泡沫體冷卻，即可獲得金屬泡沫材料。
粉末冶金法首先將鋁粉末與發(fā)泡劑、添加劑進(jìn)行充分混合，再將混合物壓制成密實(shí)的坯體，然后對(duì)該坯體進(jìn)行加熱升溫，使溫度升至固相線以上并保溫一定時(shí)間，利用發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體在熔融狀態(tài)下的坯體內(nèi)部形成無數(shù)的氣孔，最后經(jīng)冷卻可得到金屬泡沫材料。
泡沫鋁是一種高孔隙率的多孔材料，它比重小、耐熱、吸音、抗震、有特殊的物理和化學(xué)性能。其既可作為功能材料，又可作為結(jié)構(gòu)材料，在機(jī)械、電子、建筑、交通運(yùn)輸、輕化工、軍工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，市場(chǎng)前景誘人，如用作輕質(zhì)裝潢建筑材料、輕化工填料及催化劑、熱交換器、阻燃材料、隔音消聲、減震抗沖、電磁屏蔽等。作為一類優(yōu)良的吸聲材料與減重材料，泡沫鋁材在建筑中有廣泛的應(yīng)用。建筑設(shè)施有許多構(gòu)件需用質(zhì)輕、剛性大與不燃性的材料制造，或者用這類材料作為支持框架。同時(shí)泡沫鋁材具有各向同性、不燃燒、保持結(jié)構(gòu)完整的特點(diǎn)，在航空航天工業(yè)有著相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。如用鋁箔制的蜂窩結(jié)構(gòu)在航空航天器中獲得了悠久而又廣泛的應(yīng)用，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制造成本高，而泡沫鋁材則是其良好的替代品。
泡沫鋁的制備方法很多，最常見的是粉末冶金法和鑄造法。但是現(xiàn)有的制備泡沫鋁的方法大多成本較高，而且所制得材料的阻尼性能和減震性能一般，更不具備梯度導(dǎo)熱能力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有泡沫鋁材料阻尼性能和減震性能一般且不具備梯度導(dǎo)熱能力，而提供一種泡沫鋁材料。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案為：一種泡沫鋁材料，該泡沫鋁材料由鋁合金、發(fā)泡劑和添加劑在高溫發(fā)泡和梯度冷卻的條件下制得，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述鋁合金為94%～98%、發(fā)泡劑為1%～5%、添加劑為1%～4%。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述鋁合金為鋁鎂合金或鋁銅合金。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述發(fā)泡劑為TiH2粉末。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述添加劑為氧化鋁粉末。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述高溫發(fā)泡溫度為600℃～700℃，所述梯度冷卻通過設(shè)置多段水冷段冷卻。
本發(fā)明另一目的在于提供一種泡沫鋁材料的制備方法，包括制備步驟如下：
步驟1）、將鋁合金升溫使熔化成為液態(tài)，采用超聲的方法進(jìn)行分散，制得熔體；
步驟2）、加入氧化鋁粉并不斷攪拌，增大熔體黏度；
步驟3）、加入發(fā)泡劑TiH2粉末并攪拌，使其均勻，制得發(fā)泡前驅(qū)材料；
步驟4）、將步驟3）制得的發(fā)泡前驅(qū)材料轉(zhuǎn)移至發(fā)泡爐中保溫發(fā)泡，制得熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料；
步驟5）、將步驟4）制得的熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料轉(zhuǎn)移出發(fā)泡爐，并進(jìn)行梯度冷卻凝固。
優(yōu)選的，步驟2）中所述熔體黏度為28.7～32.4η/mN·m。
優(yōu)選的，步驟4）中所述高溫發(fā)泡溫度為600℃～700℃，步驟5）中所述梯度冷卻通過設(shè)置多段水冷段冷卻。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：1）本發(fā)明的泡沫鋁材料具有較好的阻尼性能和減震性能；2）本發(fā)明在制備泡沫鋁過程中通過梯度冷卻的方法，制得的泡沫鋁材料具有梯度結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)了泡沫鋁材料的阻尼性能和減震性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1
1）將鎂鋁合金ZL301升溫至650℃使熔化成為液態(tài)，采用超聲的方法進(jìn)行分散，制得熔體；
2）加入氧化鋁粉并不斷攪拌，增大熔體黏度，熔體黏度為30.4η/mN·m，氧化鋁粉的加入量為鎂鋁合金ZL301質(zhì)量的3%；
3）加入發(fā)泡劑TiH2粉末并攪拌，使其均勻，制得發(fā)泡前驅(qū)材料，TiH2粉末的加入量為鎂鋁合金ZL301質(zhì)量2.4%；
4）將步驟3）制得的發(fā)泡前驅(qū)材料轉(zhuǎn)移至發(fā)泡爐中保溫發(fā)泡，發(fā)泡溫度為650℃，制得熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料；
5）將步驟4）制得的熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料轉(zhuǎn)移出發(fā)泡爐，并進(jìn)行梯度冷卻凝固。
實(shí)施例2
1）將鎂銅合金ZL202升溫至700℃使熔化成為液態(tài)，采用超聲的方法進(jìn)行分散，制得熔體；
2）加入氧化鋁粉并不斷攪拌，增大熔體黏度，熔體黏度為32.4η/mN·m，氧化鋁粉的加入量為鎂鋁合金ZL202質(zhì)量的4%；
3）加入發(fā)泡劑TiH2粉末并攪拌，使其均勻，制得發(fā)泡前驅(qū)材料，TiH2粉末的加入量為鎂鋁合金ZL202質(zhì)量5%；
4）將步驟3）制得的發(fā)泡前驅(qū)材料轉(zhuǎn)移至發(fā)泡爐中保溫發(fā)泡，發(fā)泡溫度為700℃，制得熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料；
5）將步驟4）制得的熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料轉(zhuǎn)移出發(fā)泡爐，并進(jìn)行梯度冷卻凝固。
實(shí)施例3
1）將鎂銅合金ZL302升溫至600℃使熔化成為液態(tài)，采用超聲的方法進(jìn)行分散，制得熔體；
2）加入氧化鋁粉并不斷攪拌，增大熔體黏度，熔體黏度為28.7η/mN·m，氧化鋁粉的加入量為鎂鋁合金ZL302質(zhì)量的1%；
3）加入發(fā)泡劑TiH2粉末并攪拌，使其均勻，制得發(fā)泡前驅(qū)材料，TiH2粉末的加入量為鎂鋁合金ZL302質(zhì)量1%；
4）將步驟3）制得的發(fā)泡前驅(qū)材料轉(zhuǎn)移至發(fā)泡爐中保溫發(fā)泡，發(fā)泡溫度為600℃，制得熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料；
5）將步驟4）制得的熔融狀態(tài)的泡沫鋁材料轉(zhuǎn)移出發(fā)泡爐，并進(jìn)行梯度冷卻凝固。