專利名稱：一種鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫金屬材料的制備方法，屬于多孔金 屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泡沬金屬(泡沫鋁、泡沬鋼等)由于其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)，具有低密度、能 量吸收、電磁屏蔽、吸音、低的熱電導(dǎo)率等性能，在輕量化結(jié)構(gòu)、功能應(yīng)用上 受到了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注，在汽車、建筑、航天航空、緩沖吸震、吸音降噪、 電磁屏蔽、熱障材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。如何提高泡沬金屬的強(qiáng)度， 一直是泡沫金屬開發(fā)研究的關(guān)鍵問題。目前的 泡沬金屬強(qiáng)化技術(shù)，大多集中如何改善泡沬材料的宏觀孔結(jié)構(gòu)及其均勾性、提 高基體金屬材料的強(qiáng)度兩方面，但基體材料對(duì)泡沬金屬比強(qiáng)度和能量吸收性的 貢獻(xiàn)畢竟有其限度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沬材料的制備方法，其工藝 簡(jiǎn)單可行，能將高壓氣相密封于泡沬金屬閉孔內(nèi)，從而提高泡沬金屬的強(qiáng)度。本發(fā)明為提高泡沬金屬的強(qiáng)度所采用的方案是將帶微孔隙的兩種直徑規(guī) 格大小不同的空心鋼球燒結(jié)成多孔空心鋼球結(jié)構(gòu)(大小球的體積比根據(jù)需要的孔 隙率、孔徑確定，金屬空心鋼球混料充分后可獲得理想密堆結(jié)構(gòu))；把該空心鋼 球結(jié)構(gòu)和鋁或鋁合金放入室溫壓力腔內(nèi)，增壓使室溫壓力腔內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定的室 溫壓力后封閉壓力腔的氣體進(jìn)出口;將室溫壓力腔加熱使鋁或鋁合金熔化并保 溫，同時(shí)空心鋼球內(nèi)、外的氣相壓力平衡并達(dá)到壓力腔壓力；將空心鋼球結(jié)構(gòu)體 壓浸入同處于壓力腔中的鋁或鋁合金熔體內(nèi)，使鋁或鋁合金熔體填充鋼結(jié)構(gòu)體鋼 球之間的空間；然后將鋁或鋁合金與鋼球的復(fù)合體在壓力腔內(nèi)緩慢冷卻到到 45(TC 550。C進(jìn)行固相燒結(jié)，將高壓氣體密封在鋼球內(nèi)；復(fù)合體冷卻得到銷-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料。本發(fā)明的還包括以下技術(shù)方案空心鋼球中、低碳鋼空心球或不銹鋼， 大空心鋼球內(nèi)徑3mm 5mm,壁厚0.1mm 0.3mm,小空心鋼球內(nèi)徑lmm，壁 厚0.1mm 0.2mm,大小球體積比3 5:1;不同直徑空心鋼球混合轉(zhuǎn)速50rpm 300rpm,混合時(shí)間10min. 70min.;空心鋼球燒結(jié)燒結(jié)溫度1000°C 1400°C, 燒結(jié)時(shí)間10min. 180min.，燒結(jié)氣氛H2;室溫壓力腔室溫氣體壓力lMPa 15MPa，充入氣體為氮?dú)饣驓鍤?；壓力腔加熱保溫加熱溫度為鋁或鋁合金的熔點(diǎn)以上20。C 5(TC，保溫時(shí)間5min. 20min.;壓力腔壓浸壓浸溫度為鋁或 鋁合金的熔點(diǎn)以上20。C 50。C，壓浸壓力0.1MPa lMPa，壓浸時(shí)間lmin. lOmin.;壓力腔燒結(jié)燒結(jié)溫度450°C 550°C,燒結(jié)時(shí)間10min. 50min.;復(fù) 合體冷卻連同壓力腔一起隨爐冷卻。本發(fā)明的有益效果是(1)有效地利用存在于泡沬金屬閉孔內(nèi)的氣相壓力 提高了泡沫金屬的強(qiáng)度，孔隙率達(dá)到48% 80%,孔徑1 mm 5mm，氣象增 強(qiáng)強(qiáng)度lMPa 15MPa; (2)在壓力腔內(nèi)使鋼球燒結(jié)體內(nèi)外充滿高壓氣體后，用 較低熔點(diǎn)的鋁或鋁合金熔體填充鋼球的空隙，冷卻到一定溫度燒結(jié)形成鋁-鋼的 冶金結(jié)合、燒結(jié)致密化以密封高壓氣體，很好地解決了泡沬金屬內(nèi)高壓氣相的 存留技術(shù)問題。


圖l為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一將空心鋼球(20鋼空心球，大鋼球內(nèi)徑4mm,壁厚0.15mm，小鋼球內(nèi)徑 lmm，壁厚0.15mm,大小球體積比4:1)在混料機(jī)內(nèi)混合均勻(轉(zhuǎn)速100rpm， 混合時(shí)間30min.)后，在氫氣氛中燒結(jié)(燒結(jié)溫度1200°C，燒結(jié)時(shí)間lOOmin.) 成具有一定強(qiáng)度的多孔空心鋼球結(jié)構(gòu)，把該空心鋼球結(jié)構(gòu)及純鋁放入室溫壓力 腔內(nèi)，增壓使氣氣壓力達(dá)到5MPa后封閉氣體進(jìn)出口，將室溫壓力腔加熱到70(TC 保溫lOmin.，使空心鋼球內(nèi)、外的氣相壓力在鋼球殼微孔的作用下平衡并達(dá)到 壓力腔的壓力，將空心鋼球結(jié)構(gòu)體壓浸(壓浸溫度700°C，壓浸壓力0.5MPa, 壓浸時(shí)間5min)入同處于壓力腔中的純鋁熔體內(nèi)，使純鋁熔體填充鋼結(jié)構(gòu)體 鋼球之間的空間，然后將鋁與鋼球的復(fù)合體在壓力腔內(nèi)隨爐緩冷到53(TC進(jìn)行固 相燒結(jié)20min.,使鋁-鋼之間形成擴(kuò)散冶金結(jié)合、燒結(jié)致密化封閉微孔隙并將高 壓氣體密封在鋼球內(nèi)，最后將純鉬與鋼球的復(fù)合體及壓力腔隨爐冷卻，得到孔 隙率70%、孔徑范圍l-4mm的鉬-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沬材料，高壓氣相的強(qiáng)度 提高值為5MPa。其它實(shí)施例見下表:工藝過程工藝參數(shù)工藝參數(shù)范圍實(shí)施例二實(shí)施例三空心鋼球混 合IO鋼空心球，大鋼球外徑 3mm，壁厚0.3mm，小鋼 球外徑lmm ,壁厚 0.2mm,大小球體積比410L不銹鋼空心球，大鋼 球外徑5mm ， 壁厚 O.lmm ，小鋼球外徑 lmm,壁厚0.1mm,大小中、低碳鋼或不銹鋼空心 球，大空心鋼球內(nèi)徑3 5mm，壁厚0.1 0.3mm, 小空心鋼球內(nèi)徑lmm，壁5:1,混合轉(zhuǎn)速50rpm,混 合時(shí)間70min.球體積比3:1，混合轉(zhuǎn)速 300rpm,混合時(shí)間10min.厚0.1 0.2,,大小球體 積比3~11:1,混合轉(zhuǎn) 速50 300rpm，混合時(shí)間 10 70min.混合鋼球燒 結(jié)燒結(jié)溫度140(TC,燒結(jié)時(shí) 間10min.,還原氣氛H2燒結(jié)溫度ioocrc，燒結(jié)時(shí) 間180min.,還原氣氛H2燒結(jié)溫度1000 140(TC, 燒結(jié)時(shí)間10 180min., 還原氣氛H2室溫壓力腔空心10鋼球燒結(jié)體， AlSil2合金，氮?dú)馐覝貕?力15MPa空心410L不銹鋼球燒結(jié) 體，AlSi9合金，氬氣室 溫壓力lMPa1 15MPa的氮?dú)饣驓鍤?室溫壓力腔壓力腔加熱 保溫加熱溫度6I0'C，保溫時(shí) 間5mnin.加熱溫度630'C,保溫時(shí) 間20mnin.加熱溫度鋁或鋁合金的 熔點(diǎn)以上20 5(TC,保溫 時(shí)間5 20min.;壓力腔壓浸壓浸溫度610'C，壓浸壓 力lMPa,壓浸時(shí)間lmin.壓浸溫度630'C,壓浸壓 力O.lMPa ,壓浸時(shí)間 lOmin.壓浸溫度每或鋁合金的 熔點(diǎn)以上20 50'C,壓浸 壓力0.1 1MPa,壓浸 時(shí)間1 10min.壓力腔燒結(jié)燒結(jié)溫度45(TC，燒結(jié)時(shí) 間50min.燒結(jié)溫度55(TC，燒結(jié)時(shí) 間lOmin.壓力腔燒結(jié)燒結(jié)溫度 450 55(TC,燒結(jié)時(shí)間 10 50min.復(fù)合體及壓 力腔冷卻隨爐冷卻隨爐冷卻隨爐冷卻復(fù)合泡沫結(jié) 構(gòu)及氣象增 強(qiáng)強(qiáng)度孔隙率48%,孔徑范圍 1 3mm,氣象增強(qiáng)強(qiáng)度 15MPa孔隙率80%,孔徑范圍 1 5mm,氣象增強(qiáng)強(qiáng)度 lMPa孔隙率89%,孔徑范圍 0.4 4mm，氣象增強(qiáng)強(qiáng) 度1 15MPa
權(quán)利要求
1、一種鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料的制備方法，其特征是將帶微孔隙的兩種直徑規(guī)格大小的空心鋼球混合燒結(jié)成多孔空心鋼球結(jié)構(gòu)；把該空心鋼球結(jié)構(gòu)和鋁或鋁合金放入室溫壓力腔內(nèi)，增壓使室溫壓力腔內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定的室溫壓力后封閉壓力腔的氣體進(jìn)出口；將室溫壓力腔加熱使鋁或鋁合金熔化并保溫，同時(shí)空心鋼球內(nèi)、外的氣相壓力平衡并達(dá)到壓力腔壓力；將空心鋼球結(jié)構(gòu)體壓浸入同處于壓力腔中的鋁或鋁合金熔體內(nèi)，使鋁或鋁合金熔體填充鋼結(jié)構(gòu)體鋼球之間的空間；然后將鋁或鋁合金與鋼球的復(fù)合體在壓力腔內(nèi)緩慢冷卻到450℃～550℃進(jìn)行固相燒結(jié)，將高壓氣體密封在鋼球內(nèi)；復(fù)合體冷卻得到鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沬材料制備方法，其特征 是空心鋼球的材料為中、低碳鋼或不銹鋼，大空心鋼球內(nèi)徑3mm 5mm,壁 厚0.1mm 0.3mm，小空心鋼球內(nèi)徑lmm,壁厚0.1mm 0.2mm,大小球體積 比3 5:1;不同直徑空心鋼球混合的轉(zhuǎn)速為50rpm 300rpm，混合時(shí)間為 10min. 70min.;空心鋼球燒結(jié)溫度為1000。C 1權(quán)。C,燒結(jié)時(shí)間10min. 180min.,燒結(jié)氣氛H2;室溫壓力腔室溫氣體壓力lMPa 15MPa,充入氣體 為氮?dú)饣驓鍤猓讳X或鋁合金的加熱溫度為其熔點(diǎn)以上2(TC 5(TC，保溫時(shí)間 5min. 20min.;壓力腔壓浸溫度為鉬或鋁合金的熔點(diǎn)以上20°C 50°C,壓浸壓 力0.1MPa lMPa，壓浸時(shí)間lmin. 10min.;壓力腔燒結(jié)溫度為450°C 550°C， 燒結(jié)時(shí)間10min. 50min.;復(fù)合體連同壓力腔一起隨爐冷卻。
全文摘要
一種鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料的制備方法，屬于多孔泡沫金屬領(lǐng)域。本發(fā)明通過采用在壓力腔內(nèi)使空心鋼球充滿高壓氣體后，用較低熔點(diǎn)的鋁或鋁合金熔體填充鋼球間的空隙，隨后燒結(jié)密封高壓氣體的方法，將高壓氣相密封于鋁-鋼復(fù)合泡沫的閉孔內(nèi)，得到鋁-鋼-高壓氣相復(fù)合泡沫材料。本方法可將高壓氣相密封于泡沫金屬閉孔內(nèi)，利用氣相氣壓提高了泡沫金屬的強(qiáng)度，是一種新的提高泡沫金屬材料強(qiáng)度的有效途徑。
文檔編號(hào)C22C1/08GK101215650SQ20081005800
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者蕓 周, 孫加林, 左孝青, 陸建生 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)