泡沫铝及其制备方法

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通孔泡沫铝的制备方法和性能

第３５卷
第５期
上
海
金
属
Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１３５３
２０１３年９月
ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
通孔泡沫铝的制备方法和性能
蔡振武张振何大海蒋凯雁胡正飞
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｏｐｅｎ — ｃｅｌｌｅｄａｌｕｍｉｎｕｍｏｆａｍｗａｓａｎｅｗｋｉｎｄｏｆｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｍｕｌｔｉｐｌｅ
【ＫｅｙＷｏｒｄｓ】Ｏｐｅｎ — ＣｅｌｌｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍＦｏａｍ，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
多孔泡沫金属是由金属骨架和气简单论述了孔隙率及孔径对泡沫铝压缩性能的影响，分析了材料性能和制备方法
的相关性。
【关键词】通孔泡沫铝
制备
压缩性能
ＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳｏＦｏＰＥＮ．ＣＥＬＬＥＤＡＬＵＭＩＮＵＭＦｏＡＭＰＲＥＰＡＲＥＤＢＹＤＩＦＦＥＲＥＮＴＭＥＴＨｏＤＳ
（上海市金属功能材料开发应用重点实验室同济大学材料科学与工程学院，上海２０００９２）
【摘要】通孔泡沫铝具有特殊的力学和物理性能，兼具结构材料和功能材料的特性，是一种具有多用途的新型多孔材料。详细介绍了目前通孔泡沫铝的主要制备方法，比较了各制备方

熔体发泡法制备稀土泡沫铝合金试验研究

ｔｍｐｒｔｒｓｉｒｎｉｅｅａｕｅ，ｔｒｉｇｔｍｅ，ｆａｎｏｔｎｎＯｏｎｆａｎｅｆｒａｃｎｈｕｃｉｎｏｃｏｒｒ —ｅｒｈｏｍｉｇｃｎｅｔａｄＳｎｏｏｍｉｇｐｒｏｍｎｅａｄｔｅｆｎｔｏｆｍｉｒａｅａｔ
力作用下，气泡长大发泡。气泡长大的驱动力由使
分解发泡剂产生的气体的分压Ｐ决定。根据气体
状态方程式：Ｖ＝ｎＴ在一定的发泡剂含量和一定ＰＲ，
具有轻质、阻燃、尼、阻高能量吸收等优良的物理性能＇，２其应用已经涉及了航天航空、输、Ｊ运电子、军工、工、保、化环能源、机械、物等各个高科技领域生
及一般工业领域。稀土金属用作铝合金添加剂，可
的发泡时间条件下，随着温度的升高，大，泡Ｐ增气生长的驱动力加强，同时液体的粘度降低，泡生长气需克服的外界阻力减小，因此在一定温度范围内，气
泡生长趋势强劲，沫铝的孔隙率增大，泡体积质量变
改变其物理性质，增加其耐磨性、高温强度及抗蠕耐变强度，改善加工性能。因此开发功能与结构一体
化的新型材料一稀土泡沫铝材，着十分广阔的市有
小。随着温度的升高Ｐ不断地增大，同时液体的粘度不断降低，泡壁承受来自Ｐ的能力变弱，气使得
场前景。制备泡沫铝的方法很多，粉末冶金法、如熔体发泡法、渗流铸造法、电渡法、烧结法等等Ｊ。本文采用熔体发泡法制备稀土泡沫铝合金。

反重力渗流铸造法制备开孔泡沫铝材料

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｐｅｎ－ｃｅｌｌｅｄａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃ０ｕｎｔｅｒ — ｇｒａｖｉｔｙｉｎｉｌｆｔｒａｔｉｏｎｃａｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｏｉｄｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｍａｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓｈａｒｄｌｙｍａｃｒｏ－ｄｅｆｅｃｔｉｎｔｈｅｆｏａｍｓａｍｐｌｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃｏｕｎｔｅｒ — ｇｒａｖｉｔｙｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｆｏａｍｍａｔｅｒｉａｌｓｅｘｈｉｂｉｔｕｎｉｆｏｒｍｐｏｒｅｓｄｉｓｔｒｉ — ｂｕｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆｅｖｅｒｙｐｏｒｅ．Ｔｈｅｖｏｉｄｃｏｎｔｅｎｔａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｓｓｔｒｏｎｇｌｙ．Ｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｓｓａｎｄｐｌａｔｅａｕｓｔｒｅｓｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｖｏｉｄｃｏｎｔｅｎｔ．Ｒａｉｓｉｎｇｐｒｅ－ｈｅａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｐａｃｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｅｘｔｅｎｄｉｎｇｄｗｅｌｌｔｉｍｅａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｏｌｏｗｅｒｔｈｅｖｏｉｄｃｏｎｔｅｎｔｉｎａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｕｎｔｅｒ－ｇｒａｖｉｔｙｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃａｓｔｉｎｇ；ｏｐｅｎ－ｃｅｌｌｅｄａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｓ；ｖｏｉｄｃｏｎｔｅｎｔ；ｑｕａｓｉ — — ｓｔａｔｉｃ

泡沫铝技术及其在车辆中的应用

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泡沫铝技术及其在车辆中的应用
毛春升，钟绍华
（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉 !"##$# ）摘要：泡沫铝是一种新型的多功能材料，有着许多优良的物理与机械特性，使其在工程中有广泛的应用前景。介绍了泡沫铝的制备技术、适用于车辆的特性及在车辆中应用的相关技术、应用的状况。关键词：泡沫铝技术；车辆；应用中图分类号： +,%!)-( 文献标识码： .
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应力 D 6E0
应用的主要是具有轻质、高比强度、高刚度、吸声、降噪、减振和吸收能量特性的闭孔结构泡沫铝，其制备可采用铸造渗流法。该方法是把一定粒度的盐类（氯化钠等）放入模具中，然后将液态铝及其合金压入其孔隙中，最后用蒸汽或热水把盐类溶出，得到通孔结构的泡沫铝材料。盐类粒子来源广泛、价格低廉，不与铝液发生化学反应，是铸造渗流法制备泡沫铝的理想材料。
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应变 D ! 线弹性区屈服平台区致密化区
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泡沫铝压缩应力 ’ 应变曲线
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气泡法气泡法是用特别设计的涡轮或振动喷嘴向铝熔
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能量吸收性能多孔结构的泡沫铝可用作能量吸收材料，它的
物中注入气体（空气、氮气、氩气等），产生气泡并均匀分散，从而使铝熔物发泡，形成的气泡与铝熔物的粘性混合物浮于液态铝上方，排掉下方的部分液态铝，用传送带将上方泡沫移走，经冷却后即制成泡沫铝材。这种方法已被澳大利亚的 23405 铝业公司用部分参于商业生产，其产品称为 6758.49 泡沫铝，数见表 &。

泡沫铝资料

陈楠楠，凤仪，陈杰，李斌. 泡沫铝接触反应钎焊工艺及性能,焊接学报.1 试验方法1．1 试验材料焊接试验所用母材为试验室自制的纯铝开孔泡沫铝，孔隙率为65%．中间层材料包括: 厚度为0. 01 mm 的铜箔和厚度为0．4 mm 的纯铝片．1．2 试验过程采用机械切割将泡沫铝加工成尺寸为25 mm ×25 mm ×20 mm 的矩形块，并将铜箔与铝片剪成25mm ×20 mm 的矩形片．对泡沫铝矩形块待焊面、铝片和铜箔正反面采用砂纸进行打磨，以保证焊接接触面平整并去除表面氧化层，之后采用丙酮对材料进行多次超声清洗后吹干备用．按照泡沫铝块，铜箔，铝片组装成待焊接试样，用自制夹具装夹固定，如图1 所示．将装夹后的待焊试样放入焊接盒内，盒内放入少量镁块，以进一步降低焊接环境氧气分压，之后将焊接盒放入真空碳管烧结炉内施行钎焊．在焊接温度( 570 ℃) 与环境真空度( 10 －3 MPa) 一定的条件下，改变焊接保温时间进行对比试验．对应焊接试样的焊接保温时间5，10，15，20，25 min 将其分别编号为1，2，3，4，5．采用线切割将焊后样品切割成为结构组织观察用试样和抗弯测试用试样两类．采用扫描电子显微镜( SEM) 观察焊缝结构与微观组织，并用扫描电镜所附的能谱分析仪( EDS) 分析焊缝组织成分以及主要元素分布．采用万能试验机对五种抗弯试样进行三点抗弯试验，加载速度为1 mm/min，分别对每种焊接试样的3 个样品进行抗弯测试，取平均值作为焊接试样抗弯强度．褚旭明,何思渊,何德坪.二次发泡法连接泡沫铝界面结构与力学性能.中国力学学会学术大会20091 实验方法和试验方案泡沫铝和泡沫铝合金均是将铝或者铝合金熔体通过增黏，发泡，冷却等工艺的熔体发泡法制备获得。

泡沫铝合金的孔隙率为40.7%。

主要成分分别见表1、2采用电火花线切割机将上述实验制备的泡沫铝加工为Φ35mm×60mm 的圆棒状试样，泡沫铝合金加工成尺寸为Φ35mm×3mm 的圆片状试样。

泡沫铝的制备及热处理过程的影响

Ｈａｒｂｉｎ１５０００１。Ｃｈｉｎａ）
摘要：利用泡沫镍作为基体，采用电沉积的方法制备泡沫铝，并采用热处理过程改善了镀铝层的性能。通过扫描电子显微
镜（ＳＥＭ）、ｘ射线衍射仪（ｘＲＤ）和动电位极化曲线等手段，对镀层的微观形貌、成分及性能进行了研究。结果表明：当电流密
０．４５Ａ／ｄｍ，ｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄａｌｕｍｉｎｕｍｃｏａｔｉｎｇｉｓｔｈｅｍｏｓｔｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ，ｗｉｔｈａｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆａｂｏｕｔ１０ｕｍ；ｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍ
约一个数量级。
关键词：泡沫铝；电沉积；电流密度；热处理
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅ１ｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｏｆｎｉｃｋｅｌｆｏａｍ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅ
王秋明，王殿龙，王
博
（哈尔滨工业大学化０１）
ＷＡＮＧＱｉｕ — ｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＤｉａｎ — ｌｏｎｇ，ＷＡＮＧＢｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

泡沫金属的介绍及制备31

泡沫金属的介绍及制备31泡沫金属的介绍及制备31泡沫金属是一种以金属材料为基础制成，具有类似泡沫状结构的材料。

它的制备过程中，首先需要选取合适的金属材料作为基材，常见的有铝、镍、钛等。

其次，在基材上加入一定比例的发泡剂，使金属材料呈现出气泡状态。

最后，通过烧结或热退火等工艺，使气泡中的气体逸出并固化，形成具有泡沫状结构的金属材料。

泡沫金属具有许多独特的性质和应用领域。

首先，由于其内部是由无数小气孔组成，泡沫金属具有极高的孔隙率和低密度，因此具有较轻的重量和优秀的吸能能力。

其次，泡沫金属具有优异的热传导性能，可用于制作热交换器、散热器等产品。

此外，泡沫金属还具有良好的声学特性和隔热性能，可用于制作噪音吸收材料和保温材料等。

此外，泡沫金属还具有良好的机械性能，可用于制作轻质结构材料和吸能缓冲材料等。

泡沫金属的制备方法主要分为多种，其中常用的有发泡剂法、模板法和金属粉末冶金法等。

发泡剂法是一种较为简单和经济的制备方法，其步骤包括：选取合适的金属粉末作为基材，加入一定比例的发泡剂。

然后，在一定的温度和压力下进行热处理，使基材中的发泡剂气化并形成泡沫结构。

模板法则需要制备一个具有所需孔隙结构的模板，然后通过烧结或电解沉积等工艺，在模板中填充金属材料，最后移除模板，获得泡沫金属。

金属粉末冶金法则以金属粉末作为原料，通过混合、压制和烧结等步骤，实现金属粉末的烧结和固化，形成金属泡沫。

综上所述，泡沫金属具有独特的结构和优异的性能，在航空航天、能源、汽车等领域有着广泛的应用。

随着制备工艺和材料研究的不断进步，泡沫金属的应用前景将变得更加广阔。

泡沫铝的制备工艺_组织性能及应用前景

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泡沫铝材的生产工艺及组织性能
泡沫铝材的生产工艺制造泡状铝合金材料的方法不少，目前在工业上
获得应用的就有五六种，其中较成熟的是不莱梅市弗雷霍费实用材料研究所（ 2*34-567+* 8-90/: （ )*+,+-./01）的金属氢化物发泡 0+40+ 76* ;<==/+> ?30+*/3=9 @+9+3*.5）
［B］及各种性能等）不稳定。近期，弗雷霍费实用材料研
究所（ 82;?）研究开发的金属氢化物发泡法即粉末冶金生产法（ <6C>+* ,+03==4*D1 <*6>4.0/6- ,+056>）在这方面取得了突破性的成就，可以制备结构相当均匀的泡沫铝材，并加工成近成品尺寸的零件，具有闭孔式的显微组织，其力学性能比开孔泡沫铝材料高得多。可用这种材料加工形状复杂的零、部件与三明治式的复合材料（93->C/.5 90*4.04*+9 .6,<69+>），即芯层为泡沫铝而两面为金属薄板。用粉末冶金法制造泡沫铝材料，首先将铝粉或铝合金粉与少量的发泡剂混匀，如发泡剂为金属氢化物（,+03= 51>*/>+），用量通常不超过 !$ 。将混匀的混合物压制成无残余通（开）孔（ 6<+- <6*69/01）的密实块体。常用的压实方法有：单轴向压制、挤压、粉末轧制。压实后还要做进一步的加工，诸如轧制、模锻或挤压，以使其成为半成品。然后，将此种可发泡的半成品加热到接近或高于混合物熔点的高温。在加热过程中，发泡剂分解，释放出大量的气体（氢），迫使致密的压实材料膨胀，形成多孔隙的泡沫材料。泡沫铝材的密度或其孔隙率可通过发泡剂添加量或其他工艺参数如加热温度、加热速度等调控。可用加工好的毛坯制取形状复杂的泡沫铝零件，方法是：将毛坯置于钢模内，加热、发泡与膨胀成近成品尺寸的零件。制取这种泡沫铝材的大致工艺参数为：纯铝粉或铝合金粉 BB$ ，氢化钛粉 !$ ；在钢容器内 %E ?F3 的压力下，压实成无孔隙的块体；模锻成板块； "EEGEEH 发泡后冷却。如要制备三明治式复合材料，可在泡沫材的外表胶粘金属薄板。若需要纯金属式的连接，则不用胶粘法，而在发泡前用轧制法将加工好的泡沫块体与外层的金属板轧压焊合，如轧制包铝材料那样。粉末冶金法虽然工艺较复杂，但产品质量高，性能稳定，便于商业化生产，德国已用此法为汽车工业提供泡沫铝合金车身板及其零部件。同时可用此法制备形状复杂的近成品尺寸的工件，机械加工量大为减少，制造周期缩短，工件的再现性高。

泡沫铝复杂曲面三明治结构制备方法与机理研究

泡沫铝复杂曲面三明治结构制备方法与机理研究摘要：本文研究了如何制备泡沫铝的复杂曲面三明治结构，并探究了其制备机理。

首先介绍了泡沫材料的发展历程和种类，然后介绍了三明治结构的定义和分类。

接着介绍了制备复杂曲面泡沫铝三明治结构的工艺流程，并详细阐述了制备过程中的关键步骤，例如铝箔超声振荡、涂覆胶黏剂、组装复合等。

最后，通过扫描电镜（SEM）观察了不同曲率泡沫铝的微观结构，证明了复杂曲面泡沫铝三明治结构成功制备。

通过对制备过程中涉及到的材料、工艺参数和制备条件等进行分析，得出了制备成功的机理，并进行了讨论。

关键词：泡沫铝；三明治结构；复杂曲面；制备方法；机理研究1.引言泡沫材料具有轻质、隔热、吸声等优良性能，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

泡沫铝作为一种新型泡沫材料，由于其具有高强度、高吸能、良好的导热导电性能等优点，正逐渐被人们所重视。

然而，由于其材料结构的特殊性质，使得制备复杂曲面的泡沫铝三明治结构成为一项技术挑战。

因此，为了满足特定应用需求，必须进行相应的研究和制备。

2.泡沫铝的种类及三明治结构的定义和分类泡沫铝主要分为两类：一类是开放孔结构，另一类是密闭孔结构。

根据其制备方法和孔隙率不同，又可分为片状泡沫、球形泡沫和管状泡沫等不同形态。

三明治结构（sandwich structure）是指将薄板材料（如金属板、塑料板等）和泡沫材料（如聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等）组合而成的结构。

根据其表面层数的不同，可分为单层三明治结构和多层三明治结构。

根据其材料组成的不同，可分为金属三明治结构、聚合物三明治结构和金属-聚合物三明治结构等不同类型。

3.制备复杂曲面泡沫铝三明治结构的工艺流程和关键步骤制备复杂曲面泡沫铝三明治结构的工艺流程主要包括：铝箔超声振荡、涂覆胶黏剂、组装复合等几个关键步骤。

具体方法如下：3.1 铝箔超声振荡铝箔是泡沫铝的核心材料，超声振荡是铝箔制备过程中的重要步骤。

通过超声波作用，可以使铝箔表面发生变化，形成表面起伏，实现复杂曲面的制备。

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泡沫铝是同时兼有金属和气泡特征的新型轻质功能-结构一体化
材料，其特殊的结构决定了它具有许多致密金属所没有的特殊性能，
如(1)轻质：密度仅为金属铝的10%～40%；(2)高比刚度：其抗弯比刚
度为钢的1.5倍；(3)高阻尼减震性能及冲击能量吸收率：阻尼性能为
金属铝的5～10倍；(4)良好的隔声性能（闭孔）和吸声性能（通孔）：
声波频率在800～4000HZ之间时，闭孔泡沫铝的隔声系数达0.9以上；
声波频率在125～4000HZ之间时，通孔泡沫铝的吸声系数可达0.8；
(5)优良的电磁屏蔽性能：电磁波频率在2.6～18GHz之间时，泡沫铝
的电磁屏蔽量可达60～90dB；(6)导热系数低，闭孔泡沫铝导热系数
相当于大理石；而通孔泡沫铝则具有良好的散热性。泡沫铝性能的优
劣主要取决于其孔隙率、孔径、通孔率、孔类型、比表面积等孔结构
参数，而其孔结构参数主要取决于制备工艺。因此泡沫铝的制备技术
已成为新材料领域的研究热点。
一、粉末冶金发泡法。
粉末冶金发泡法是将铝或铝合金粉末与发泡剂(一般为TiH2)按
一定比例配制并混合均匀，在适当的压力下压成致密的预制胚体，然
后将压好的预制体进一步加工成半成品，再将此半成品放入所需零件
形状的钢模内，加热到接近预制体熔点的温度，使发泡剂分解释放出
气体形成气泡，制得闭孔泡沫铝。类似于粉末冶金法的烧结工艺过程
的另一种方法是烧结脱溶法。首先将铝或铝合金粉末和可去除填充颗
粒混合均匀，再把混合物压制成致密的半成品，然后在一定温度烧结。
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若填充颗粒为尿素、碳酸氢氨等可分解有机物，则烧结过程中颗粒会
分解气化；若填充颗粒为NaC1等可溶性盐，则在烧结后用溶剂将其溶
去得到通孔泡沫铝。
二、熔体发泡法。
熔体发泡法发泡过程在液相进行，主要有直接吹气法、发泡剂发
泡法等。直接吹气发泡法是:首先向金属熔融液中加入SiC、Al2O3等，
并均匀分散以提高熔体粘度，然后向熔体底部吹入气体(如氮气、惰性
气体等)，在金属液中形成大量气孔后冷却凝固。发泡剂发泡法是：在
铝熔融体中加入发泡剂搅拌均匀，加热使发泡剂分解产生气体，气体
膨胀而发泡，冷却后得泡沫金属。所用发泡剂通常为TiH2或ZrH2等
金属氢化物。通过高速搅拌使发泡剂颗粒迅速均匀分散于铝熔融体中、
使用增粘剂（如金属钙）增大熔体的粘度以防止发泡过程中气泡逸出
或结合长大，可以使孔结构得到改善。
三、二次发泡法。
二次发泡法是一种综合了粉末冶金发泡法及熔体发泡法优点的泡
沫铝制备方法，其技术工艺路线是在铝熔体中加入增粘剂(Ca、Al2O3
等)搅拌均匀，在合适的温度和粘度条件下加入发泡剂(预处理好的
TiH2)，分散均匀，在TiH2未分解前将熔体铸入模具中快速冷却凝固，
即得到发泡先驱体。当发泡先驱体受热达到一定温度时，先驱体中
TiH2开始分解并发泡，最终制得泡沫铝。
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