铝熔体泡沫铝气泡形核规律及小孔径泡沫铝制备文献综述

 2022-10-26 16:06:40

文献综述(或调研报告):

泡沫材料和其它多孔材料是一类包含大量孔隙的材料,普遍存在于我们周围,具有优异的物理和力学性能。因此,在自然界中,多孔材料常被用来作为结构和功能材料(例如木材和骨骼)。海绵被广泛应用于社会生产和生活的各个环节,是一种常见的人工制备的泡沫材料,但是很少会有人知道金属也可以制备成多孔甚至是泡沫结构,而且由于泡沫状金属具有独特的性能,在今后将会有广泛的应用前景。

泡沫铝作为一种新型复合材料,兼具金属和气泡的特征,可广泛应用于交通运输、航空航天、环境保护、新型能源、机械化工、电子化工、建筑工程等领域。在近二三十年的时间内,泡沫铝的研究取得了突飞猛进的发展,多个国家已经实现多种制备方法的产业化生产。制备泡沫铝的方法有很多种,如粉末冶金法、熔体发泡法、渗流铸造法、电沉积法等。

1.粉末冶金法

粉末冶金法是用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作原料,经过成型和烧结制造多孔金属材料的工艺过程。将铝粉与氢化钛粉末混合之后,放入模具中,将模具放入压力机中,施加压力压制成金属坯后,对其进行加热升温。当温度升至铝粉(铝合金粉)的熔点或略高于熔点时,氢化钛分解产生的氢气在熔融状态的金属液中形成无数气孔。对基体冷却之后,即可得到泡沫铝样品。而由于纯铝在高温下极易氧化,表面会形成高熔点的氧化铝薄膜而使得金属坯不融化而无法发泡,因此需采取适当的保护措施。一般采用通入氩气或将金属坯置于熔融的熔盐中,从而隔绝空气,实现保护的目的。

2.熔体发泡法

熔体发泡法是在熔融金属中加入发泡剂,搅拌均匀之后加热使发泡剂分解产生气体,气体膨胀会是金属液体发泡,冷却之后即可得到泡沫铝固体。本实验即采用这种方法,使用的发泡剂为氢化钛和碳酸钙。此方法的缺点在于在发泡时难以控制气泡大小,因此很难获得气孔尺寸均匀的多孔材料。针对这个问题,第一要在发泡剂加入进熔体时进行高速搅拌,使发泡剂能够均匀分布在熔体金属中,第二要加入适量钙粒,以增加体系的粘度,防止发泡过程中气体逸出与气泡结合长大,从而获得气孔尺寸均匀的泡沫铝成品。

3.渗流铸造法

渗流铸造法是无极或者有机颗粒中注入铝液来制备泡沫铝。氯化钠因为其成本低廉而成为了合适的渗流颗粒,生产时,首先将绿化男颗粒装入嵌套内,稍加压实后,连同嵌套装于加热炉内,预热一定时间后取出,装上钢套后浇注铝液。铝液进入氯化钠颗粒的间隙内,冷却后取出放入水中,待氯化钠颗粒溶解之后即制成泡沫铝成品,此法操作简便,生产时间短,成本低廉,但氯化钠颗粒中可能含有结晶水,在浇注时可能可能会产生喷溅甚至爆炸,故要将氯化钠颗粒在适当温度下保温一段时间以分离结晶水。此外,东南大学的马立群与何德坪使用具有可燃性的颗粒状载体JY和调节性载体HS作为渗流颗粒,在渗流颗粒浇注过后置于300℃的炉中数分钟,使颗粒燃尽,留下泡沫铝成品。

4.电沉积法

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