一種造孔劑法制備5系泡沫鋁合金材料的方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種造孔劑法制備5系泡沫鋁合金材料的方法。該5系泡沫鋁合金材料以粒徑為300?500?μm，純度99.99%的NH4HCO3顆粒為造孔劑；5系鋁合金粉末粒徑為100?200?mm。將5系鋁合金粉末和NH4HCO3顆粒造孔劑照質(zhì)量比Al:NH4HCO3=1?5:1?2完全混合后，用50?200?MPa的壓制力將混合粉末壓制成生坯，放入在石英管式燒結(jié)爐中采取梯級加熱方式，先升溫至150℃?300℃并保溫2?3小時，再升溫至540?580?℃并保溫1?3小時進行燒結(jié)，隨爐冷至室溫后獲得5系泡沫鋁合金材料。本發(fā)明專利技術制備的5系泡沫鋁合金材料，造孔劑成本低，孔洞分布均勻易于控制孔洞尺寸，且不存在雜質(zhì)元素污染基體的問題，其平均孔徑為131?μm?278?μm，孔隙率為40%?75%，密度為0.68g/cm3?1.62g/cm3。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種造孔劑法制備5系泡沫鋁合金的方法。
技術介紹
5XXX系鋁合金是應用非常廣泛的合金體系，具有比重小、比強度高、良好的耐蝕性、焊接性和易于加工成形等特點，是廣泛應用于超塑成形的鋁合金，已成為軌道交通工業(yè)和船舶制造業(yè)超塑成形的熱門材料。鋁合金高速船使用的船殼材料全部都是Al-Mg系合金。泡沫鋁合金是一種由鋁合金基體和氣孔組成的一種新型結(jié)構功能材料，具有高的孔隙率、大的比表面積、小的密度和大的孔徑以及金屬骨架的三維網(wǎng)狀結(jié)構特征。5系泡沫鋁合金以其獨特的結(jié)構而具有許多優(yōu)異的性能，兼有結(jié)構材料和功能材料的特點。它不僅具有輕質(zhì)、高比強度和耐腐蝕的特點，而且還具備吸聲、隔音、隔熱、散熱、阻燃、減震、阻尼、吸收沖擊能、電磁屏蔽等多種物理性能。因此，5系泡沫鋁合金的應用已經(jīng)涉及了航天航空、運輸、船舶、電子、軍工等工業(yè)領域。目前生產(chǎn)泡沫鋁材料的方法主要有熔體注氣法、粉末冶金法、發(fā)泡法、FORMGRIP法、滲流鑄造法、燒結(jié)溶解法。這些方法存在一定的缺點，比如采用熔體注氣法很難控制氣泡尺寸；FORMGRIP法制備出的泡沫鋁因含有大量SiC而韌性變差，滲流鑄造法過程復雜，勞動強度較高；燒結(jié)溶解法工藝周期較長，成品內(nèi)殘留的NaCl會造成基體局部腐蝕。發(fā)泡法做為一種嶄新的方法克服了上述的缺點，近年來，人們利用該方法已經(jīng)生產(chǎn)出了泡沫鋁材料，但是由于采用TiH2作為發(fā)泡劑，價格較高，且有殘余Ti造成基體的污染，限制了此法在工業(yè)生產(chǎn)上的應用。因此，在選擇造孔劑時，其成本和雜質(zhì)元素的影響必須要考慮在內(nèi)。用成本低廉的碳酸氫銨作為造孔劑，在燒結(jié)過程中碳酸氫銨能完全分解為氣體排出爐外，能夠很好的解決造孔劑成本高和雜質(zhì)元素污染基體的問題，而且易于控制孔洞尺寸。到目前為止，通過粉末冶金結(jié)合碳酸氫銨造孔劑生產(chǎn)5系泡沫鋁合金材料的報道至今還尚未發(fā)現(xiàn)。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種低成本、工藝簡單、易于控制孔洞尺寸的5系泡沫鋁合金材料及其制備方法。本專利技術涉及的5系泡沫鋁合金材料中，造孔劑為NH4HCO3顆粒，粒徑為300-500μm，純度99.99%；5系鋁合金粉末粒徑為100-200mm,其中：質(zhì)量比Al:NH4HCO3=1-5:1-2。5系泡沫鋁合金材料的制備方法具體步驟為：（1）將粒徑為100-200mm的5系鋁合金粉末和粒徑為300-500μm的NH4HCO3顆粒按照質(zhì)量比Al:NH4HCO3=1-5:1-2加入到V型混粉機中旋轉(zhuǎn)6小時，使Al粉和NH4HCO3顆?；旌暇鶆蚝?，將混合均勻的粉末取出。（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用50-200MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長×寬×高，50mm×20mm×10mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至150℃-300℃并保溫2-3小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至540-580℃并保溫1-3小時進行燒結(jié)，隨爐冷至室溫后獲得5系泡沫鋁合金材料。本專利技術制備的5系泡沫鋁合金材料，造孔劑成本低，孔洞分布均勻，易于控制孔洞尺寸，且不存在雜質(zhì)元素污染基體的問題，其平均孔徑為131μm-278μm，孔隙率為40%-75%，密度為0.68g/cm3-1.62g/cm3。具體實施方式實施例1：（1）將粒徑為100mm的5083鋁合金粉末和粒徑為500μm的NH4HCO3顆粒按照質(zhì)量比Al:NH4HCO3=1:2進行稱量并放入V型混粉機中旋轉(zhuǎn)6小時，使5083鋁合金粉末和NH4HCO3顆?；旌暇鶆蚝?，將混合均勻的粉末取出。（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用50MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長×寬×高，50mm×20mm×10mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至200℃并保溫3小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至560℃并保溫1小時進行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得5系泡沫鋁合金材料。該材料的孔隙率為75%，平均孔徑為278μm，密度為0.68g/cm3。實施例2：（1）將粒徑為200mm的5083鋁合金粉末和粒徑為400μm的NH4HCO3顆粒按照質(zhì)量比Al:NH4HCO3=1:1進行稱量并放入V型混粉機中旋轉(zhuǎn)6小時，使5083鋁合金粉末和NH4HCO3顆?；旌暇鶆蚝螅瑢⒒旌暇鶆虻姆勰┤〕?。（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用100MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長×寬×高，50mm×20mm×10mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至150℃并保溫3小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至540℃并保溫3小時進行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得5系泡沫鋁合金材料。該材料的孔隙率為58%，平均孔徑為186μm，密度為1.13g/cm3。實施例3：（1）將粒徑為100mm的5052鋁合金粉末和粒徑為300μm的NH4HCO3顆粒按照質(zhì)量比Al:NH4HCO3=2:1進行稱量并放入V型混粉機中旋轉(zhuǎn)6小時，使5052鋁合金粉末和NH4HCO3顆粒混合均勻后，將混合均勻的粉末取出。（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用100MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長×寬×高，50mm×20mm×10mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至300℃并保溫2小時，將NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至580℃并保溫1小時進行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得5系泡沫鋁合金材料。該材料的孔隙率為53%，平均孔徑為172μm，密度為1.27g/cm3。實施例4：（1）將粒徑為200mm的5052鋁合金粉末和粒徑為300μm的NH4HCO3顆粒按照質(zhì)量比Al:NH4HCO3=5:1進行稱量并放入V型混粉機中旋轉(zhuǎn)6小時，使5052鋁合金粉末和NH4HCO3顆?；旌暇鶆蚝?，將混合均勻的粉末取出。（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗機用200MPa的壓制力將粉末壓制成長方形狀（長×寬×高，50mm×20mm×10mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護氣體，采取梯級加熱方式，先升溫至200℃并保溫3小時，將然后NH4HCO3顆粒加熱分解為CO2和H2O氣體后，通過流動的高純氬氣排出爐外，再升溫至550℃并保溫2小時進本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種5系泡沫鋁合金材料，其特征在于5系泡沫鋁合金材料中，造孔劑為NH4HCO3顆粒，粒徑為300?500?μm，純度99.99%；5系鋁合金粉末粒徑為100?200?mm,?其中：質(zhì)量比Al:?NH4HCO3=1?5:1?2。

【技術特征摘要】
1.一種5系泡沫鋁合金材料，其特征在于5系泡沫鋁合金材料中，造孔劑為NH4HCO3顆粒，粒徑為300-500μm，純度99.99%；5系鋁合金粉末粒徑為100-200mm,其中：質(zhì)量比Al:NH4HCO3=1-5:1-2。2.根據(jù)權利要求1所述的5系泡沫鋁合金材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：（1）將粒徑為100-200mm的5系鋁合金粉末和粒徑為300-500μm的NH4HCO3顆粒按照質(zhì)量比Al:NH4HCO3=1-5:1-2加入到V型混粉機中旋轉(zhuǎn)6小時，使Al粉和NH4HCO3顆粒混合...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：江鴻杰，羅鯤，劉崇宇，秦紅波，朱炳橋，
申請(專利權)人：桂林理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45