郑海务[1]2003年在《泡沫铝的熔体发泡法制备及其性能研究》文中研究指明泡沫铝是一种结构和功能一体化的材料。本文采用熔体发泡法，通过相关理论分析和控制发泡温度、搅拌时间、保温时间、调节发泡剂含量等制备出了孔结构基本可控、孔洞分布均匀的闭孔泡沫铝样品。在此基础上，研究了泡沫铝的动态力学性能以及导电、导热和电磁屏蔽等物理性能。 使用霍普金森压杆测试了泡沫铝试样的动态压缩性能。实验结果表明，泡沫铝的屈服强度随着应变率的增加而增加；应变对固体材料的应变率敏感度影响很小，但是泡沫铝的应变率敏感度不是常数，而是随着真应变的增加而增大，在同样的应变下，随着应变率变化幅度的增大而增大；泡沫铝的能量吸收随着应变率的增加而增加并且和泡沫铝的密度有关；泡沫铝的吸能效率随着应变率的增加略有下降。 研究了泡沫铝的导热系数和电导率与其微结构(孔隙率、孔径)的关系，结果表明随着孔隙率的增加，泡沫铝的导热系数、电导率都降低，而在孔隙率基本相同条件下孔径对于泡沫铝的导热系数与电导率影响很小，可以忽略不计。 测试了泡沫铝的电磁屏蔽效能。结果表明，在孔径相近时，随着孔隙率的增大，泡沫铝的屏蔽效能随之下降。当孔隙率相近时，随着孔径的增大，泡沫铝的屏蔽效能也下降。而厚度几乎对泡沫铝的屏蔽效能无影响。
张华[2]2009年在《采用新型发泡剂的两步法制备泡沫铝材料的研究》文中指出闭孔泡沫铝具有轻质、高比强度以及良好的能量吸收、隔音、隔热、电磁屏蔽等优点,可广泛应用于交通运输、建筑机械、电子通讯、航空航天、环境保护等多个领域。熔体发泡法可以生产大尺寸且具有规则孔洞结构的闭孔泡沫铝,是目前最具商业价值的泡沫铝制备工艺,但由于传统工艺大都采用TiH_2等作为发泡剂及金属钙作为增粘剂,TiH_2类发泡剂分解速度快的特点使得该法操作条件苛刻,成品率低;昂贵TiH_2类发泡剂及金属钙的使用,也进一步提高了闭孔泡沫铝的制造成本;还有目前的间断式操作,大大降低了生产效率。因此,研究可替代TiH_2类发泡剂以及金属钙类增粘剂的新型材料意义重大。本论文主要研究了可替代TiH_2类发泡剂以及金属钙类增粘剂的新型材料——NFA(Novel Foaming Agent)的增粘机理和发泡行为,以及采用NFA两步法制备泡沫铝材料的新工艺,并对泡沫铝生产过程中常见的内部缺陷和废泡沫铝的回收与循环利用进行了研究。主要的研究结果如下:(1)NFA的增粘分析研究表明,NFA的增粘机理主要在于其释放的CO_2气体可以与铝熔体发生反应形成许多细小的氧化物颗粒以及NFA本身分解后的固体微粒残留物使熔体的粘度增加。NFA增粘过程中需要添加1～2%的金属Mg来改善NFA与铝熔体的润湿性。(2)NFA的热分解行为分析研究表明,NFA分解反应受化学反应控制,且其在600～700℃温度段的分解比较平缓,700-800℃温度段的分解才开始显着加快。NFA的热分解行为表明,它完全可以代替TiH_2来制备泡沫纯铝及泡沫铝合金;另外,因为其分解时间长,从而使得泡沫铝材制备过程中的各种条件(包括温度、时间及搅拌强度等)没有使用TiH_2作发泡剂时的苛刻。(3)对以NFA作发泡剂的熔体发泡过程分析表明,发泡过程实际上是熔体中气泡的形核、生长、流变和破裂的动态平衡过程。保温发泡阶段的前期是泡沫的主要生长期,NFA分解产生的CO_2压力是气泡长大的驱动力;保温发泡阶段的后期气泡的坍塌开始占据主导因素,这种气泡的失稳归于两种机制:排液和合并,这两者是一个自发进行的过程。排液的最终结果是在泡沫铝底部形成无泡层,气泡的流变引起泡沫铝梯度孔结构的变化;NFA分解产生的CO_2与铝熔体发生反应,在气泡表面形成的连续致密氧化膜(主要为Al_2O_3)对稳定气泡形貌、减缓气泡的合并和长大有重要作用。(4)根据NFA的增粘、发泡机理和热分解特点,设计了一套NFA两步法制备泡沫铝的新工艺,并通过实验室试验确定了主要的工艺参数,成功制备出了结构均匀的方形泡沫铝材料。(5)泡沫铝常见的内部缺陷主要有底部无泡层、局部无泡区和内部热裂纹。提高熔体的粘度可以有效降低底部无泡层的厚度;采用双层倾斜叶轮搅拌桨的设计、提高搅拌速度可以有效消除局部无泡区;选择有效结晶温度范围小的铝合金、采用金属型铸型以及逐层凝固的冷却方式可以有效消除裂纹。(6)泡沫铝生产中的各种废料可以重熔进行回收;利用重熔再生铝进行二次泡沫铝制备时,无需增粘,其泡沫化性能和原铝类似;再生铝与原铝按1:1配比并添加1～2%的金属Mg后制备的二次泡沫铝孔隙率和均匀性明显提高。
董汉伟[3]2010年在《泡沫铝制备工艺及其压缩性能研究》文中进行了进一步梳理泡沫铝能将多种优良性能结合在一起,例如低密度、高强度、低热导率、低磁导率和良好的阻尼性能,在结构材料和功能材料领域都能发挥重要的作用,具有广阔的应用前景。本文采用熔体发泡法制备泡沫铝,通过实验优化工艺参数,并研究其压缩性能。实验以纯铝为原料,金属钙为增粘剂,300℃氧化预处理2小时的氢化钛为发泡剂,并加入少量的镁以减少无泡层,成功制得孔结构较好的泡沫铝试样。设计正交试验,以孔隙率和孔均匀性为考察指标,研究增粘剂的加入量,发泡剂的加入量、发泡剂的加入温度、发泡搅拌时间、保温时间对泡孔结构的影响。实验表明增粘剂的加入量和发泡剂的加入温度是影响孔结构的主要因素,因此增粘过程是该制备工艺的关键。本实验条件下熔体发泡法制备泡沫铝的最佳工艺参数及流程为：在7300C的铝熔体中加入3.5%的Ca,0.5%的Mg,800r/min搅拌10min提高粘度,在680℃时加入0.3%经过300℃2小时氧化预处理的TiH2，1000r/min搅拌40s使发泡剂分散均匀,随炉保温30s后空冷。所制备的泡沫铝样品孔隙率控制在70%～80%,孔结构均匀。在压缩试验中,试样的应力—应变曲线表现为叁阶段变形特征。孔隙率对其压缩性能和能量吸收性能有很大影响。孔壁上的褶皱缺陷会促进裂纹的形成与扩展,并导致脆性断裂,对试样的压缩性能及能量吸收性能有不利影响。压缩断口表现为韧性断裂和脆性断裂的混合特征,裂纹沿晶界扩展。
高利伟[4]2006年在《高强度稀土泡沫铝合金的研制》文中研究指明泡沫铝合金是近年来发展起来的一种新型结构功能材料。20世纪40年代后期开始被人们发现并研制，但直到近十几年才得到很大的发展。由于它具有轻质、阻燃、阻尼、高能量吸收等优良的物理性能，其应用已经涉及了航天航空、运输、电子、军工、化工、环保、能源、机械、生物等各个高科技领域及一般工业领域。熔体发泡法生产泡沫铝合金，因其生产工艺相对简单、成本低，因而最具有工业化规模生产的前途。稀土金属用作铝合金添加剂，可改变其物理性质，增加其耐磨性、耐高温强度及抗蠕变强度，改善加工性能。因此开发功能与结构一体化的新型材料—稀土泡沫铝材，有着十分广阔的市场前景。 本论文阐述了用ZL102(Al-Si12)、稀土添加剂为基体材料，SiC作增粘剂、Mg粉为活性剂，CaCO_3作发泡剂，用熔体发泡法制备出平均孔隙率为63-90％，平均孔径1mm左右的高质量、低成本、结构可控的高强度稀土泡沫铝合金，并在此基础上通过熔炼、增粘、发泡、冷却等各个工艺的实验研究，分析各工艺对制备泡沫铝合金影响，设计稀土加入量、发泡剂加入量、搅拌时间、发泡温度、保温时间等五因素四水平的正交实验。通过L_(16)(4~5)正交实验来考察泡沫铝合金孔隙结构特性及稀土泡沫铝合金的静态力学性能，分析发泡的热力学条件，最终确定制备出结构可控的泡沫铝合金样品，并得出初步优化工艺参数。 研究结果表明，对于实验采用的稀土铝合金为基体的材料来说，熔体发泡制备出孔隙结构均匀，孔隙率可控的稀土泡沫铝合金，有L_(16)(4~5)正交实验和验证实验可得最优条件为：发泡温度为680℃，保温时间为10min，搅拌时间为3min，CaCO_3含量1.5％，冷却方式为水冷加空冷。各因素对孔隙率的影响为CaCO_3含量＞发泡温度＞搅拌时间＞保温时间。分析发泡各因素做单独的研究，包括其它条件相同时，对保温时间、发泡温度、稀土加入量、发泡剂的含量及搅拌时间对孔隙率的影响，从而确定最佳工艺参数。 研究还发现：稀土泡沫铝合金的抗压应力-应变曲线分为线弹性变形阶段、塑变屈服阶段和致密化阶段。稀土加入后，基体材料的抗拉强度和延伸率都有一定的增加，最佳的添加量为0.40％(wt)，稀土对泡沫铝合金压缩行为有显着的影响，低孔隙率泡沫铝合金的屈服应力比高孔隙率泡沫铝合金高，孔隙率相同，孔径的大小对具有均匀孔结构泡沫铝合金的压缩特性基本没有影响，泡沫铝合金压缩流变强度随着相对密度的增加而增大。通过这些实验的研究，从发泡热力学观点出发，初步探讨了发泡过程中发泡剂分解、气孔的形核、长大、运动及稳定等热力学条件，从而也为气孔在不同状态中的演变趋势提供了一定的理论研究，进一步丰富了发泡过程的热力学理论研究。
李康[5]2016年在《熔体发泡法泡沫铝制备工艺优化》文中提出泡沫铝是以铝或者铝合金为基体与孔结构为复合的相,作为泡沫金属的代表,因其优良的吸声、降噪,减震、隔热、防电磁屏蔽等性能在机械、航空、交通、化工、通讯、建筑等众多领域,有着其他材料无可取代的作用[1]。随着泡沫铝研究的不断进步与发展,其制备方法越来越多样化,制备工艺水平也不断得到完善。为了制备出孔径细小,孔隙率高,结构均匀且缺陷少的泡沫铝样品,本论文主要针对采用熔体发泡法制备泡沫铝的工艺进行了具体研究。本课题采用常规熔体发泡法进行制备泡沫铝实验,利用ZL102铝合金为基体材料,以Ti H2为发泡剂,主要进行了叁大组实验,分别是针对温度的单因素对比试验,发泡阶段针对发泡剂加入温度、搅拌速度、搅拌时间的叁因素正交试验,增粘阶段针对增粘温度、增粘剂加入量、搅拌时间的叁因素正交试验。实验结果表明:(1)在单因素温度的对比试验中,以ZL102铝合金为基体材料,Ti H2预处理温度是300℃,保温时间是15min;熔化合金的温度是640℃;钙镁量1.0wt%,1.5wt%,搅拌时间4min,搅拌速度800r/min;发泡剂量1.5wt%,搅拌速度800r/min,搅拌时间4min,保温发泡温度650℃,保温时间时间10min。在增粘发泡温度在600℃条件下,制备的泡沫铝发泡效果最佳,孔隙率为86%,而且孔径大小合适,孔的分布最均匀。(2)以ZL102为基体材料,发泡剂预处理温度300℃,保温时间15min;熔化温度640℃;钙镁量分别为1.0wt%、1.5wt%搅拌时间4min,增粘搅拌速度900r/min;发泡剂量1.5wt%;保温温度650℃,保温时间10min。在发泡温度590℃,发泡搅拌5min,搅拌速度800r/min时,发泡效果最佳,孔隙率最高88%,且孔径大小适中,其孔均匀分布。并且熔化发泡温度极差值,偏差平方和最大,及效应分析图波动最大,由此可知这叁个因素中温度对熔体法制备泡沫铝孔隙率影响。(3)在增粘阶段叁因素正交实验中,发泡剂预处理温度300℃,保温时间15min。熔化温度640℃;保温温度.增粘搅拌速度800r/min;发泡剂量1.5wt%,发泡搅拌速度800/min,搅拌时间4min;保温发泡温度650℃,保温时间10min。在增粘温度温度610℃,1.5%Ca,增粘搅拌8min条件下,样品膨胀高度最佳,发泡孔隙率最高为85%,对该样品中心截面切片其发泡效果最佳的主要分布在发泡区域的中下部;上部的多边形气孔孔径较细小,样品等效圆直径范围0.9015~2.1765mm;圆形度范围为0.4563~0.7847。接着详细分析研究了熔体发泡法的增粘、发泡、凝固成行反应机理。在最后我们还针在以往的实验中,泡沫体出现的六大缺陷进行了详细说明和分析,并在此基础上提出了工艺改进的建议。
覃秀凤[6]2008年在《熔体注气法制备泡沫铝的研究》文中研究说明泡沫铝是一种结构和功能一体化的新型材料,其独特的结构和性能使其在工业和民用中有着重要的应用和广阔的发展前景。熔体注气法制备泡沫铝是众多制备工艺中最廉价的方法,生产设备简单、成本低、可连续化和规模化生产。本文通过查阅文献和试验,筛选出适合发泡的铝合金成分,增大了发泡平台,实现低温发泡。研究不同工艺参数对泡沫铝孔结构影响,依据相似原理进行了物理模拟(水/甘油溶液)试验,模拟包括静态和动态两种。静态模拟是在无搅拌的条件下进行,通过改变粘度、气流量、吹气孔直径来研究水/甘油溶液中气泡的运动和变化规律。动态模拟是在搅拌条件下进行的,通过改变叶片的形状、搅拌的高度、速度等,研究气泡的行为和变化规律。通过单因素(主要考虑气体流量、吹气方式、增粘剂百分含量)试验,研究这些因素对泡沫铝孔径的影响。最后,在自制的吹气发泡设备中进低温吹气发泡试验,通过改变气体流量、吹气方式、增粘剂百分含量、冷却方式等工艺参数制备泡沫铝。吹气方式包括脉冲式吹气和流量稳定下的吹气。为探索泡沫铝连铸生产过程,在自行设计的装置上进行连铸模拟试验,为工业化生产做准备。研究结果表明,铝-锡合金是能够实现低温发泡的最佳铝合金。吹气孔的直径大小、气体流量、铝熔体的粘度、吹气的方式对泡沫铝胞结构有很大影响。当发泡温度为450℃,增粘剂百分含量为5%,吹气孔直径为0.5mm,气流量为1.0L/min,水冷,发泡效果较好。脉冲式吹气对气泡的长大和合并有一定的抑制作用。水箱流动水的冷却方式更利于“留住”对泡沫铝中气泡。自行设计的保温装置具有很好的保温效果。
周君, 熊汉青, 王志国, 王志峰, 赵维民[7]2011年在《泡沫铝的熔体发泡法制备及其应用》文中研究表明泡沫铝是一种密度小、比刚度强的新型复合材料,具有良好的力学性能和物理性能,而且还具有阻尼、吸音隔音、阻燃、电磁屏蔽等特殊性能。采用熔体发泡法制备泡沫铝,工序简单,成本低,易于操作。随着现代科学技术的发展,泡沫铝作为结构功能材料被广泛应用在工业、建筑及其他高科技领域,并越来越受到人们的关注。
张冬平[8]2008年在《熔体发泡法与粉末冶金法制备多孔泡沫钢工艺研究》文中认为泡沫金属是20世纪40年代发展起来的一种新型材料,目前对泡沫金属的研究还主要集中在对低熔点金属的研究,主要是铝、镁等有色金属,对于高熔点多孔泡沫钢的研究还处于起步阶段,本论文采用熔体发泡法和粉末冶金法两种方法对制备多孔泡沫钢工艺进行探索性研究。论文针对两种不同工艺下气泡的形成理论进行研究,分析了两种不同方法下气泡的演化过程。两种方法均采用发泡剂分解产生气体的方式进行发泡,气泡在熔融液体中长大的驱动力都是发泡剂不断分解产生的气体量。论文采用两种不同的工艺对熔体发泡法制备泡沫钢进行探索性研究,一种是在感应炉内直接发泡法,另一种为浇铸发泡法,选用熔体发泡法发泡剂种类为Cr_2N和Mn_4N,试验中对浇铸坩埚进行改造,解决了发泡剂上浮的问题,由于感应炉内直接发泡时产生涡流,产生气泡不能留在试样中,对于此种方法在现行条件不能制备出理想的泡沫钢,对于浇铸发泡法论文对两种不同发泡剂不同温度对试样孔隙率的影响进行了试验,对于Cr_2N、Mn_4N分别在1350℃、1450℃发泡效果较好。采用SiO_2对钢液增粘研究增粘对孔隙率的影响,增粘后制备最大孔隙率为44.6%的试样。论文研究了粉末冶金法压坯相对密度对孔隙率的影响,密度越大烧结后得到的孔隙率越大,当压坯相对密度达到80%以上时,发泡效果较理想。论文对两种方法制备的试样进行了比较,熔体发泡法制备的孔径较大,主要集中在0.5～4mm之间,而粉末冶金法制备的孔比较细小,大部份孔径尺寸大小为0.01～0.3 mm,并且粉末冶金法制备的孔洞内部更加光滑、圆整。论文对两种工艺的未来工业化应用前景进行了分析,熔体发泡法制备泡沫钢由于其自身工艺特点将比粉末冶金法具有更加广阔的工业化前景。
查海波[9]2007年在《泡沫铝层合梁、层合圆管的制备和力学性能研究》文中研究表明以铝镁合金为基体，采用有着广泛工业应用前景的熔体发泡法制备泡沫铝技术来制备Al-Mg泡沫铝基复合材料，通过添加Ca颗粒作为增粘剂，用TiH_2粉末作为发泡剂，通过严格控制发泡温度、搅拌速度和搅拌时间以及增粘剂、发泡剂的百分含量，保温条件等工艺参数，可制备出孔隙率基本可调和孔洞分布均匀的泡沫铝样品。此工艺操作控制简单，不需要特殊工业设备，必将具有广泛的工业应用前景，在以后的泡沫材料生产中必将起着十分重要的作用。泡沫铝层合梁的载荷曲线远远高于泡沫铝和面板的载荷曲线之和，显示出了良好的层合效果；面板的厚度和孔的结构对泡沫铝层合梁都有一定程度的影响。泡沫铝层合梁在保持泡沫铝轻质同时，大大提高了其载荷极限，抗弯强度，泡沫铝层合梁的极限载荷值比泡沫铝的极限载荷高出4～5倍。较厚的面板和良好的孔结构对可以提高泡沫铝层合梁载荷曲线，载荷分别增加了70％和80％左右。层合圆管的压缩变形方式与空管相比发生了改变，由不对称变形模式变为轴对称变形模式，其所承受的载荷约为泡沫铝和不锈钢管所承受的载荷之和的1.5倍；载荷一位移曲线平台段锯齿形波动与样品形成的曲屈圈数呈现一一对应关系。试样高度的增加、圆管直径的减小可以增加曲屈圈的形成数目和平台区的长度，而粘结剂的添加减少了曲屈圈的形成数目但是明显增加了层合圆管的承载能力。层合圆管的压缩吸能能力均远大于不锈钢圆管和泡沫铝吸收的能量之和，并且随着应变增加，层合圆管的吸能能力增加更为快速；层合圆管吸能能力为泡沫铝、不锈钢圆管吸能能力之和的1.5—2倍。
宁国敏[10]2013年在《铝硅合金多孔材料的制备及性能研究》文中研究表明多孔金属材料因具有优异的物理性能和力学综合性能受到研究人员和工程设计人员的青睐，作为结构与功能复合材料，兼具了多孔材料和金属材料的优点，其应用范围横跨了传统的机械和汽车制造、军事装备制造、建筑业等领域，以及新兴的航空航天、生物医学、高性能电池等领域。本文以铝硅合金为基体材料，采用熔体发泡法制备出铝硅合金多孔泡沫材料，并研究了材料的准静态压缩性能和导电性。制备铝硅合金多孔材料的实验从作为基体材料的铝硅合金的制备开始，首先配制出AlSi7合金材料。其次，分析了搅拌过程中振动大和搅拌不均匀的原因，对搅拌设备进行改进，加长搅拌杆，并更换搅拌桨，在1000r/min的搅拌速度下，取得良好的分散效果；为解决TiH_2发泡剂加入后分解过快的问题，研究TiH2发泡剂的氧化预处理工艺，通过采用400℃6h+475℃1h梯度升温的方式，获得良好的缓释效果。在完成这些准备工作之后，还通过实验分析比较基体增粘、发泡剂加入量、搅拌时间、冷却方式这些影响实验结果的关键因素，取得合适的工艺参数。准静态压缩条件下熔体发泡法制备的闭孔铝硅合金多孔泡沫材料与闭孔纯铝多孔泡沫材料一样，从压缩曲线形态上都可以分为线弹性形变阶段、屈服平台阶段和致密化阶段。但是，在体现材料性能的屈服平台阶段，闭孔铝硅合金多孔泡沫材料呈现出明显的应力波动，而闭孔纯铝多孔泡沫材料的压缩曲线则比较平稳，体现出脆性多孔泡沫材料和塑性多孔泡沫材料的不同特质。在压缩过程中，闭孔铝硅合金多孔泡沫材料的泡孔和孔棱断裂后发生脱落，在试样周围产生堆积，而不是像塑性多孔泡沫材料一样逐层的堆迭。实验还发现，除了孔壁中的褶皱、凸起等因素外，闭孔材料中的连通孔也是导致应力集中的重要原因，会削弱闭孔多孔材料的压缩性能；除相对密度、平均孔径以外，试样的尺寸也会对闭孔铝硅合金多孔泡沫材料压缩性能产生重要影响。此外，以闭孔铝硅合金多孔泡沫材料的压缩实验为基础，分析了材料的吸能性与材料的结构参数之间的关系。实验证明，闭孔铝硅合金多孔泡沫材料的吸能性随着相对密度的增加而增强，随平均孔径的增大而减小。最后，通过实验研究闭孔铝硅合金多孔泡沫材料导电性与相对密度之间的关系，所得数据拟合的结果显示材料导电性随相对密度增加而提高。
参考文献：
[1]. 泡沫铝的熔体发泡法制备及其性能研究[D]. 郑海务. 合肥工业大学. 2003
[2]. 采用新型发泡剂的两步法制备泡沫铝材料的研究[D]. 张华. 中南大学. 2009
[3]. 泡沫铝制备工艺及其压缩性能研究[D]. 董汉伟. 大连理工大学. 2010
[4]. 高强度稀土泡沫铝合金的研制[D]. 高利伟. 贵州大学. 2006
[5]. 熔体发泡法泡沫铝制备工艺优化[D]. 李康. 太原科技大学. 2016
[6]. 熔体注气法制备泡沫铝的研究[D]. 覃秀凤. 广西大学. 2008
[7]. 泡沫铝的熔体发泡法制备及其应用[C]. 周君, 熊汉青, 王志国, 王志峰, 赵维民. 第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集. 2011
[8]. 熔体发泡法与粉末冶金法制备多孔泡沫钢工艺研究[D]. 张冬平. 昆明理工大学. 2008
[9]. 泡沫铝层合梁、层合圆管的制备和力学性能研究[D]. 查海波. 合肥工业大学. 2007
[10]. 铝硅合金多孔材料的制备及性能研究[D]. 宁国敏. 吉林大学. 2013
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