開孔泡沫鋁制備及其性能研究（二十八）

全文工作總結

開孔泡沫鋁是一種新型結構和功能材料。目前，用于開孔泡沫鋁制備的主要工藝為食鹽粒子滲流鑄造法，該方法能夠制備出具有較好力學性能的開孔泡沫鋁，但仍存在孔隙率低，三維連通性差，孔徑及孔結構不夠均勻等缺點。本文采用石膏型熔模法制備出孔隙率高，三維連通性好，孔徑及孔結構均勻的開孔泡沫鋁，并通過變質處理、T6熱處理的處理方式對高空隙率泡沫鋁的基體進行強化，從而制備出高孔隙率及高比強度的開孔泡沫鋁。研究了高孔隙率及高比強度開孔泡沫鋁的制備工藝、軸向準靜態壓縮性能以及石膏型熔模法制備的 夾芯圓管的壓縮性能，主要研究工作和結論如下：

（1）研究了石膏型預制塊的制備工藝。結果表明：應選取發泡均勻、三維連通性好的聚氨酯網狀海綿作為母體材料，其結構特征決定了最終成型的開孔泡沫鋁的結構特征；石膏漿料的主要成分及配比范圍為石膏65%～75%，硫酸鎂15%～25%，鋁礬土5%～10%。其中，硫酸鎂用于改善石膏型的水溶性，以利于后續的清理。鋁礬土用于抵抗石膏型高溫收縮和裂紋傾向，同時還起到提高石膏型強度的作用；石膏型預制塊的焙燒采用逐級升溫、分段保溫的焙燒工藝，以防止由于心表溫度的差異而產生開裂。

（2）研究了石膏型熔模鑄造法的滲流工藝參數。結果表明：滲流過程需要 控制的主要因素是預制塊的預熱溫度、鋁液的澆注溫度和滲流壓力。其最佳的參數范圍是：預熱溫度450℃~580℃，澆注溫度700℃~780℃，滲流氣壓 0.3MPa～0.5Mpa。能夠制備出孔結構均勻的開孔泡沫鋁，所制備開孔泡沫鋁的孔隙率范圍為85%～93.5%。

（3）石膏型熔模法制備了泡沫純鋁、泡沫ZL101鋁合金、泡沫ZL102鋁 合金，并研究了不同基體材料泡沫鋁的壓縮性能。結果表明：不同基體材料泡 沫鋁的壓縮曲線均包括三個明顯的特征階段，即彈性段、塑性坍塌段以及致密化段，且塑性坍塌段長而平緩；泡沫ZL101鋁合金和泡沫ZL102鋁合金由于是脆性材質，在壓縮曲線中出現了低密度泡沫鋁的波動特征，而泡沫純鋁由于是塑性材質，在整個壓縮過程中曲線較為平滑；泡沫ZL101鋁合金與泡沫ZL102鋁合金、泡沫純鋁相比，具備更為優良的壓縮力學性能及吸能性能，且能在較大的應力或應變范圍內，均能維持比較高的理想吸能效率，從而對材料能夠起 到較好的緩沖保護作用。

（4）通過 Al-B\Al-Ti中間合金變質劑的變質處理能夠有效細化ZL101鋁合金的基體組織中的Si相形貌。因此，可以通過變質處理提高泡沫ZL101 鋁合金的強度；變質處理與T6熱處理相結合的處理方式能夠有效提高泡沫 ZL101鋁合金基體硬度、壓縮力學性能和吸能性能，其硬度值提高了41%，屈服強度可達0.23454MPa, 比強度可達0.82×10-3MPam3/kg,理想吸能效率可達85%左右。

（5）空心圓管的壓縮行為與其本身的結構參數有著密切的關系；石膏型熔 模法所制備的泡沫鋁夾芯圓管的壓縮力學性能優于空心圓管；經壓縮后的石膏 型熔模法所制泡沫鋁夾芯圓管的褶皺數量和位置與其載荷-位移曲線上波峰數量及波峰位置有關；開孔泡沫鋁與填充圓管的相互作用能夠提高泡沫鋁夾芯圓管結構的承載能力和吸能能力；食鹽粒子滲流法所制備泡沫鋁夾芯管的承載能力及吸能總量優于石膏型熔模法所制備的泡沫鋁夾芯管，但是考慮到結構的質量因素，石膏型熔模法制備的泡沫鋁夾芯圓管較食鹽粒子所制備的泡沫鋁夾芯圓管，重量上減輕了42.3%，其比強度可達0.1237MPam3/kg，比吸能可達19.39J/g。

今后工作的展望

本文主要研究了高孔隙率及高比強度開孔泡沫鋁的制備工藝、軸向準靜態 壓縮性能以及石膏型熔模法制備的夾芯圓管的壓縮性能。研究取得了一定的成果，但由于實驗條件和時間的限制，仍有一些問題有待解決。

（1）由于石膏型熔模法所制備泡沫鋁的母體材料為聚氨酯網狀海綿，海綿 筋比較纖細，造成了開孔泡沫鋁的骨架結構承載能力有限，且在清理過程中容易產生缺陷。用水溶以及高壓水沖洗的清理方法還不夠高效，需要尋找一種方 便快捷的清理方法。

（2）關于開孔泡沫鋁的變質只采用了B、T 變質劑，對于鈉鹽變質劑、鍶  鹽變質劑等其他變質劑對開孔泡沫鋁的強化作用應進行進一步研究。除此之外，還應對T6熱處理的固溶溫度、固溶時間、時效溫度和時效時間對于開孔泡沫鋁熱處理的效果做出研究，從而制定出最佳的開孔泡沫鋁熱處理工藝。

（3）石膏型熔模法制備的開孔泡沫鋁由于有較高的孔隙率，應該具備優良 的吸聲性能、阻尼性能和電磁屏蔽等性能，在這些方面應該做出進一步研究。