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1、泡沫金属材料的调研引言：人们很早就使用了泡沫材料,如木头、砖头等。而对于金属泡沫材料,却比较陌生。尽管在60年代就有人提出了泡沫金属的概念,但对其研究远远不够。直到90年代左右,随着人们对新型、轻型建筑材料的需求不断增加,以及一些特殊应用场合对材料的要求,美国、德国、澳大利亚等国家才逐渐开始对这一新型金属材料进行研究。研究工作主要集中在金属泡沫材料的生产方法及其性能上。相对而言,对金属泡沫材料性能的研究比较成熟,但对其生产方法的研究和其用途的开发,目前仍在继续探索之中。1、泡沫金属材料简介所谓金属泡沫材料(又称
2、泡沫金属),即为内部含有许许多多球形或多面体形状气孔的金属材料,气孔率一般应高于50%。实际上,气孔率可达到60%～90%。对于铝及铝合金,其密度可达到(0.4～1.0)g/cm3(实心铝的密度为2.7g/cm3)。金属泡沫材料的性能受下列三组参数的影响:母体金属(又称基体金属)的性能;气孔的相对密度;气孔的形态和分布。金属泡沫材料的气孔结构分为闭孔和开孔两种形式。闭孔结构是其内部气孔相互独立,由母体金属分离,每个气孔都是封闭的。开孔结构为内部气孔相互连接在一起,单个气孔不是封闭的。在许多泡沫金属中,内部同时存
3、在闭式气孔和开式气孔。金属泡沫材料最明显的特点是重量轻、密度低。本文以泡沫铝为例,介绍金属泡沫材料的性能及其与实心金属材料的差异。2、泡沫铝的制备方法、性能及应用泡沫铝是一种新型多功能材料,具有独特的结构和许多优异的性能,其应用前景可观,应用范围日益扩大。本文概述了泡沫铝的各种制备方法、性能及应用。结果表明：根据制备过程中铝的状态可以将制备方法分为三类:液相法、固相法、电沉积法；泡沫铝的性能研究方面主要研究了物理性能、力学性能、吸能特性、阻尼性能、吸声性能；泡沫铝主要应用为建筑材料、装饰材料、防音材料、抗振材料
4、、型材及汽车制造业。国外对该领域的研究已相当深人、系统,与国外相比,我国对泡沫铝材料的研究起步较晚,研究尚处于实验范围内,所以,我国今后还应进一步加强泡沫铝材料的研究。泡沫铝是一种在金属铝基体中分布有无数气泡的多孔质材料。目前，日本与德国在研究、生产和应用泡沫铝与其他金属泡沫方面居世界领先地位。我国对泡沫铝材的研究始于1980s后期，已取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破性的成就，仍然处于起步阶段，未形成生产力。73、泡沫铝的制备方法制备泡沫铝的方法有多种,根据制备过程中铝的状态可以分为三大类:液相法、固相法
5、、电沉积法。3.1液相法通过液态铝产生泡沫结构,可在铝液中直接发泡,也可用高分子泡沫或紧密堆积的造孔剂铸造来得到多孔材料。3.1.1熔体发泡法在铝液中直接产生气泡可得到泡沫铝。通常,气泡由于浮力而快速上升到铝液表面,但可以加入一些细小的陶瓷颗粒增加铝液粘度阻止气泡的上升。当前,熔体发泡主要有两种方法:直接从外部向铝液中注入气体;在铝液中加入发泡剂。(1)直接注气法各种泡沫铝合金都可用此法生产,包括铸造铝合金A359,锻造合金1061、3003、6061等。为了增加铝液粘度,需要加入碳化硅、氧化铝等颗粒。此方法的
6、难点在于如何使颗粒被铝液润湿并均匀分布在液体中,颗粒的体积分数通常为10%-20%,颗粒尺寸为5-20微米。然后把气体(空气、氮气、氩气)通入铝液中,同时对液体进行搅拌使气泡细小并均匀分布,这一步工艺的好坏将直接影响产品质量。含有气泡的铝液将浮向液面,由于颗粒的存在,使液体中的气泡相对稳定。用转动皮带将表面半固态的泡沫拉出就得到泡沫铝板。这种方法优点是可以连续生产,可获得低密度、大体积的产品。缺点是要对泡沫板材进行剪切,造成泡沫开孔,同时由于颗粒的加入,使胞壁变脆,对力学性能产生不利影响。(2)加发泡剂法用发泡
7、剂代替气体注入亦可得到泡沫铝。首先在680摄氏度的铝液中加入金属钙,对于实际生产,一般加入量为1.5%-3.0%(wt),搅拌几分钟增加液体粘度,钙的加入对铝液粘度的影响。钙也可用碳化硅等颗粒代替。粘度合适后,加入TH2。在恒压下,TH2分解出H2,液体膨胀泡沫化,冷却后即可得泡沫铝。TH2可被ZrH2等发泡剂代替。这种方法的优点是可制得非常均匀的泡沫,并且气孔平均尺寸和铝液粘度以及泡沫铝密度和粘度之间存在关系,使孔径可控。3.1.2固-气共晶凝固法近年来开发的一种新方法,依据是在H2中一些金属可形成共晶系统。
8、在高压H2下能获得含氢的均匀铝液,如果降低温度通过定向凝固将发生共晶转变,H2在凝固区域内含量增加,并且形成气泡。因为体系压力决定共晶组成,所以外部压力和氢含量必须协调好。最终孔的形状主要取决于氢含量、铝液外部压力、凝固的方向和速率、金属液的化学成分,通常沿凝固方向形成管状孔,孔直径10um-10mm,长度100um-300mm。3.1.3铸造法(1)熔模铸造熔模铸造工艺：先准备开孔的
