开孔泡沫铝的强化及性能研究

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1、开孔泡沫铝的强化及性能研究第1章绪论1.1选题的目的及意义通常情况下多孔结构材料多用于隔声、绝缘、包装和过滤等方面，很少人相信它们也可以在工程上用作结构材料。因为在工程结构材料中，孔洞的存在被视为材料的一种缺陷，受力时材料在孔洞处很容易形成应力集中而萌生裂纹进而使材料失效，所以孔洞是人们极力想要避免的。但是，在自然界中却有多孔材料如树木、骨骼、珊瑚等常常作为承载结构而存在，这其中必定有很多奥秘[1]。而人们总能从自然界中得到很多启示，进行研究，最后应用到自己的生活中去。所以，一种新型材料多孔泡沫材料诞生了。泡沫

2、金属最早起源于美国科学家B.Sosnick于1948年首次进行的金属发泡尝试[2]。由于兼具有比重小、比强度高、良好的韧性和塑性、高温时的稳定性、压缩时优秀的缓冲吸能性能、优良的耐火性能、受热时不产生毒气等一系列优异的性能，泡沫金属一直是多孔泡沫材料研究中的重点和热点。而泡沫铝作为多孔泡沫金属中最早研究并目前应用最广最成功的一种，一直以来都受到了人们广泛的关注和深入的研究。随着泡沫铝推广应用的深入，人们对泡沫铝提出了更高的性能要求，希望能够获得更好的力学性能、物理性能、化学性能和声学性能等，以更好地满足生产应用

3、的需要。本文拟选用渗流铸造法制备球形孔开孔泡沫铝，主要研究通过合金化技术和表面涂层技术，即通过向铝中添加硅元素制备泡沫铝硅合金以及对泡沫铝进行表面处理来改善泡沫铝的力学性能和耐腐蚀性能。通过本文，希望能够使泡沫铝获得更好的性能，满足更高的性能要求，从而为泡沫金属的推广应用提供一些理论依据和思路。.........1.2泡沫金属的特征参数在自然界中的多孔材料，如树木、骨骼和珊瑚等，它们往往具有不同的结构特征。而在工程领域，人造多孔泡沫金属的结构根据生产工艺的不同也是各不相同的，这就需要我们用一些重要的参量来表述泡

4、沫金属的结构和特征。泡沫金属主要的特征参数有相对密度和孔隙率、孔的形状和类型、孔的尺寸、比表面积等。泡沫金属实质上是由金属相和气体相组成的复合材料，由于包含有大量的气孔，所以其密度就会发生变化。泡沫金属的相对密度一般用相对于基体金属密度的相对值（密度），即泡沫金属的表观密度ρ*与基体金属材料的密度ρs的比值来表示，表观密度ρ*通过直接测量泡沫金属的质量m和体积V获得，一般典型的泡沫金属的相对密度都不大于0.3。孔隙率是指气体相在泡沫金属中所占的体积与整个泡沫金属体积的比值[3]。到目前为

5、止，泡沫金属孔的形状一般有两种：一种是非球形状，如无规则的或者是规则的多角形状，而另一类则是规则的球形或类球形状。通常低孔隙率的泡沫金属多为球形或类球形孔，而高孔隙率的泡沫金属多为多边形或无规则形状孔。...........第2章球形孔开孔泡沫铝的制备及表面处理2.1引言在泡沫金属的诸多制备方法中，渗流铸造法由于生产工艺简单、设备要求低、成本低，同时制备的泡沫金属孔洞连通性好、分布均匀、孔隙率可控，不仅在商业化生产泡沫金属中得到广泛的应用，而且还是科研工作中生产开孔泡沫金属的常用方法。所以，我们选用渗流铸造法作

6、为制备开孔泡沫铝的工艺方法，。微弧氧化和化学镀是对铝合金表面处理常用的两种常用技术手段。通过对泡沫铝试样进行微弧氧化和化学镀处理，在试样表面分别制备出微弧氧化陶瓷层和化学镀涂层。采用一定的技术手段对膜层进行检测并通过对比实验检测微弧氧化陶瓷层和化学镀涂层对泡沫铝性能的增强。微弧氧化（Micro-arcOxidation,MAO）又称微等离子体氧化（MicroplasmaOxidation,MPO）、阳极火花沉积（AnodeSparkDeposition,ASD）等[49]，是在阳极氧化的基础上发展而来的一种新型

7、的表面处理方法，通过升高外加电压，使原形成的阳极氧化膜发生击穿产生孔洞或氧化膜局部脱落，再继续升高电压会生成新的氧化膜。并且新的氧化膜是在高温高压条件下产生，会使原来无定形结构的氧化膜产生α–Al2O3相或γ–Al2O3相，因此氧化膜的硬度和耐磨性明显提高，其耐腐蚀性和电绝缘性也有较大的提高[50]，并且膜层与基体金属结合力强，综合性能远远强于使用其他方法所得到的陶瓷膜层。而且微弧氧化技术还具有设备简单、操作方便、生产流程少和绿色环保等优点，所以该技术具有广阔的市

8、场应用前景[48]。.........2.2实验所用材料及设备通过渗流铸造法制备开孔泡沫铝实验所需材料主要包括预制体烧结材料和金属材料。传统的渗流铸造法中通常选用工业盐氯化钠颗粒作为预制体烧结材料，但该工艺仍具有一定的弱点：氯化钠颗粒一般呈多角形，烧结成的预制体颗粒之间的接触面积较小，所以最终获得的泡沫金属孔隙为多角形，材料性能的可再现性和可重复性不好。而且泡沫铝孔隙的连通性不好，很容