一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法

摘要

本发明涉及一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法，是针对泡沫铝块体强度低、抗压能力差的情况，采用在泡沫铝块中填充镁铝金属间化合物，经加热熔炼、保温渗流施压、切割成型，制成镁铝金属间化合物增强泡沫铝块，增加了泡沫铝的抗压强度，保持了泡沫铝良好的吸能特性，在压缩率为10%~60%时，压缩强度提高了3.2倍，扩大了泡沫铝的应用范围，是十分理想的泡沫铝的增强方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法，属有色金属增强制备及应用的技术领域。

背景技术

孔型泡沫铝是一种有色金属合金，具有密度小、吸音隔热、抗冲击性能优良的特点，具有很好的应用价值，常在航空、航天、机械、电子领域得到应用；但是孔型泡沫铝强度低，耐磨性能差，使在工业上应用受到了很大的局限，为了使泡沫铝得到广泛应用，故必须改善其力学性能、增加强度。

泡沫铝的增强方法有多种形式，例如用高分子材料对泡沫铝进行填充，改变结构组成，提高强度和抗冲击性能；例如掺杂稀土元素，在泡沫铝基体中掺杂稀土元素，改善孔隙结构和增强本身的强度，但是这些方法均存在一些弊端和不足，达不到预期效果。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的不足，采用在孔型泡沫铝中填充压入镁铝金属间化合物，以提高泡沫铝的强度，扩大应用范围。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：镁块、铝块、泡沫铝块、丙酮、磷酸、去离子水、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

镁块：Mg   8 mm×5 mm×8mm        17.72g±0.01g

铝块：Al    8 mm×5 mm×8mm        14.07g±0.01g

泡沫铝块：Al  Ф45mm ×30mm          45g±0.01g

丙酮：CH₃COCH₃                    500mL±10mL

磷酸：H₃PO₄                         500mL±5mL

去离子水：H₂O                   20000mL±100mL

氩气：Ar                       500000cm³±50 cm³

 增强泡沫铝的方法如下：

（1） 精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、浓度控制：

镁块：固态块体                  99.9%

铝块：固态块体                  99.9%

泡沫铝块：固态块体              99.9%

丙酮：液态液体                  99.0%

磷酸：液态液体            浓度  10.0%

去离子水：液态液体              99.9%

氩气：气态气体                  99.5%

（2） 制备开合式模具

制备使用的开合式模具为圆筒形，用不锈钢材料制作，圆筒型腔为Ф45mm×150mm，型腔表面粗糙度为R_a0.08-0.16μm；

（3） 清洗泡沫铝块

①将泡沫铝块置于烧杯中，加入丙酮500 mL±10mL，然后置于超声波清洗器内清洗，超声频率40KHZ，清洗时间10min；

②将泡沫铝块置于另一烧杯中，加入磷酸500mL±5mL，然后置于超声波清洗器内清洗，超声频率40KHZ，清洗时间10min；

清洗后晾干；

（4） 熔炼镁铝金属间化合物

①清理清洁熔炼炉坩埚，用金属铲、金属刷清理熔炼炉坩埚，并用吸尘器抽吸炉内灰尘及有害物质，使坩埚洁净；

②将镁块17.72g±0.01g，铝块14.07g±0.01g，加入熔炼坩埚内；

③开启熔炼炉加热器，加热温度720℃±5℃，使镁块、铝块熔化，恒温、保温、搅拌20min，成镁铝金属间化合物熔液，备用；

（5） 浇注、压制增强型泡沫铝

增强型泡沫铝的浇注、压制是在压力机上进行的，是在保温炉内、筒形模具内，在氩气底吹、施压状态下完成的；

①预热筒形模具及泡沫铝，预热温度300℃±5℃，预热时间30min；

②将筒型模具置于压力机的加热工作台上，将筒形模具下垫块内通入氩气底吹管；

③将泡沫铝装入筒形模具内的下垫块上；

④将熔炼好的镁铝金属间化合物熔液浇注至筒形模具内的泡沫铝块上；

⑤将上压头压至镁铝金属间化合物熔液上，并由压力机的压力杆、压力电机逐渐施压，施压压强10MPa，施压时间5min±1min；

⑥在浇注、施压过程中开启氩气底吹管，氩气吹入速度100cm³/min；

⑦在浇注、施压过程中开启保温炉，保温温度500℃±5℃；

⑧在浇注、施压过程中开启外水循环冷却管，进行恒温冷却；

⑨加热、恒温、保温、施压、氩气保护5min±1min，使泡沫铝浇注成型；然后停止施压、加热、氩气底吹，使浇注的泡沫铝自然冷却至25℃；

⑩升起压力机的压力杆、上压头，打开筒形模具，取出泡沫铝产物，即增强型泡沫铝；

（6） 切制成型，周边打磨

将增强型泡沫铝用机械切制浇注平面及周边外形，使平面部及周边光滑平整；然后用砂纸打磨各部，使之光洁；

（7） 检测、分析、表征

对制备的镁铝金属间化合物增强泡沫铝的形貌、色泽、力学性能进行检测、分析、表征；

用扫描电子显微镜进行显微组织分析；

用拉伸试验机进行力学性能分析；

用X射线衍射仪进行成分分析；

结论：镁铝金属间化合物增强泡沫铝为银灰色块状，泡沫铝孔型内填充了镁铝金属间化合物，泡沫铝保持了高应变率，压缩率为10%~60%时，压缩强度提高了3.2倍。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对泡沫铝强度低、耐磨性差的情况，采用在泡沫铝中填充镁铝金属间化合物的方法，经加热熔炼、保温施压渗流、切割成型，制成镁铝金属间化合物增强泡沫铝，增加了泡沫铝的强度，在压缩率为10%~60%时，压缩强度提高了3.2倍，扩大了泡沫铝的应用范围，是十分理想的泡沫铝的增强方法。

附图说明

图1为镁铝金属间化合物熔液渗流施压泡沫铝状态图

图2为泡沫铝填充金属间化合物前后对比图

图3为填充金属间化合物的泡沫铝X射线衍射图谱

图4为填充金属间化合物前后泡沫铝的应力应变曲线图

图中所示，附图标记清单如下：

1、压力电机，2、上横梁，3、压力传感器，4、压力杆，5、保温炉，6、外水循环冷却管，7、上压头，8、筒形模具，9、镁铝金属液，10、泡沫铝，11、下垫块，12、氩气瓶，13、加热工作台，14、底座，15、左立柱，16、右立柱，17、导线，18、氩气阀，19、压力电机调控器，20、温度调控器，21、电控柜，22、氩气底吹管，23、开合架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明：

图1所示，为镁铝金属间化合物熔液渗流施压泡沫铝状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。

制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、厘米³为计量单位。

镁铝金属间化合物熔液渗流泡沫铝是在压力机上进行的，是在筒形模具内，在加热保温、氩气底吹、施加压力的过程中完成的；

压力机为立式，压力机底部为底座14、底座14的左部设有立柱15、右部设有立柱16，在左右立柱15、16的顶部为上横梁2；在底座14上部设有保温炉5，保温炉5外部由外水循环冷却管6环绕；在保温炉5内底部设有加热工作台13，在加热工作台13上部设有下垫块11，在下垫块11上部设有筒形模具8，在筒形模具8内底部置放泡沫铝10，在泡沫铝10上部为镁铝金属液9，镁铝金属液9上部由上压头7压住，上压头7上部由压力杆4压住，压力杆4上部设有压力传感器3，压力传感器3联接上横梁2上部的压力电机1；下垫块11内设有氩气底吹管22，氩气底吹管22联接氩气阀18、氩气瓶12，氩气底吹管22与筒形模具8内底部联通，并吹至泡沫铝10；在压力机的右部设有电控柜21，电控柜21上设有压力电机调控器19，温度调控器20，压力电机调控器19通过导线17与压力传感器3、压力电机1联接，温度调控器20通过导线17与保温炉5连接。

图2所示，为泡沫铝填充金属间化合物前后对比图，泡沫铝填充前为不规则孔形，填充金属间化合物后致密，无气孔。

图3所示，为填充金属间化合物的X射线衍射图谱，纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角，由图可见，填充物为单一成分，无杂相。

图4所示，为填充金属间化合物前后泡沫铝的应力应变曲线，填充金属间化合物后压缩率为10%~60%时，压缩强度提高3.2倍。