复合发泡剂颗粒及其制备方法，以及泡沫铝的制备方法

摘要

本发明提供一种复合发泡剂颗粒，包括氢化钛相及金属相，所述金属相包覆所述氢化钛相，所述金属相的熔点低于所述氢化钛的分解温度。本发明还提供一种复合发泡剂颗粒的制备方法，包括将氢化钛颗粒与金属颗粒混匀，得到混合颗粒，所述金属颗粒的熔点低于所述氢化钛的分解温度；对所述混合颗粒施加压力，使所述金属颗粒与所述氢化钛颗粒复合形成块状复合体；对所述块状复合体进行机械破碎，得到复合颗粒；以及对所述复合颗粒进行粒度筛分，筛选出金属相包覆氢化钛相的复合颗粒。本发明还提供一种泡沫铝的制备方法。

说明书

技术领域

本发明涉及多孔泡沫金属材料领域，特别是涉及复合发泡剂颗粒及其制备方法，以及泡沫铝的制备方法。

背景技术

闭孔泡沫铝是一种集结构和功能为一体的轻质材料，具有良好的吸能、减震、缓冲、隔音吸声、隔热、电磁屏蔽等优良的力学和物理性能，可以满足系统减重、结构承载和功能一体化、微振动抑制等要求，适应未来航空航天、汽车制造、轨道交通等领域对功能材料的需求。

粉末冶金法是一种较为熟知的泡沫铝制备工艺。粉末冶金法采用金属合金作为发泡基体材料而使其制得的泡沫铝具有相对较好的力学性能，但是粉末冶金法的初期发泡过程较难控制，使得氢气不能均匀的分散，最终造成基体局部有较大的孔洞，形成为不规则的泡孔结构，而当发泡前驱体的致密度较低时，这种现象更为明显，严重的将会导致发泡失败。

发明内容

基于此，为解决均匀发泡的问题，有必要提供一种复合发泡剂颗粒及其制备方法，以及泡沫铝的制备方法。

一种复合发泡剂颗粒，包括氢化钛相及金属相，所述金属相包覆所述氢化钛相，所述金属相的熔点低于所述氢化钛的分解温度。

在其中一个实施例中，所述金属相的熔点为200℃～400℃。

在其中一个实施例中，所述金属相包括锡粉及其合金中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述氢化钛相与所述金属相的质量比为1:4～1:12。

一种复合发泡剂颗粒的制备方法，包括：

将氢化钛颗粒与金属颗粒混匀，得到混合颗粒，所述金属颗粒的熔点低于所述氢化钛的分解温度；

对所述混合颗粒施加压力，使所述金属颗粒与所述氢化钛颗粒复合形成块状复合体；

对所述块状复合体进行机械破碎，得到复合颗粒；以及

对所述复合颗粒进行粒度筛分，筛选出金属相包覆氢化钛相的复合颗粒。

在其中一个实施例中，所述氢化钛颗粒的粒径为100～300目，所述金属颗粒的粒径为300～500目，所述氢化钛颗粒与所述金属颗粒的质量比为1:4～1:12。

在其中一个实施例中，所述对所述复合颗粒进行粒度筛分包括筛选出粒径为50～300目的复合颗粒。

在其中一个实施例中，所述机械破碎包括压碎法、劈碎法、折断法、磨剥法及冲击法中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述块状复合体为厚度3～5mm，直径30mm的圆柱体。

一种泡沫铝的制备方法，包括：

将氢化钛颗粒与金属颗粒混匀，得到混合颗粒，所述金属颗粒的熔点低于所述氢化钛的分解温度；

对所述混合颗粒施加压力，使所述金属颗粒与所述氢化钛颗粒复合形成块状复合体；

对所述块状复合体进行机械破碎，得到复合颗粒；

对所述复合颗粒进行粒度筛分，筛选出金属相包覆氢化钛相的复合颗粒，得到复合发泡剂颗粒；

将铝粉与所述复合发泡剂颗粒混匀，并压制得到发泡前驱体；

对发泡前驱体加热，使所述复合发泡剂颗粒发泡并得到具有泡孔结构的铝熔体；以及

将所述铝熔体冷却，得到泡沫铝。

本发明用熔点低于氢化钛分解温度的金属相包覆氢化钛相，在发泡的过程中，前驱体在固态铝基体熔化前，首先到达金属相的熔点，使固态的金属相在到达氢化钛分解温度之前变为熔融态；当到达氢化钛分解温度之后，氢化钛相分解释放出的氢气可以被熔融态的金属包覆形成圆形泡孔，从而阻止其进一步向固态基体的孔隙中扩散，很好的保护了发泡初期的泡孔形状，防止类似裂纹的孔隙出现并在发泡后期发展成不规则的泡孔结构。另外，由于低熔点金属相对氢化钛相的包覆，降低了对氢化钛分解温度与基体熔化温度匹配的要求，对发泡前驱体的致密度要求也大大降低，可以扩大粉末冶金法生产泡沫铝的范围。

采用物理包覆技术对氢化钛颗粒及金属颗粒进行混合、压块、破碎及筛分得到低熔点金属相包覆氢化钛相的复合发泡剂颗粒，生产过程简单，且在后续的生产应用中不需要改变现有粉末冶金法制备泡沫铝的生产设备等即可获得泡孔结构均匀、质量稳定的多孔泡沫铝结构材料，产品的重现性好，适宜工业化规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例中复合发泡剂颗粒的制备方法流程示意图；

图2为本发明实施例中锡包覆氢化钛复合发泡剂颗粒制备的前驱体显微结构图；

图3为未包覆的氢化钛发泡剂颗粒制备的前驱体显微结构图；

图4为本发明实施例锡包覆氢化钛复合发泡剂颗粒制备出的泡沫铝的示意图；

图5为与图4相同发泡温度及发泡时间下，未包覆的氢化钛发泡剂颗粒制备出的泡沫铝的示意图；

图6为未包覆的氢化钛发泡剂颗粒制备的前驱体发泡一定时间的显微结构图；

图7为与图6相同发泡温度及发泡时间下，本发明实施例锡包覆氢化钛复合发泡剂颗粒制备的前驱体发泡一定时间的显微结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明的具体实施例进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供一种复合发泡剂颗粒的制备方法，包括：

S100，将氢化钛颗粒与金属颗粒混匀，得到混合颗粒，金属颗粒的熔点低于氢化钛的分解温度；

S200，对混合颗粒施加压力，使金属颗粒与氢化钛颗粒复合形成块状复合体；

S300，对块状复合体进行机械破碎，得到复合颗粒；以及

S400，对复合颗粒进行粒度筛分，筛选出金属相包覆氢化钛相的复合颗粒。

采用物理包覆技术对氢化钛颗粒及金属颗粒进行混合、压块、破碎及筛分得到低熔点金属相包覆氢化钛相的复合发泡剂颗粒，生产流程简单明了，且在后续的生产应用中不需要改变现有粉末冶金法制备泡沫铝的生产设备等即可获得泡孔结构均匀、质量稳定的多孔泡沫铝结构材料，产品的重现性好，适宜工业化规模生产。

在步骤S100中，氢化钛颗粒的粒径可以为100～300目，金属颗粒的粒径可以为300～500目。氢化钛颗粒与金属颗粒的质量比可以为1:4～1:12。通过调节氢化钛颗粒及金属颗粒的粒径，进而调节发泡过程中分解释放的氢气气泡的大小及分布，可以达到控制最终泡沫铝中泡孔孔径及孔隙率的效果。

可以使用三维混料机将氢化钛颗粒与金属颗粒混匀。混料时间可以为1～4h，混料机的频率可以设定在30～50Hz。设备简单，易于操作，且三维混料机可以克服不同成分密度对混料效果的影响，使各成分之间混合的更均匀。

在步骤S200中，可以在压强300～500MPa条件下，经单轴向压力对混合颗粒施压3～5min。优选的，块状复合体为厚度3～5mm，直径30mm的圆柱体。压块处理的过程中，可以使用模具进行处理。优选的模具为内腔30mm的圆柱形模具。模具的使用可以使获得的氢化钛颗粒与金属颗粒的块状复合体具有一致的形状和大小，便于批量化生产储存。

在步骤S300中，机械破碎的方法可以包括压碎法、劈碎法、折断法、磨剥法及冲击法中的至少一种。

在步骤S400中，对复合颗粒进行粒度筛分，获得所需粒径的发泡剂颗粒。筛分过程中，未过筛的颗粒继续进行机械破碎，直至使其完全过筛。优选的，筛选出粒径为50～300目的复合颗粒。如果破碎粒径较小，所获得的颗粒中有较多的单独锡颗粒的出现，不能起到很好的包覆效果；如果破碎粒径较大，锡包覆的氢化钛颗粒较多，发泡过程中容易出现过多较大的连通孔，最终影响泡孔的均匀性。通过粒径的控制，保证破碎后的氢化钛相被金属相包覆，控制泡孔的孔径及孔隙率，使得到的泡沫铝中泡孔结构均匀，产品性能更好。

本发明提供一种复合发泡剂颗粒，包括氢化钛相及金属相，金属相包覆氢化钛相，金属相的熔点低于氢化钛的分解温度。

优选的，金属相的熔点为200℃～400℃。可选的，金属相包括锡粉及其合金中的至少一种，优选的金属相选用锡粉。更优选的，选用的金属相具有良好的延展性。

优选的，氢化钛相与金属相的质量比为1:4～1:12。

优选的，氢化钛相完全被金属相包覆。在发泡过程中，氢化钛相分解释放的氢气可以独立形成规则的圆形。也可以有少量的氢化钛相暴露在金属相外部，这些少量的因未完全包覆的氢化钛相在发泡过程中分解释放的氢气气泡可以随着发泡的进行与周围的规则泡孔合并最终形成圆形孔。

本发明还提供一种泡沫铝的制备方法，包括：

S100，将氢化钛颗粒与金属颗粒混匀，得到混合颗粒，金属颗粒的熔点低于氢化钛的分解温度；

S200，对混合颗粒施加压力，使金属颗粒与氢化钛颗粒复合形成块状复合体；

S300，对块状复合体进行机械破碎，得到复合颗粒；

S400，对复合颗粒进行粒度筛分，筛选出金属相包覆氢化钛相的复合颗，得到复合发泡剂颗粒；

S500，将铝粉与复合发泡剂颗粒混匀，并压制得到发泡前驱体；

S600，对发泡前驱体加热，使所述复合发泡剂颗粒发泡并得到具有泡孔结构的铝熔体；以及

S700，将所述铝熔体冷却，得到泡沫铝。

实施例1复合发泡剂颗粒的制备

S100，将氢化钛颗粒与金属颗粒混匀。其中，金属颗粒为粒径500目的锡粉末。氢化钛颗粒的粒径为300目。氢化钛颗粒与锡粉末的质量比为1:8。混匀操作在三维混料机上进行，混料2h，混料机频率设定为40Hz。

S200，混匀后，称取15g的混合料灌入内腔为30mm的圆柱形模具中进行单轴向压块，在450MPa下保持5min后，获得厚度3mm，直径30mm的圆块。

S300，对压好的圆块样，经折断、压碎等机械破碎，得到复合颗粒。

S400，对初破碎后的颗粒进行筛分，筛选出粒径在100～200目的颗粒，未过筛的颗粒继续进行机械破碎，直至使其完全过筛，得到如图2所示的金属锡包覆氢化钛的复合发泡剂颗粒。

实施例2泡沫铝的制备

采用实施例1制备的复合发泡剂颗粒制备泡沫铝，在得到复合发泡剂颗粒之后，进行如下操作：

S500，将铝粉与得到的复合发泡剂颗粒混匀，压制得到发泡前驱体。

S600，对发泡前驱体进行加热，使复合发泡剂颗粒发泡。随加热温度的升高，前驱体逐渐熔化，最终得到具有泡孔结构的铝熔体。

S700，将铝熔体冷却，得到泡沫铝。

对比例3泡沫铝的制备

与实施例2基本相同，区别仅在于未采用实施例1的发泡剂。本实施例中，使用的发泡剂为如图3所示的未包覆的氢化钛发泡剂颗粒。

在相同的发泡温度及发泡时间下，如图4所示，实施例2中使用本发明实施例中锡包覆氢化钛复合发泡剂颗粒制备出的泡沫铝的孔隙率约为56.2％，平均孔径大小为0.8mm；如图5所示，对比例3中，使用未包覆的氢化钛发泡剂颗粒制备出的泡沫铝的孔隙率约为68.4％，平均孔径大小为1.7mm。使用锡包覆的氢化钛制备出的泡沫铝的泡孔分布更均匀，且较大的连通孔少。

请参阅图6及图7，用熔点低于氢化钛分解温度的金属相包覆氢化钛相，在氢化钛表面实现低熔点金属的包裹。使用该发泡剂进行发泡的过程中，首先到达金属相的熔点，使固态的金属相在到达氢化钛分解温度之前变为熔融态；当到达氢化钛分解温度之后，氢化钛相分解释放出的氢气可以被熔融态的金属包覆形成圆形泡孔，从而阻止其进一步向固态基体的孔隙中扩散，很好的保护了发泡初期的炮孔形状，防止类似裂纹的孔隙出现并在发泡后期发展成不规则的炮孔结构。另外，由于低熔点金属相对氢化钛相的包覆，降低了对氢化钛分解温度与基体熔化温度匹配的要求，对发泡前驱体的致密度要求也大大降低，可以扩大粉末冶金法生产泡沫铝的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。