[01627924]基于渗流法通孔泡沫铝、镁合金的制备工艺优化及孔结构控制

任务来源：太原市科学技术委员会 计划名称：消音环保型泡沫金属及其应用的研究 编号：1998年启明星计划 本课题为太原市启明星计划项目。泡沫金属是一种新型的轻质、多孔功能材料，利用其多孔结构、大比面积和金属特性，兼具消音、降噪、吸能、过滤、散热、轻质、高比强等多种性能，应用前景非常广阔。因而对泡沫金属的研究在国内外均受到了高度重视，欧、美、日本均在这一方面投入了大量的人力物力，我国在原有支持的基础上今年又将其列为国家自然科学基金重点资助项目。经过多年的努力，在基本成形工艺、性能、机理方面已取得了重要进展，可以用各种方法制取不同规格、不同材质、一定孔径和孔隙率范围的泡沫铝，并在应用方面也迈出了一定的步伐。基础研究表明，泡沫铝的各种性能对孔结构有很强的敏感性，要获得良好的应用，必须对其孔结构进行有效控制，以获得孔隙均匀可控的高质量的泡沫铝。这已成为目前泡沫铝研究中的核心和热点之一；另一方面要使泡沫铝尽快获得应用，必须选择一定的产品进行应用和开发。消音、降噪、轻质、环保是泡沫铝的主要用途之一，而噪声污染是一种非常常见又急需解决的有害现象。基于这种情况，本课题以适合于消音的通孔型泡沫铝为对象，对渗流法制备工艺作了进一步的研究和完善，获得了孔结构的控制原理和方法，实现了对孔结构的有效控制；对泡沫铝的消音性能、压缩—吸能性能、过滤性能进行了研究和测试，获得了相应的数据；在此基础上，选择泡沫铝吸音板和气动元件消音器，进行了开发研究。所获结果可直接用于进一步的中试和批量生产，也为更大规格的泡沫铝板型材及其他产品的开发，为其他高熔点泡沫金属的研究奠定了基础。 具体技术特点如下： 1)对泡沫铝渗流法制备工艺作了进一步的研究和完善，能够单独使用真空渗流或者复合成型工艺，稳定地制取孔径为0.1～数毫米，孔隙率为50%～70%的不同形状、规格的泡沫铝试样。 2)提出了孔结构控制的基本原理和方法，对影响孔结构的几个关键工艺环节进行了深入的研究和分析，获得了一种有效的填料颗粒处理工艺，可以获得形状园整、均匀并具有一定强度的盐粒；对压实造型过程中填料的受力和运动情况作了分析并在此基础上提出了分层低压压实工艺；对挤压渗流过程进行了分析并提出了有效的控制方法。采用这些工艺可以获得孔隙园整、孔径和孔隙率均匀的泡沫铝试样。 3)测试研究了泡沫铝的孔隙结构，泡沫铝的孔隙结构由主孔隙、连通孔隙及金属骨架组成其孔隙有通孔、半通孔和闭孔三种形式。其孔径形状大小和孔隙率大小均由填料颗粒、造型和渗流工艺确定。孔径范围：0.1mm～数毫米，孔隙率范围：50%～75%，密度范围：0.68～1.35g/cm3，通孔度：10%～35%（经形状处理后其通孔度大大增加，约为35%）。 4)研究了泡沫铝的压缩性能和吸能能力。泡沫铝的应力—应变曲线有一很长的平台区，表明它有良好的吸能特性。一般以材料进入致密化区前的形变所吸收的能量作为该材料的吸能能力。孔结构不同，其应力—应变曲线也不同，吸能能力不同。孔径越大，孔隙率越高其屈服应力变小但变形量增大，反之亦然。对于确定的实用条件，吸能能力和孔结构的变化曲线有一最大值。 5)研究了泡沫铝的声学性能，分别对泡沫铝对气流噪声的降噪性能，对机械声波的隔声、吸能性能进行了测试研究。结果表明，泡沫铝对气流噪声和机械声波都有很好的消音作用。在实验条件下，取最佳结构值时，消声率均大于20%。泡沫铝的吸声系数约为0.4～0.7，泡沫铝的消音效果对泡沫铝的孔结构、消音器的宏观结构以及噪音的频率都有很强的敏感性，最佳参数应由具体条件确定。在此基础上，研制成功了泡沫铝消音器产品，其性能达到并超过了现有产品。 6)研究了泡沫铝的流体透过性能，其渗流系数在10～10数量级范围内，渗透系数随孔径和孔隙率的增大而增大。 7)首次用渗流法成功地研制了外形尺寸≧300mm×300mm×10mm的泡沫铝板型材，设计制作了用渗流法制作泡沫铝板材的专用工装模具。该模具采用垂直分型对开式结构和电加热方式，加热元件和模具一体化，结构简单，操作方便；一套模具可同时进行挤压、气压和真空吸铸。通过对加热元件的合理设计与布置，可以对模具和填料的温度分布实现控制，以保证渗流的顺利进行和充型完整，获得高质量的泡沫铝件。