本發(fā)明涉及一種造孔劑法燒結(jié)制備7系泡沫鋁合金材料的方法。

背景技術(shù)：

超高強(qiáng)鋁合金主要是以Al-Zn-Mg-Cu系(7XXX系)為主，代表為7075鋁合金,該系鋁合金屬于可熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金。它們的比強(qiáng)度和硬度很高、熱加工性和焊接性能優(yōu)良、斷裂韌度高,以及抗應(yīng)力腐蝕能力高等,因此廣泛應(yīng)用于航空、航天以及軍工領(lǐng)域。

7系泡沫鋁合金是一種由鋁合金基體和氣孔組成的一種新型結(jié)構(gòu)功能材料，具有高的孔隙率、大的比表面積、小的密度和大的孔徑以及金屬骨架的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征。7系泡沫鋁合金兼有結(jié)構(gòu)材料和功能材料的特點(diǎn)。作為結(jié)構(gòu)材料，它具有輕質(zhì)和高比強(qiáng)度的特點(diǎn)；作為功能材料，它具備吸聲、隔音、隔熱、散熱、阻燃、減震、阻尼、吸收沖擊能、電磁屏蔽等多種物理性能。

目前生產(chǎn)泡沫鋁材料的方法大多為泡沫鋁的制備方法有多種，主要有熔體注氣法、粉末冶金法發(fā)泡法、FORMGRIP 法、滲流鑄造法、燒結(jié)溶解法。這些方法存在一定的缺點(diǎn)，比如采用熔體注氣法很難控制氣泡尺寸；FORMGRIP法制備出的泡沫鋁因含有大量SiC而韌性變差，滲流鑄造法過程復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度較高；燒結(jié)溶解法工藝周期較長(zhǎng)，成品內(nèi)殘留的NaCl會(huì)造成基體局部腐蝕。粉末冶金法發(fā)泡法做為一種嶄新的方法克服了上述的缺點(diǎn)，近年來，人們利用該方法已經(jīng)生產(chǎn)出了泡沫鋁材料，但是由于采用TiH₂作為發(fā)泡劑，價(jià)格較高，且有殘余Ti造成基體的污染，限制了此法在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。因此，在選擇造孔劑時(shí)，其成本和雜質(zhì)元素的影響必須要考慮在內(nèi)。用碳酸氫銨作為造孔劑，在燒結(jié)過程中碳酸氫銨能完全分解為氣體排出爐外，能夠很好的解決造孔劑成本高和雜質(zhì)元素污染基體的問題，而且易于控制孔洞尺寸。到目前為止，通過粉末冶金結(jié)合碳酸氫銨造孔劑生產(chǎn)7系泡沫鋁合金材料的報(bào)道至今還尚未發(fā)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種低成本、工藝簡(jiǎn)單、易于控制孔洞尺寸的7系泡沫鋁合金材料及其制備方法。

本發(fā)明涉及的7系泡沫鋁合金材料中，造孔劑為NH₄HCO₃顆粒，粒徑為200-300 μm，純度99.99%；粒徑為200-300 μm的7系鋁合金粉末，其中：質(zhì)量比Al: NH₄HCO₃=1-10:1-2。

7系泡沫鋁合金材料的制備方法具體步驟為：

（1）將粒徑為200-300 μm的7系鋁合金粉末和粒徑為200-300 μm 的NH₄HCO₃顆粒按照質(zhì)量比Al: NH₄HCO₃=1-10:1-2加入到V型混粉機(jī)中旋轉(zhuǎn)8小時(shí)，使Al粉和NH₄HCO₃顆粒混合均勻后，將混合均勻的粉末取出。

（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)用50-200 MPa的壓制力將粉末壓制成長(zhǎng)方形狀（長(zhǎng) × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。

(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護(hù)氣體，采取梯級(jí)加熱方式，先升溫至150℃-300℃并保溫2-3小時(shí)，將NH₄HCO₃顆粒加熱分解為CO₂和H₂O氣體后，通過流動(dòng)的高純氬氣排出爐外，再升溫至480-540 ℃并保溫0.5-2小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得泡沫純鋁材料。

本發(fā)明制備的7系泡沫鋁合金材料，造孔劑成本低，孔洞分布均勻，易于控制孔洞尺寸，且不存在雜質(zhì)元素污染基體的問題，其平均孔徑為126 μm-208 μm，孔隙率為25%-80%，密度為0.54g/cm³-2.03g/cm³。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

（1）將粒徑為300μm的7075鋁合金粉末和粒徑為300 μm 的NH₄HCO₃顆粒按照質(zhì)量比Al: NH₄HCO₃=1:2進(jìn)行稱量并放入V型混粉機(jī)中旋轉(zhuǎn)8小時(shí)，使7075鋁合金粉末和NH₄HCO₃顆?；旌暇鶆蚝?，將混合均勻的粉末取出。

（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)用50MPa的壓制力將粉末壓制成長(zhǎng)方形狀（長(zhǎng) × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。

(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護(hù)氣體，采取梯級(jí)加熱方式，先升溫至200℃并保溫3小時(shí)，將NH₄HCO₃顆粒加熱分解為CO₂和H₂O氣體后，通過流動(dòng)的高純氬氣排出爐外，再升溫至500 ℃并保溫1小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得7系泡沫鋁合金材料。該材料的孔隙率為80%，平均孔徑為208 μm，密度為0.54g/cm³。

實(shí)施例2：

（1）將粒徑為200μm的7075鋁合金粉末和粒徑為200 μm 的NH₄HCO₃顆粒按照質(zhì)量比Al: NH₄HCO₃=1:1進(jìn)行稱量并放入V型混粉機(jī)中旋轉(zhuǎn)8小時(shí)，使7075鋁合金粉末和NH₄HCO₃顆?；旌暇鶆蚝?，將混合均勻的粉末取出。

（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)用100MPa的壓制力將粉末壓制成長(zhǎng)方形狀（長(zhǎng) × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。

(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護(hù)氣體，采取梯級(jí)加熱方式，先升溫至150℃并保溫3小時(shí)，將NH₄HCO₃顆粒加熱分解為CO₂和H₂O氣體后，通過流動(dòng)的高純氬氣排出爐外，再升溫至480℃并保溫2小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得7系泡沫鋁合金材料。該材料的孔隙率為62%，平均孔徑為126 μm，密度為1.03g/cm³。

實(shí)施例3：

（1）將粒徑為200μm的7050鋁合金粉末和粒徑為300 μm 的NH₄HCO₃顆粒按照質(zhì)量比Al: NH₄HCO₃=2:1進(jìn)行稱量并放入V型混粉機(jī)中旋轉(zhuǎn)8小時(shí)，使7050鋁合金粉末和NH₄HCO₃顆?；旌暇鶆蚝?，將混合均勻的粉末取出。

（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)用100MPa的壓制力將粉末壓制成長(zhǎng)方形狀（長(zhǎng) × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。

(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護(hù)氣體，采取梯級(jí)加熱方式，先升溫至300℃并保溫2小時(shí)，將NH₄HCO₃顆粒加熱分解為CO₂和H₂O氣體后，通過流動(dòng)的高純氬氣排出爐外，再升溫至540 ℃并保溫0.5小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得7系泡沫鋁合金材料。該材料的孔隙率為52%，平均孔徑為175 μm，密度為1.30g/cm³。

實(shí)施例4：

（1）將粒徑為200μm的7050鋁合金粉末和粒徑為300 μm 的NH₄HCO₃顆粒按照質(zhì)量比Al: NH₄HCO₃=10:1進(jìn)行稱量并放入V型混粉機(jī)中旋轉(zhuǎn)8小時(shí)，使7050鋁合金粉末和NH₄HCO₃顆?；旌暇鶆蚝?，將混合均勻的粉末取出。

（2）將步驟（1）混合均勻的粉末倒入方形模具中，在室溫下通過液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)用200MPa的壓制力將粉末壓制成長(zhǎng)方形狀（長(zhǎng) × 寬 × 高，50mm × 20 mm × 10 mm）生坯，再將壓制好的生坯放入石英管式燒結(jié)爐中。

(3)在石英管式燒結(jié)爐中持續(xù)地通入純度為99.99%的高純氬氣作為保護(hù)氣體，采取梯級(jí)加熱方式，先升溫至200℃并保溫3小時(shí)，將然后NH₄HCO₃顆粒加熱分解為CO₂和H₂O氣體后，通過流動(dòng)的高純氬氣排出爐外，再升溫至520 ℃并保溫1小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，隨后將試樣隨爐冷至室溫后獲得7系泡沫鋁合金材料。該材料的孔隙率為25%，平均孔徑為190 μm，密度為2.03g/cm³。

需要指出的是，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，上述實(shí)施例還可以舉出許多，根據(jù)申請(qǐng)人大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在本發(fā)明的權(quán)利要求書所提出的范圍，均可以達(dá)到本發(fā)明的目的。