權(quán)利要求書(shū)： 1.一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：（1）將TiH2通過(guò)振動(dòng)篩篩分的方式分離出粒徑72~74μm的部分，作為T(mén)iH2粉；

（2）將TiH2粉用加熱爐加熱至410~530℃，然后保溫40~50min，隨爐冷卻至常溫，獲得預(yù)熱發(fā)泡劑粉；

（3）將發(fā)泡劑粉、鎂粉和硅粉加入到鋁粉中，然后球磨混合至少8h，制成混合粉料；其中發(fā)泡劑粉占鋁粉質(zhì)量的0.8 1.4%，鎂粉占鋁粉質(zhì)量的0.6 1%，硅粉占鋁粉質(zhì)量的10 11.6%；

~ ~ ~

鋁粉粒度400 500目，鎂粉粒度500 600目，硅粉粒徑18 20μm；

~ ~ ~

（4）將混合粉料置于坩堝中，將坩堝置于加熱爐內(nèi)，升溫至400 500℃，然后保溫40~ ~

50min進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，獲得的預(yù)燒結(jié)物料在400 500℃條件下直接填充至模具中，在400 450~ ~

MPa壓力下進(jìn)行冷壓，保壓時(shí)間為10 20min，然后脫模獲得預(yù)制體；

~

（5）將發(fā)泡模具預(yù)熱至700 720℃，將預(yù)制體置于預(yù)熱后的發(fā)泡模具內(nèi)；然后將帶有預(yù)~

制體的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至650 670℃的加熱爐中；

~

（6）將加熱爐密封，并通過(guò)加熱爐的進(jìn)氣口向加熱爐內(nèi)通入氬氣，至加熱爐內(nèi)的壓力為

0.2 0.5MPa，在此條件下進(jìn)行發(fā)泡，時(shí)間8 12min，然后隨爐冷卻至常溫，取出發(fā)泡模具脫模~ ~

獲得泡沫鋁材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法，其特征在3

于所述的泡沫鋁材料的表觀密度0.2 0.32g/cm。

~

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法，其特征在于所述的泡沫鋁材料的孔隙率68 96%。

~

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法，其特征在于步驟（6）中，泡沫鋁材料的膨脹率為266 390%。

~

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法，其特征在于步驟（5）中，發(fā)泡模具側(cè)壁為圓筒狀，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚2 3mm；側(cè)壁上均勻開(kāi)設(shè)有若干~

直徑1 2mm的氣孔。

~

說(shuō)明書(shū)： 一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于多孔金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法。

背景技術(shù)[0002] 泡沫鋁的制備發(fā)方法主要有熔體發(fā)泡法和粉末冶金法，在《粉末冶金發(fā)泡法制備閉孔泡沫鋁研究進(jìn)展》一文中記載，熔體發(fā)泡法是將增稠劑和發(fā)泡劑直接加入金屬熔體中，

發(fā)泡劑受熱分解產(chǎn)生氣體制備閉孔泡沫鋁，然而產(chǎn)品質(zhì)量易受環(huán)境因素影響且不易制備結(jié)

構(gòu)復(fù)雜的泡沫鋁部件。傳統(tǒng)的粉末冶金法制備泡沫鋁材料是通過(guò)熱壓制備預(yù)制體，然后在

電阻爐中加熱發(fā)泡的方式制備，但是以上方法制造的泡沫鋁結(jié)構(gòu)不均勻，綜合性能低下，生

產(chǎn)工藝復(fù)雜且不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種粉末預(yù)燒結(jié)加壓發(fā)泡制備泡沫鋁材料的方法，通過(guò)對(duì)粉末原料進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，再冷壓制備預(yù)制體，最后加壓發(fā)泡，制成孔徑均勻，性能優(yōu)良的泡沫鋁

材料。

[0004] 本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行：1、將TiH2通過(guò)振動(dòng)篩篩分的方式分離出粒徑72~74μm的部分，作為T(mén)iH2粉；

2、將TiH2粉用加熱爐加熱至410~530℃，然后保溫40~50min，隨爐冷卻至常溫，獲

得預(yù)熱發(fā)泡劑粉；

3、將發(fā)泡劑粉、鎂粉和硅粉加入到鋁粉中，然后球磨混合至少8h，制成混合粉料；

其中發(fā)泡劑粉占鋁粉質(zhì)量的0.8 1.4%，鎂粉占鋁粉質(zhì)量的0.6 1%，硅粉占鋁粉質(zhì)量的10

~ ~ ~

11.6%；鋁粉粒度400 500目，鎂粉粒度500 600目，硅粉粒徑18 20μm；

~ ~ ~

4、將混合粉料置于坩堝中，將坩堝置于加熱爐內(nèi)，升溫至400 500℃，然后保溫40

~ ~

50min進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，獲得的預(yù)燒結(jié)物料在400 500℃條件下直接填充至模具中，在400

~ ~

450MPa壓力下進(jìn)行冷壓，保壓時(shí)間為10 20min，然后脫模獲得預(yù)制體；

~

5、將發(fā)泡模具預(yù)熱至700 720℃，將預(yù)制體置于預(yù)熱后的發(fā)泡模具內(nèi)；然后將帶有

~

預(yù)制體的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至650 670℃的加熱爐中；

~

6、將加熱爐密封，并通過(guò)加熱爐的進(jìn)氣口向加熱爐內(nèi)通入氬氣，至加熱爐內(nèi)的壓

力為0.2 0.5MPa，在此條件下進(jìn)行發(fā)泡，時(shí)間8 12min，然后隨爐冷卻至常溫，取出發(fā)泡模具

~ ~

脫模獲得泡沫鋁材料。

[0005] 上述的泡沫鋁材料的表觀密度0.2 0.32g/cm3。~

[0006] 上述的泡沫鋁材料的孔隙率68 96%。~

[0007] 上述的步驟6中，泡沫鋁材料的膨脹率為266 390%。~

[0008] 上述的步驟5中，發(fā)泡模具側(cè)壁為圓筒狀，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚2 3mm；側(cè)壁上均勻~

開(kāi)設(shè)有若干直徑1 2mm的氣孔。

~

[0009] 上述的步驟2中，將TiH2粉加熱保溫的目的是使氫化鈦表面生成二氧化鈦氧化層，起到阻礙延遲氫氣釋放的作用，使步驟4進(jìn)行發(fā)泡時(shí)氫化鈦釋放氣體的溫度更契合預(yù)制體

融化的溫度。

[0010] 上述的步驟3中，預(yù)燒結(jié)物料在400 500℃條件下直接填充至模具中，目的是加強(qiáng)~

冶金結(jié)合，使壓制的預(yù)制體密實(shí)度更好。

[0011] 上述的步驟5中，將發(fā)泡模具預(yù)熱至700 720℃，將預(yù)制體置于預(yù)熱后的發(fā)泡模具~

內(nèi)；然后將帶有預(yù)制體的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至650 670℃的加熱爐中；其目的是將預(yù)制

~

體置于發(fā)泡模具時(shí)，預(yù)制體由于含硅導(dǎo)致熔點(diǎn)降低至600℃以下，較高的模具溫度使預(yù)制體

受熱充分，快速融化，轉(zhuǎn)移至溫度較低的加熱爐中，較低的溫度又不至于讓氫化鈦過(guò)快的釋

放氫氣，使預(yù)制體熔化溫度更好地契合氫氣釋放的峰值時(shí)間，導(dǎo)致發(fā)泡效果更好。

[0012] 本發(fā)明的有益效果是：混合物料預(yù)燒結(jié)可以提高鋁顆粒間金屬鍵結(jié)合程度，通過(guò)燒結(jié)物料會(huì)使顆粒包覆在氫化鈦表面，實(shí)現(xiàn)粉末間的初步冶金結(jié)合，獲得更高的致密度，表

面的鋁灰生成氧化鋁層，從而減緩了后續(xù)膨脹過(guò)程中金屬熔化前氫氣的損失，避免了冷壓

導(dǎo)致的壓坯內(nèi)部有微裂孔的現(xiàn)象，避免了發(fā)泡時(shí)壓坯開(kāi)裂不能發(fā)泡的現(xiàn)象；由于混料造成

氫化鈦小顆粒間聚集，預(yù)燒結(jié)是氫化鈦顆粒間的氧化層發(fā)生連接，使氧化層變厚，進(jìn)一步延

緩氫氣釋放；預(yù)燒結(jié)后的物料在高溫條件下進(jìn)行壓制，能夠強(qiáng)化冶金結(jié)合，使泡沫鋁預(yù)制體

獲得更高的致密度，從而減緩了后續(xù)膨脹過(guò)程中金屬熔化前氧氣的釋放和減少了氫氣的損

失；在發(fā)泡過(guò)程中，通過(guò)通入氬氣造成氣壓增加（氬氣在高溫下活性低，且能降低加熱爐內(nèi)

氣體活性，在高溫操作條件下相對(duì)安全），能夠使發(fā)泡劑分解延后，更契合預(yù)制體融化時(shí)的

溫度，并且使泡沫鋁氣泡合并現(xiàn)象減弱，泡沫鋁的泡孔大小依賴于發(fā)泡壓力，并且發(fā)泡高度

不受影響；隨著氣壓的增加，能夠起到穩(wěn)定泡沫鋁材料發(fā)泡過(guò)程的作用，有效的改善泡沫鋁

材料的泡孔結(jié)構(gòu)、泡孔大小與泡孔均勻度等，可以極大地改善泡沫鋁氣泡孔的均勻性、一致

性與穩(wěn)定性，進(jìn)而改善泡沫鋁材料的品質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力等條件能夠選擇制備不同孔隙率

不同性能的產(chǎn)品；在發(fā)泡模具高溫預(yù)熱之后，將預(yù)制體放入，預(yù)制體因?yàn)楹泄?，其熔點(diǎn)在

590℃左右，較高的模具溫度可以使預(yù)制體快速融化，而在溫度較低的加熱爐中，又不至于

讓氫化鈦過(guò)快的釋放氫氣，使其更好地契合氫氣釋放的峰值時(shí)間，達(dá)到的發(fā)泡效果更好；當(dāng)

發(fā)泡模具采用不銹鋼薄壁材質(zhì)時(shí)，能夠使熱傳導(dǎo)更充分，使模具內(nèi)溫度與爐膛實(shí)際溫度更

契合，實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)泡效果，模具外壁設(shè)有氣孔時(shí)，能夠保證在加壓發(fā)泡時(shí)不僅僅在泡沫鋁

上部受力，泡沫鋁四周也會(huì)有壓力作用，加壓效果施加于泡沫鋁整體上，實(shí)現(xiàn)更好地發(fā)泡效

果。

附圖說(shuō)明[0013] 圖1為本發(fā)明對(duì)比例1的泡沫鋁材料外觀照片圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的泡沫鋁材料外觀照片圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的泡沫鋁材料外觀照片圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的泡沫鋁材料外觀照片圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例4的泡沫鋁材料外觀照片圖；

圖6為本發(fā)明對(duì)比例2的泡沫鋁材料外觀照片圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的泡沫鋁材料孔徑分布曲線圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例2的泡沫鋁材料孔徑分布曲線圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例3的泡沫鋁材料孔徑分布曲線圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例4的泡沫鋁材料孔徑分布曲線圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例1的泡沫鋁材料應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例2的泡沫鋁材料應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例3的泡沫鋁材料應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；

圖14為本發(fā)明實(shí)施例4的泡沫鋁材料應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。

具體實(shí)施方式[0014] 以下結(jié)合實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述。[0015] 本發(fā)明實(shí)施例中采用的鋁粉純度≥99.5%。[0016] 本發(fā)明實(shí)施例中采用的硅粉純度≥99.5%。[0017] 本發(fā)明實(shí)施例中采用的鎂粉純度≥99.5%。[0018] 本發(fā)明實(shí)施例中預(yù)燒結(jié)物料填充至模具中時(shí)，模具預(yù)先在內(nèi)壁上涂覆耐高溫潤(rùn)滑油，然后通過(guò)漏斗將預(yù)燒結(jié)物料放入模具中。

[0019] 本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行冷壓采用壓力機(jī)。[0020] 本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行冷壓時(shí)，調(diào)節(jié)壓制速率為1mm/min,當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓制速率為0，開(kāi)始保壓；保壓結(jié)束后關(guān)閉壓力機(jī)，取出模具脫模。

[0021] 本發(fā)明實(shí)施例中將發(fā)泡模具預(yù)熱前，預(yù)先在發(fā)泡模具內(nèi)壁噴涂脫模劑。[0022] 本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行發(fā)泡時(shí)，加熱爐上設(shè)有石英觀察窗，同時(shí)通過(guò)激光測(cè)距儀觀測(cè)模具內(nèi)物料高度。

[0023] 本發(fā)明實(shí)施例中當(dāng)預(yù)制體直徑為50mm時(shí)，發(fā)泡模具的內(nèi)徑為55mm。[0024] 本發(fā)明實(shí)施例中預(yù)制體高度為H1，經(jīng)過(guò)發(fā)泡后的泡沫鋁材料的高度為H2，（H2?H1）/H1=膨脹率。

[0025] 本發(fā)明實(shí)施例中，發(fā)泡模具側(cè)壁為圓筒狀，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚2 3mm；側(cè)壁上均勻~

開(kāi)設(shè)有若干直徑1 2mm的氣孔。

~

[0026] 本發(fā)明實(shí)施例中，步驟2將TiH2粉加熱保溫的目的是使氫化鈦表面生成二氧化鈦氧化層，起到阻礙延遲氫氣釋放的作用，使步驟4進(jìn)行發(fā)泡時(shí)氫化鈦釋放氣體的溫度更契合

預(yù)制體融化的溫度。

[0027] 本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)燒結(jié)物料在400 500℃條件下直接填充至模具中，目的是加強(qiáng)~

冶金結(jié)合，使壓制的預(yù)制體密實(shí)度更好。

[0028] 本發(fā)明實(shí)施例中，將發(fā)泡模具預(yù)熱至700 720℃，將預(yù)制體置于預(yù)熱后的發(fā)泡模具~

內(nèi)；然后將帶有預(yù)制體的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至650 670℃的加熱爐中；其目的是將預(yù)制

~

體置于發(fā)泡模具時(shí)，預(yù)制體由于含硅導(dǎo)致熔點(diǎn)降低至600℃以下，較高的模具溫度使預(yù)制體

受熱充分，快速融化，轉(zhuǎn)移至溫度較低的加熱爐中，較低的溫度又不至于讓氫化鈦過(guò)快的釋

放氫氣，使預(yù)制體熔化溫度更好地契合氫氣釋放的峰值時(shí)間，導(dǎo)致發(fā)泡效果更好。

[0029] 實(shí)施例1將TiH2通過(guò)振動(dòng)篩篩分的方式分離出粒徑72~74μm的部分，作為T(mén)iH2粉；

將TiH2粉用加熱爐加熱至410℃，然后保溫50min，隨爐冷卻至常溫，獲得預(yù)熱發(fā)泡

劑粉；

將發(fā)泡劑粉、鎂粉和硅粉加入到鋁粉中，然后球磨混合8h，制成混合粉料；其中發(fā)

泡劑粉占鋁粉質(zhì)量的0.8%，鎂粉占鋁粉質(zhì)量的0.6%，硅粉占鋁粉質(zhì)量的10%；所述的鎂粉粒

度500 600目，硅粉粒徑18 20μm，鋁粉粒度400 500目；

~ ~ ~

將混合粉料置于坩堝中，將坩堝置于加熱爐內(nèi)，升溫至400℃，然后保溫50min進(jìn)行

預(yù)燒結(jié)，獲得的預(yù)燒結(jié)物料在400℃條件下直接填充至模具中，在450MPa壓力下進(jìn)行冷壓，

保壓時(shí)間為10min，然后脫模獲得預(yù)制體；

將發(fā)泡模具預(yù)熱至720℃，將預(yù)制體置于預(yù)熱后的發(fā)泡模具內(nèi)；然后將帶有預(yù)制體

的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至670℃的加熱爐中；

將加熱爐密封，并通過(guò)加熱爐的進(jìn)氣口向加熱爐內(nèi)通入氬氣，至加熱爐內(nèi)的壓力

為0.2MPa，在此條件下進(jìn)行發(fā)泡，時(shí)間12min，然后隨爐冷卻至常溫，取出發(fā)泡模具脫模獲得

3

泡沫鋁材料，其表觀密度0.201g/cm，孔隙率79.3%，泡沫鋁材料的膨脹率為389.6%；

將泡沫鋁材料線切割成Φ30×30mm的圓柱體，外觀如圖2所示，孔徑分布曲線如圖

7所示，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖11所示。

[0030] 實(shí)施例2方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

（1）將TiH2粉用加熱爐加熱至530℃，然后保溫40min；

（2）球磨混合9h；發(fā)泡劑粉占鋁粉質(zhì)量的1%，鎂粉占鋁粉質(zhì)量的0.8%，硅粉占鋁粉

質(zhì)量的10.5%；

（3）500℃保溫40min進(jìn)行預(yù)燒結(jié)；

（4）預(yù)燒結(jié)物料在500℃條件下直接填充至模具中，在400MPa壓力下進(jìn)行冷壓，保

壓時(shí)間20min；

（5）將發(fā)泡模具預(yù)熱至700℃，將帶有預(yù)制體的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至650℃的

加熱爐中；

（6）通入氬氣至加熱爐內(nèi)的壓力為0.3MPa，發(fā)泡時(shí)間11min；泡沫鋁材料的表觀密

3

度0.226g/cm，孔隙率77.4%，泡沫鋁材料的膨脹率為385.4%；

將泡沫鋁材料線切割成Φ30×30mm的圓柱體，外觀如圖3所示，孔徑分布曲線如圖

8所示，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖12所示。

[0031] 實(shí)施例3方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

（1）將TiH2粉用加熱爐加熱至450℃，然后保溫45min；

（2）球磨混合10h；發(fā)泡劑粉占鋁粉質(zhì)量的1.2%，鎂粉占鋁粉質(zhì)量的0.9%，硅粉占鋁

粉質(zhì)量的11%；

（3）450℃保溫45min進(jìn)行預(yù)燒結(jié)；

（4）預(yù)燒結(jié)物料在450℃條件下直接填充至模具中，在430MPa壓力下進(jìn)行冷壓，保

壓時(shí)間15min；

（5）將發(fā)泡模具預(yù)熱至710℃，將帶有預(yù)制體的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至66℃的加

熱爐中；

（6）通入氬氣至加熱爐內(nèi)的壓力為0.4MPa，發(fā)泡時(shí)間10min；泡沫鋁材料的表觀密

3

度0.255g/cm，孔隙率74.5%，泡沫鋁材料的膨脹率為333.3%；

將泡沫鋁材料線切割成Φ30×30mm的圓柱體，外觀如圖4所示，孔徑分布曲線如圖

9所示，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖13所示。

[0032] 實(shí)施例4方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

（1）將TiH2粉用加熱爐加熱至470℃，然后保溫45min；

（2）球磨混合11h；發(fā)泡劑粉占鋁粉質(zhì)量的1.4%，鎂粉占鋁粉質(zhì)量的1%，硅粉占鋁粉

質(zhì)量的11.6%；

（3）450℃保溫45min進(jìn)行預(yù)燒結(jié)；

（4）預(yù)燒結(jié)物料在450℃條件下直接填充至模具中，在430MPa壓力下進(jìn)行冷壓，保

壓時(shí)間15min；

（5）將發(fā)泡模具預(yù)熱至710℃，將帶有預(yù)制體的發(fā)泡模具放入已經(jīng)升溫至66℃的加

熱爐中；

（6）通入氬氣至加熱爐內(nèi)的壓力為0.5MPa，發(fā)泡時(shí)間8min；泡沫鋁材料的表觀密度

3

0.32g/cm，孔隙率68%，泡沫鋁材料的膨脹率為266.7%；

將泡沫鋁材料線切割成Φ30×30mm的圓柱體，外觀如圖5所示，孔徑分布曲線如圖

10所示，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖14所示。

[0033] 對(duì)比例1方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

將加熱爐密封后，不通入氬氣，加熱爐內(nèi)氣壓0.1MPa；泡沫鋁材料的表觀密度

3

0.047g/cm，孔隙率96.3%，泡沫鋁材料的膨脹率為372.5%；

將泡沫鋁材料線切割成圓柱體，外觀如圖1所示；由于未在發(fā)泡時(shí)增壓，泡孔合并

較多。

[0034] 對(duì)比例2方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

混合粉料不進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，直接進(jìn)行冷壓；泡沫鋁材料的膨脹率為210%；

將泡沫鋁材料線切割成圓柱體，外觀如圖6所示；由于未進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，發(fā)泡高度明

顯矮于提前預(yù)熱物料的泡沫鋁發(fā)泡高度，觀察孔結(jié)構(gòu)可知，孔徑不均一且發(fā)生泡孔合并現(xiàn)

象，發(fā)泡質(zhì)量差。