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開孔泡沫鋁制備及其性能研究（二十八）

全文工作總結(jié)

開孔泡沫鋁是一種新型結(jié)構(gòu)和功能材料。目前，用于開孔泡沫鋁制備的主要工藝為食鹽粒子滲流鑄造法，該方法能夠制備出具有較好力學(xué)性能的開孔泡沫鋁，但仍存在孔隙率低，三維連通性差，孔徑及孔結(jié)構(gòu)不夠均勻等缺點(diǎn)。本文采用石膏型熔模法制備出孔隙率高，三維連通性好，孔徑及孔結(jié)構(gòu)均勻的開孔泡沫鋁，并通過變質(zhì)處理、T6熱處理的處理方式對高空隙率泡沫鋁的基體進(jìn)行強(qiáng)化，從而制備出高孔隙率及高比強(qiáng)度的開孔泡沫鋁。研究了高孔隙率及高比強(qiáng)度開孔泡沫鋁的制備工藝、軸向準(zhǔn)靜態(tài)壓縮性能以及石膏型熔模法制備的 夾芯圓管的壓縮性能，主要研究工作和結(jié)論如下：

（1）研究了石膏型預(yù)制塊的制備工藝。結(jié)果表明：應(yīng)選取發(fā)泡均勻、三維連通性好的聚氨酯網(wǎng)狀海綿作為母體材料，其結(jié)構(gòu)特征決定了最終成型的開孔泡沫鋁的結(jié)構(gòu)特征；石膏漿料的主要成分及配比范圍為石膏65%～75%，硫酸鎂15%～25%，鋁礬土5%～10%。其中，硫酸鎂用于改善石膏型的水溶性，以利于后續(xù)的清理。鋁礬土用于抵抗石膏型高溫收縮和裂紋傾向，同時(shí)還起到提高石膏型強(qiáng)度的作用；石膏型預(yù)制塊的焙燒采用逐級升溫、分段保溫的焙燒工藝，以防止由于心表溫度的差異而產(chǎn)生開裂。

（2）研究了石膏型熔模鑄造法的滲流工藝參數(shù)。結(jié)果表明：滲流過程需要 控制的主要因素是預(yù)制塊的預(yù)熱溫度、鋁液的澆注溫度和滲流壓力。其最佳的參數(shù)范圍是：預(yù)熱溫度450℃~580℃，澆注溫度700℃~780℃，滲流氣壓 0.3MPa～0.5Mpa。能夠制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的開孔泡沫鋁，所制備開孔泡沫鋁的孔隙率范圍為85%～93.5%。

（3）石膏型熔模法制備了泡沫純鋁、泡沫ZL101鋁合金、泡沫ZL102鋁 合金，并研究了不同基體材料泡沫鋁的壓縮性能。結(jié)果表明：不同基體材料泡 沫鋁的壓縮曲線均包括三個(gè)明顯的特征階段，即彈性段、塑性坍塌段以及致密化段，且塑性坍塌段長而平緩；泡沫ZL101鋁合金和泡沫ZL102鋁合金由于是脆性材質(zhì)，在壓縮曲線中出現(xiàn)了低密度泡沫鋁的波動(dòng)特征，而泡沫純鋁由于是塑性材質(zhì)，在整個(gè)壓縮過程中曲線較為平滑；泡沫ZL101鋁合金與泡沫ZL102鋁合金、泡沫純鋁相比，具備更為優(yōu)良的壓縮力學(xué)性能及吸能性能，且能在較大的應(yīng)力或應(yīng)變范圍內(nèi)，均能維持比較高的理想吸能效率，從而對材料能夠起 到較好的緩沖保護(hù)作用。

（4）通過 Al-B\Al-Ti中間合金變質(zhì)劑的變質(zhì)處理能夠有效細(xì)化ZL101鋁合金的基體組織中的Si相形貌。因此，可以通過變質(zhì)處理提高泡沫ZL101 鋁合金的強(qiáng)度；變質(zhì)處理與T6熱處理相結(jié)合的處理方式能夠有效提高泡沫 ZL101鋁合金基體硬度、壓縮力學(xué)性能和吸能性能，其硬度值提高了41%，屈服強(qiáng)度可達(dá)0.23454MPa, 比強(qiáng)度可達(dá)0.82×10-3MPam3/kg,理想吸能效率可達(dá)85%左右。

（5）空心圓管的壓縮行為與其本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有著密切的關(guān)系；石膏型熔 模法所制備的泡沫鋁夾芯圓管的壓縮力學(xué)性能優(yōu)于空心圓管；經(jīng)壓縮后的石膏 型熔模法所制泡沫鋁夾芯圓管的褶皺數(shù)量和位置與其載荷-位移曲線上波峰數(shù)量及波峰位置有關(guān)；開孔泡沫鋁與填充圓管的相互作用能夠提高泡沫鋁夾芯圓管結(jié)構(gòu)的承載能力和吸能能力；食鹽粒子滲流法所制備泡沫鋁夾芯管的承載能力及吸能總量優(yōu)于石膏型熔模法所制備的泡沫鋁夾芯管，但是考慮到結(jié)構(gòu)的質(zhì)量因素，石膏型熔模法制備的泡沫鋁夾芯圓管較食鹽粒子所制備的泡沫鋁夾芯圓管，重量上減輕了42.3%，其比強(qiáng)度可達(dá)0.1237MPam3/kg，比吸能可達(dá)19.39J/g。

今后工作的展望

本文主要研究了高孔隙率及高比強(qiáng)度開孔泡沫鋁的制備工藝、軸向準(zhǔn)靜態(tài) 壓縮性能以及石膏型熔模法制備的夾芯圓管的壓縮性能。研究取得了一定的成果，但由于實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間的限制，仍有一些問題有待解決。

（1）由于石膏型熔模法所制備泡沫鋁的母體材料為聚氨酯網(wǎng)狀海綿，海綿 筋比較纖細(xì)，造成了開孔泡沫鋁的骨架結(jié)構(gòu)承載能力有限，且在清理過程中容易產(chǎn)生缺陷。用水溶以及高壓水沖洗的清理方法還不夠高效，需要尋找一種方 便快捷的清理方法。

（2）關(guān)于開孔泡沫鋁的變質(zhì)只采用了B、T 變質(zhì)劑，對于鈉鹽變質(zhì)劑、鍶  鹽變質(zhì)劑等其他變質(zhì)劑對開孔泡沫鋁的強(qiáng)化作用應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究。除此之外，還應(yīng)對T6熱處理的固溶溫度、固溶時(shí)間、時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間對于開孔泡沫鋁熱處理的效果做出研究，從而制定出最佳的開孔泡沫鋁熱處理工藝。

（3）石膏型熔模法制備的開孔泡沫鋁由于有較高的孔隙率，應(yīng)該具備優(yōu)良 的吸聲性能、阻尼性能和電磁屏蔽等性能，在這些方面應(yīng)該做出進(jìn)一步研究。