一種高強度泡沫鋁復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高強度泡沫鋁復合材料的制備方法，屬于高分子材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]泡沫鋁是由基體金屬和占體積70%以上的氣孔所組成的非均勻材料，具有許多獨特的性能。泡沫鋁根據孔的連通性可分為開孔泡沫鋁和閉孔泡沫鋁。閉孔泡沫鋁具有比重小、比剛度大、比表面積大、減震性能好、隔音效果好、電磁屏蔽性能高等一系列優良性能，在建筑、機械、交通運輸、航空航天和國防工業中有著廣泛的應用。最近十幾年，泡沫金屬的工業化生產受到極大的關注，特別是對泡沫鋁進行的工業化研發工作得以發展。
[0003]目前制備泡沫鋁復合材料的主要有發泡法，其在熔融的具有特定成分的金屬中投入化學發氣劑，產生氣泡之后適當時機冷卻，得到封閉孔的金屬型材，這種方法工藝復雜，工藝參數難控制，對合金的成分要求嚴格，氣孔大小不易控制，成本高。另一方面，吹氣法和發泡法的材料強度很低，氣孔大(一般為2?5mm)，不均勻，對使用條件有一定的限制，難以直接應用于承載和減震環境。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題:針對目前利用發泡法制備的泡沫鋁復合材料強度低，氣孔大，不均勻，難以用于承載和減震環境的問題，提供了一種在通入氮氣的環境中，點燃的鎂帶與平鋪的鎂粉充分燃燒，產生大量的熱，使得反應室中的三氧化二鐵與鋁粉及其鎂在高溫條件下反應生成氧化鋁，氮化鎂及氧化鎂等物質，接著在氮氣和壓力的推動作用下，熔融狀態的鐵水下沉排出，而反應室中的氧化物，氮化物上浮，再結合氮氣的通入所產生的向上的作用力，在混合物中形成空隙，由于氮氣的通入速率一定且均勻且反應時模具中的壓力均衡，使得形成的空隙大小一致且均勻，使其可廣泛應用于承載和減震環境。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是:
(1)取120目三氧化二鐵粉末與130目鋁粉按質量比1:1進行混合，并對其攪拌直至均勻后，置于模具(I)反應室(4)中，再向其中加入混合物質量5?7%鎂顆粒和混合物質量5?7 %過氧化氫二異丙苯，對其攪拌直至混合均勻，其中混合物體積占反應室(4)總體積的50?60%，所述反應室(4)和自由空間體(5)連貫于一體，并通過帶有4?5mn微孔的鋁隔板進行阻隔；
(2)將50?60目鎂粉均勻的平鋪于中間室(3)表面，平鋪厚度為I?2cm，待平鋪結束后，通過氣孔(2)向中間室(3)中充入氮氣，直至將中間室(3)內充滿，并將氣孔(2)密封住；
(3)從自由空間體(5)底部向上通入氮氣，控制氮氣通入速度為20?25mL/s，通入3?4min后，將引燃的鎂帶置于鎂粉上方，并對模具(I)進行外部加壓處理，控制壓力為25?30MPa，待反應室(4)及自由空間體(5 )中間的微孔鋁隔板完全融化，停止通入氮氣和停止外部加壓，并保溫反應I?2h; (4)待反應結束后，繼續從底部向上通入氮氣，并提高氮氣通入速率至30?35mL/s，同時對模具以2MPa/min速率緩慢進行減壓，直至與外部大氣壓相同，將密封氣孔打開，使得模具中的氮氣完全排出，任其反應室(4)中混合物自由膨脹，即可制備得高強度泡沫鋁復合材料。
[0006]本發明制備的高強度泡沫鋁復合材料孔隙率達70?80%，氣孔孔徑為I?2mm，其彎曲強度達到80?90MPa，密度為1.5?1.8g/cm30
[0007]本發明的原理:在通入氮氣的環境中，點燃的鎂帶與平鋪的鎂粉充分燃燒，產生大量的熱，使得反應室中的三氧化二鐵與鋁粉及其鎂在高溫條件下反應生成氧化鋁，氮化鎂及氧化鎂等物質，接著在氮氣和壓力的推動作用下，熔融狀態的鐵水下沉排出，而反應室中的氧化物，氮化物上浮，再結合氮氣的通入所產生的向上的作用力，在混合物中形成空隙即可。
[0008]本發明與其他方法相比，有益技術效果是:
(I)本發明制備的高強度泡沫鋁復合材料形成的空隙大小一致且均勻，孔隙率達70?80%，氣孔孔徑為I?2_，使其可廣泛應用于承載和減震環境；
(2 )本發明制備的高強度泡沫鋁復合材料強度得以提高，為80?90MPa;
(3)本發明所需要的成本低，且制備步驟簡單。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明“一種高強度泡沫鋁復合材料的制備方法”所使用的模具。
[0010]其中，1、模具;2、氣孔;3、中間室;4、反應室;5、自由空間體。
【具體實施方式】
[0011 ]首先取120目三氧化二鐵粉末與130目鋁粉按質量比1:1進行混合，并對其攪拌直至均勻后，置于模具反應室中，再向其中加入混合物質量5?7%鎂顆粒和混合物質量5?7 %過氧化氫二異丙苯，對其攪拌直至混合均勾，其中混合物體積占反應室總體積的50?60%，所述反應室和自由空間體連貫于一體，并通過帶有4?5mn微孔的鋁隔板進行阻隔;將50?60目鎂粉均勻的平鋪于中間室表面，平鋪厚度為I?2cm，待平鋪結束后，通過氣孔向中間室中充入氮氣，直至將中間室內充滿，并將氣孔密封住；從自由空間體底部向上通入氮氣，控制氮氣通入速度為20?25mL/s，通入3?4min后，將引燃的鎂帶置于鎂粉上方，并對模具進行外部加壓處理，控制壓力為25?30MPa，待反應室及自由空間體中間的微孔鋁隔板完全融化，停止通入氮氣和停止外部加壓，并保溫反應I?2h;待反應結束后，繼續從底部向上通入氮氣，并提高氮氣通入速率至30?35mL/s，同時對模具以2MPa/min速率緩慢進行減壓，直至與外部大氣壓相同，將密封氣孔打開，使得模具中的氮氣完全排出，任其反應室中混合物自由膨脹，即可制備得高強度泡沫鋁復合材料。
[0012]實例I
首先取120目三氧化二鐵粉末與130目鋁粉按質量比1:1進行混合，并對其攪拌直至均勻后，置于模具反應室中，再向其中加入混合物質量7%鎂顆粒和混合物質量7%過氧化氫二異丙苯，對其攪拌直至混合均勻，其中混合物體積占反應室總體積的60%，所述反應室和自由空間體連貫于一體，并通過帶有5mn微孔的鋁隔板進行阻隔；將60目鎂粉均勻的平鋪于