泡沫铝材料的研究与应用

张红英 欧阳八生 朱国军

张红英, 欧阳八生, 朱国军. 泡沫铝材料的研究与应用[J]. 粉末冶金技术, 2021, 39(1): 69-75. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019060001
引用本文: 张红英, 欧阳八生, 朱国军. 泡沫铝材料的研究与应用[J]. 粉末冶金技术, 2021, 39(1): 69-75. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019060001
ZHANG Hong-ying, OUYANG Ba-sheng, ZHU Guo-jun. Research and application of aluminum foam materials[J]. Powder Metallurgy Technology, 2021, 39(1): 69-75. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019060001
Citation: ZHANG Hong-ying, OUYANG Ba-sheng, ZHU Guo-jun. Research and application of aluminum foam materials[J]. Powder Metallurgy Technology, 2021, 39(1): 69-75. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019060001

泡沫铝材料的研究与应用

doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019060001
基金项目: 

湖南省科技厅自然科学基金资助项目 2017JJ5005

湖南财工院教研项目资助项目 JYJGXM2016050

湖南省教育厅紧缺专业教师技术技能传承创新研究资助项目 18C1084

详细信息
    通讯作者:

    张红英, E-mail: zhanghongying88@126.com

  • 中图分类号: TG146.23

Research and application of aluminum foam materials

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  • 摘要:

    泡沫金属具有实体金属不具备的热、声、轻质、能量吸收等优异性能,成为一种新型结构功能材料。被誉为“金属明星”的多孔泡沫铝材料是目前研究最为热门、最具应用潜力的泡沫金属,具有密度小、耐高温、抗腐蚀、不易燃、耐候性好、导热率低、电磁屏蔽强、吸能降噪等优异性能,被广泛应用在汽车工业、航空航天、建筑工业等工程领域。本文综述了泡沫铝材料的结构特征与物理性能,总结了泡沫铝的制备方法、工艺原理及其特点。

  • 图  1  泡沫铝结构特征:(a)开孔型泡沫铝;(b)闭孔型泡沫铝

    Figure  1.  Structural characteristics of the foamed aluminum: (a) the open-celled foamed aluminum; (b) the close-celled foamed aluminum

    图  2  泡沫铝单轴压缩应力-应变曲线[9]

    Figure  2.  Stress-strain curves of the foamed aluminum by the uniaxial compression[9]

    图  3  泡沫铝材料吸声示意图[10]

    Figure  3.  Schematic diagram of the sound absorption by the foamed aluminum[10]

    表  1  泡沫铝制备方法以及工艺原理与特点[20]

    Table  1.   Preparation methods, technological principles, and characteristics of the foamed aluminium[20]

    泡沫铝类型 制备方法 工艺与原理 特点
    开孔泡沫铝 渗流铸造法 可清洗性颗粒填入铸型,向其浇入熔融金属液,凝固清除颗粒。 孔洞连通,分布均匀,结构可控,工艺较简单,成本较低。
    电沉积法 采用有机聚合物泡沫,通过导电涂层处理、电镀、去除聚合物泡沫及烧结几个步骤获得开孔泡沫金属。 成本低廉,孔隙率高,孔结构分布均匀,孔隙相互连通,性能优良等特点。缺点为工序长,操作繁琐。
    熔模铸造法 事先制备具有海绵状孔隙的模子,将铝或铝合金渗入模内,使其冷却和凝固。 分布均匀,结构可控。此法可制备泡沫铝、泡沫铜、泡沫铅、泡沫锡等。
    烧结溶解法 以铝粉、氯化钠、少量促进烧结的添加剂为原料,工艺过程包括混粉、压坯、烧结和溶盐四个阶段。 可以精确控制孔洞形状、尺寸和孔隙分布,具有较好的质量价格综合指数。
    闭孔泡沫铝 粉末冶金法 将金属粉末和发泡剂按比例配制后压制成预制品,加热至发泡剂熔化,释放气体使预制体膨胀。 产品质量高,性能稳定,孔径孔隙率低,工艺较为复杂。
    注气发泡 搅拌下把气体通入铝熔体中,加入第二相金属或者氧化物减慢气泡上升速度,稳定气孔壁和推迟气泡合并。 方法简单、经济,可连续生产,但是密度及孔结构不均匀。
    发泡剂熔体发泡法 将铝熔化后加入增粘剂,搅拌增粘,再加入发泡剂,保温发泡,凝固冷却,最后精加工至产品。 孔隙率范围宽,尺寸大,以闭孔为主,但孔洞均匀性及可控性较差。
    溅射喷镀法 惰性气氛保护下,用粒子束激发金属原子溅射到基底,原子沉积将气体包裹。 具有孔结构分布均匀,结构可控,性能优良等特点。
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    表  2  泡沫金属在工程领域的应用概况

    Table  2.   Application of the foamed metals in the engineering fields

    应用领域 用途
    汽车工业 冲击吸能材料、缓冲件、减震材料、隔音材料、汽车底盘填充材料、轻量化结构材料、发动机隔板与防护材料等。
    航空航天 起落架、升降器和传递器的保护、船舶隔断、舱壁、飞机零部件、电梯、升降机、托盘、工作台等。
    建筑工业 室内、室外装饰材料、移动隔板、滑动门、地板材料、活动房、装饰件、浴室设备、厨房设备、卫生间设备等。
    电子通讯 电磁屏蔽的结构与功能材料、电子电器外壳、发电机室、无线电录音等。
    环境保护 主要是高速公路、居住小区的降音、降噪材料。护栏、广告牌、包装材料、各类塑料制品、管道、音响器材、网球场地板、耐火阻燃隔音制品、热交换器、过滤器等。
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  • 收稿日期:  2019-06-08
  • 刊出日期:  2021-02-26

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