祖国胤等：泡沫铝夹心板芯层泡沫结构的研究
泡沫铝夹心板芯层泡沫结构的研究’
祖国胤，张敏，姚广春，李红斌
（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳儿ｏ００４）
摘要：研究了采用轧制复合一粉末冶金发泡法制备的泡沫铝夹心板的生产工艺，探讨了主要工艺条件对芯层泡沫结构的影响，得到了优化的工艺参数。研究结果表明：轧制复合工艺可以使芯层粉末达到很高的致密度，为发泡过程创造了有利条件。轧制复合板适宜的发泡温度为６１５～６２０℃，温度过高会导致芯层出现大尺寸连通孔。发泡时间对熔融态泡沫体的凝固过程有显著影响，时间过长会使泡沫层塌陷，发泡温度为６２０℃时，经４～６ｍｉｎ发泡芯层可形成良好的泡沫结构。
关键词：泡沫铝夹心板；轧制复合；粉末冶金发泡；致密度；发泡温度；发泡时间
中图分类号：ＴＧｌ４６．２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—９７３１（２００７）０５一０８５９一０３
１引言
泡沫铝夹心板具有泡沫铝材料优异的性能，同时解决了单一泡沫铝强度较低的缺点，是一种综合性能优异的新型功能材料，在汽车制造、航空、航天等领域具有广阔的应用前景［１￣３］。目前，国内外泡沫铝夹心板的制备主要采用胶粘与粉末冶金发泡法，胶粘工艺生产的泡沫铝夹心板耐高温与耐腐蚀能力较差，产品的使用环境具有一定的局限性，而粉末冶金发泡工艺是近年来研究较深入的泡沫铝夹心板的主要制备方法［．’５】。传统的粉末冶金发泡工艺中，板／芯的结合主要依靠热压工艺完成，结合强度较低，芯层粉末致密度不理想，并且受热压模具尺寸的限制，不能生产大规格的夹心板材料【６］。鉴于此，本文作者提出采用轧制复合一粉末冶金发泡技术制备泡沫铝夹心板，通过轧制复合工艺实现面板与芯层粉末的有效结合，并使芯层粉末达到比热压工艺更高的致密度，为发泡过程创造有利条件。对轧制复合板进行发泡使芯层获得良好的泡沫结构，面板／芯层依靠扩散及相变行为实现理想的冶金结合，最终得到高性能的泡沫铝夹心板。
本文主要研究轧制复合一粉末冶金发泡法制备泡沫铝夹心板的生产工艺特点，探讨主要工艺条件对芯层泡沫结构的影响，综合分析轧制复合过程与粉末冶金发泡过程中各工艺参数的联系，确定优化的夹心板制备工艺参数。本文的研究结果可为工业规模生产高性能、低成本泡沫铝夹心板材料提供一定的理论和实验基础。
２试验材料及方法
实验采用Ａｌ—Ｓｉ—Ｃａ合金粉末作为芯层泡沫体的主要原料，合金粉末的主要成分（质量分数，％）为：Ａ１≥８２．８８％、Ｓｉｌ２．５、ｃａ２．０～４．０、ＭｇＯ．３、ＦｅＯ．３、Ｚｎｏ．０１。合金粉末直径ｄ＜０．１５ｍｍ。
选用ＴｉＨｚ粉末作为粉末冶金发泡过程的发泡剂，ＴｉＨ２颗粒直径ｄ＜２０肛ｍ。
面板材料为工业纯铝Ｌ３，规格为长１００ｍｍ、宽５０ｍｍ、厚１．８５ｍｍ。工业纯铝Ｌ３的主要成分（质量分数，％）为Ｓｉ≤Ｏ．３０、Ｆｅ≤ｏ．３０、Ｃｕ≤ｏ．１５、…，Ａｌ余量。
具体实验工艺为将Ａ１一ｓｉ—Ｃａ合金粉末与１％（质量分数）的发泡剂ＴｉＨ。粉末混合，在球磨混料机上进行６ｈ的混料。铝面板采用钢刷进行表面清理，以获得具有均匀凹凸状态的复合表面。清理后的上、下面板四周采用厚度为ｏ．００７ｍｍ的铝箔进行密封包覆，在密封体后部预留出粉末注入孔，将混合均匀后的混合粉末注入后进行完全密封，完成夹心结构轧制坯料的准备。将坯料在Ｄ３００ｍｍ轧机上采用４０％～７０％的压下率进行轧制复合，轧制速度为ｏ．１ｍ／ｓ。轧制后得到的可发泡复合板放入７ｋＷ电阻炉中进行发泡，发泡温度设定为６００～６３０℃，发泡时间为２～１０ｍｉｎ。
采用数码相机拍摄不同工艺条件下泡沫铝夹心板的实物照片，反映宏观上不同工艺条件下夹心板的芯层泡沫结构。在ＳＳＸ一５５０扫描电镜上研究不同工艺条件下芯层粉末的结合状态。
３试验结果与讨论
３．１粉末致密度对芯层泡沫结构的影响
轧制复合一粉末冶金发泡技术的特点在于通过轧制复合工艺过程，使面板／芯层形成牢固的初结合，同时芯层混合粉末在轧制压力的作用下获得极高的致密度。不同工艺条件下所得到的复合板芯层粉末的致密度见图１。图１（ａ）为轧制压下率６５％时芯层的轧后状态（平行于轧制方向）。可见轧制后粉末层达到了很高的致密度，粉末颗粒密布排列，颗粒间几乎无间隙存在。在轧制压力的作用下，粉末产生了明显的变形，形
?基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００４３３Ｇ０６０）ｌ辽宁省博士启动基金资助项目（２００６１０１７）收到初稿日期：２００６—１２－１３收到修改稿日期：２００７－０３—１２通讯作者：祖国胤
作者简介：祖国胤（１９７７一），男．黑龙江齐齐哈尔人，讲师，博士，博士后。师承姚广春教授，研究方向为泡沫夹心复合材料． 万方数据
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