摘要

泡沫铝是一种新型的结构和功能材料，具备轻质高硬度和其他良好的物理性能，在隔热隔声，屏蔽减震等领域具有非常广泛的应用。熔体发泡法是目前被广泛使用且已经商用的一种制备泡沫铝的方法。本项目为泡沫铝钪锆合金制备的探索性实验，本实验采用Al-0.2Sc-0.17Zr为基体材料Ca为增粘剂，TiH2为发泡剂利用熔体发泡法制备泡沫铝合金。由于氢化钛分解温度低分解速度快，为了避免发泡剂过早反应导致泡沫体结构不均匀和实验可控性下降，本实验采取加热氧化的方法预处理氢化钛。本项目对实验过程中发泡剂的预处理、温度、搅拌时间、发泡模具等做了研究，并对泡沫铝合金成品的性能做了相关测试。具体如下：

（1） 对氢化钛进行每隔50℃进行保温2小时的氧化处理在300℃到500℃之间，使其表面形成一层致密的氧化物薄膜可以提高氢化钛的分解温度和延迟分解反应的时间。

（2） 我们设计了可以在坩埚中直接加热且不用浇铸的发泡模具和石墨搅拌桨，使用热电偶来监控中频炉的温度。

（3） 以Al-0.2Sc-0.17Zr母合金为基体材料，以2wt％的钙作为增粘剂，1.2％～2％预处理后的氢化钛作为发泡剂，640℃～650℃时加入发泡剂，搅拌使氢化钛粉末均匀的分散在熔融体中，降温10℃保温发泡，最后自然冷却并脱模，得到泡沫铝钪锆合金。

关键字： 泡沫铝铝钪锆合金发泡剂熔体发泡法

目录

第1章文献综述 ………………………1

绪论 ………………………1

1.1 国内外泡沫铝研究动态 ………………………1

1.1.1 国外泡沫铝的研究动态 ………………………1

1.1.2 国内泡沫铝研究动态 ………………………2

1.2 泡沫铝的分类 ………………………3

1.3 泡沫铝的制备方法 ………………………3

1.3.1 开孔泡沫铝的制备方法 ………………………3

1.3.2 闭孔泡沫铝制备方法 ………………………4

1.4 泡沫铝材料的性能特征 ………………………8

1.4.1 泡沫铝的结构特征 ………………………8

1.4.2 泡沫铝材料的主要性能 ………………………9

1.5 泡沫铝的用途和应用前景 ………………………11

1.5.1 泡沫铝作为结构材料的应用 ………………………11

1.5.2 泡沫铝作为功能材料的应用 ………………………13

1.6 现存的主要问题和课题研究内容 ………………………14

1.6.1 现存的主要问题 ………………………14

1.6.2 研究内容 ………………………14

第2章实验内容 ………………………15

2.1 实验设备和原料 ………………………15

2.1.1 实验原料 ………………………15

2.1.2 实验设备 ………………………15

2.2 实验过程 ………………………15

2.3 氢化钛发泡剂 ………………………17

2.3.1 氢化钛分解特性 ………………………17

2.3.2 氢化钛预处理 ………………………18

2.4 实验装置的设计 ………………………20

2.5 实验原理 ………………………24

第3章实验结果与展望 ………………………25

3.1 实验结果 ………………………25

3.2 展望 ………………………26

结束语 ………………………28

参考文献 ………………………29

第0章

第1章文献综述

绪论

材料科学是人类生存和发展所必备的物质基础。随着工业、科技和社会的发展与进步，人们已经开始研发大自然提供的天然材料之外的材料。新的材料的探索和优化是材料科学的永恒的主题。[1]

材料中的孔洞在传统工程材料中被视为一种结构缺陷，因为材料通常以他们中心来扩展和形成，在材料物理性能产生不利的影响。自然界中天然的多孔材料具有多孔结构，几千年来，它启发我们当材料中的孔数量达到一定的数量后，通过多孔带给材料一些特殊的性能，从而形成了一个新的材料分类，这就是泡沫材料[2]。

泡沫材料是一种新式的结构功用材料，这种材料由金属基体和气泡孔洞组成的，泡沫铝合金就是以铝合金为基体中并且含有特定的数量、孔径尺寸和孔隙率的孔洞一种复合材料。传统铝合金中掺杂的气泡都被看作材料的一种结构缺陷，而泡沫铝材料则是利用这种缺陷并且在铝合金中气孔缺陷的数量到达一定数量后，可在损失一部分强度等物理性能的基础上，获得隔热吸能以及减震等优秀的功能方面的性能的一种新型结构和功能方面的材料[3]。

1.1 国内外泡沫铝研究动态

1.1.1 国外泡沫铝的研究动态

70年来国外的泡沫铝的技术和工业有有了巨大的进步，美国早在上世纪40年代末就对泡沫铝开始了首次探索。美籍科学家A.Sonik在1948年就提出在密闭容器中的铝熔体用用易挥发性金属汞挥发出的气体制备泡沫铝的方案并在同年此方法获得美国发明专利且为泡沫铝相关的首个专利，在密闭容器中加压熔化时，使汞均匀的分散在铝熔融体中，减小容器内的压强在金属融化完全后，汞在铝熔融体汽化得到气泡,冷却凝固之后获得泡沫铝。在这种制作泡沫铝的方案中存在的缺点为:(1)汞蒸汽会损害人体健康;(2)容器内的压力在试验操作中很难操控[4,5]。