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泡沫铝作为一种新型的功能结构材料,由于它的轻质、阻燃、阻尼、高能量吸收等优良的物理性能,近几年来在航空航天、汽车、建筑等行业得到广泛的应用。粉末冶金法制备泡沫铝由于其预成型性和后续加工量少,以及可以方便的制备三明治式材料等许多优点,开始得到广大科技工作者越来越多的重视。TiH2作为目前一种制备泡沫铝的最好发泡剂,其性能对泡沫铝的发泡过程具有很大的影响,因而开展有关TiH2释气特性、缓释改性处理、发泡过程中的气泡行为以及发泡效果的评价等方面的基础研究,对泡沫铝的制备工艺改进、气泡尺寸的控制和高孔隙率的泡沫铝材料制备均有着重要的指导意义。 本文采用专门设计的试验装置,利用直接集气法研究了TiH2的释气特性、空气中加热氧化缓释处理及缓释效果的影响因素,结合XRD分析技术,还研究了释气过程和加热氧化处理TiH2的氧化产物的转变规律;本文还在粉末冶金制坯等技术的基础上,提出预制块采用浸入铝液直接加热和Ar气气氛中保温的复合加热新方法;重点研究了发泡剂含量和缓释处理、发泡保温温度保温时间、增粘剂Al2O3的含量等制备工艺参数对泡沫铝结构特性的影响;还研究了气泡在保温发泡阶段的演变过程。根据相对方差理论,提出泡沫铝孔径均匀度系数K的概念和其表达式,以评价泡沫铝结构特性和发泡效果。 研究结果表明:TiH2在380～390℃开始释气,释气过程具有三个明显的阶段,其中释气最快在630～715℃第二阶段,并发生共析反应生成β相;加热缓释处理可以提高释气开始温度,表明氧化产物对TiH2有较好的缓释效果;TiH2缓释处理后还具有明显的颜色特征,在低于550℃加热条件下,随温度的提高和保温时间的延长,TiH2的颜色具有灰色一金绿色一金黄色一紫色一蓝色的变化趋势,颜色的变化表征了氧化产物的厚度和相的改变,同时表明氧化是一个渐进的过程。 在保温发泡的过程中气泡具有由裂纹式气孔到圆形或椭圆形气孔然后发展为多面体结构的演变趋势。在发泡的后期,由于泡壁的减薄和气泡的排液现象会导致气泡的合并和泡沫铝的塌陷。 TiH2的含量直接影响泡沫铝的孔隙率和孔径分布,随着TiH2含量的增加,其孔径均匀性变好,当含量超过1.5%时,泡沫铝的发泡特性变差:TiH2在一定温度和时间内被加热氧化处理后,可以提高TiH2的利用率和发泡效果;在一定含量发泡剂条件下,预制块的加热保温温度和保温时间是影响发泡效果的关键工艺参数,保温温度偏高,保温时间则较短,反之,保温时间则延长;当保温温度过高或保温时间过长,泡沫铝气泡分布特性及孔隙率将有所降低;选择720℃,120s工艺可获得较好发泡效果;添加1～3%Al2O3粒子有较明显的增粘作用,同时具有细化气泡和提高孔隙率的效果。 采用本文提出的粉末冶金复合加热制备泡沫铝新方法,适当控制TiH2缓释处理、预制块的加热保温发泡等技术,可以制备出孔隙率高达88.4%,气泡结构特性均匀的泡沫铝材料。与传统粉末冶金法相比,发泡时间由一般的10Min左右缩短为30～150s。研究试验说明,这种制备泡沫铝的新方法具有较好的开发应用前景。