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泡沫铝是由金属相和气孔组成的新型复合材料,结合了铝的金属的特点和分散相气孔的特性。可应用于交通运输、冶金化工、建筑机械、电子通讯和航天航空等多个领域,其优异的性能和广泛的应用前景引起了国内外众多科技研究者的关注。 本文针对制备泡沫铝材料中存在的问题,提出了负压发泡法制备泡沫铝工艺,试验过程研究了发泡过程中的各主要影响因素,如发泡压强、搅拌时间、发泡剂加入量等对发泡效果的影响。接着对发泡过程进行了理论研究,测出了熔体界面高度随压强的变化过程,绘制了H-P曲线。采用SEM等检测手段对负压发泡制备的泡沫铝材料的形态进行了观察分析,并对泡沫铝进行了准静态压缩实验和能量吸收特性分析。在此基础上分析了铝熔体发泡过程的一些基本规律,从而为泡沫铝的结构控制提供理论依据。 本文经过试验得出主要结论如下:通过研究压强对负压发泡的影响,得到负压发泡制备铝基泡沫材料工艺是可行的。随着压强的降低,泡沫铝的孔隙率从0.35增大到0.78,密度从1.75 g/cm3减小到了0.58g/cm3,平均孔径从1.22mm增大到10.46mm。负压发泡制备的泡沫铝平均孔壁厚度为200μm~300μm。 负压发泡制备铝基泡沫材料时,泡沫铝的膨胀控制因素有两个,即压强和发泡剂分解产生气体的析出。在压强为1 atm~0.5atm时氢化钛分解较少,压强为泡沫铝的膨胀的主要控制因素。压强继续降低时,受发泡剂分解的影响,此时泡沫铝的膨胀受压强和发泡剂的分解共同控制。 通过使用不同发泡剂进行发泡发现,使用CaCO3为发泡剂制备的泡沫铝材料孔径分布不均。加入少量金属镁后,降低了铝熔体的表面张力,提高了气泡的稳定性,从而有效使泡沫铝的孔径分布均匀化。 负压发泡制备碳纤维增强铝基泡沫材料时,制备的泡沫铝平均孔径较大,平均孔径为6.23mm。添加少量金属镁可以降低铝熔体的表面张力,提高了气泡的稳定性,使气泡合并、长大困难,从而使孔径得到细化并且不会影响孔壁的质量。制得的泡沫铝平均孔径为3.70mm。 负压发泡制备的铝基泡沫材料的平均孔径与密度成反比例关系,表明孔径同样受气孔合并控制,且平均孔壁厚度保持不变。 通过对负压发泡制备的泡沫铝材料进行压缩性能检测,发现泡沫铝的力学性能受密度影响,随着密度的增大,平台应力增大、初始压实应变减小、能量吸收能力增加。从泡沫铝吸能性能的分析中可以看出负压发泡制备的泡沫铝材料有很高的吸能率,吸能率可达0.7以上。