开孔泡沫铝制备及其性能研究（一）

摘要

开孔泡沫铝是一种应用前景广泛的新型结构和功能材料。研究和开发高孔隙率、孔结构均匀，同时具备高比强度的开孔泡沫铝，是该研究领域备受关注的课题之一。本文采用石膏型熔模铸造的方法制备高孔隙率开孔泡沫铝，并且通过合金化、变质处理和T6热处理的处理方式提高开孔泡沫铝基体强度，从而制备出高孔隙率及高比强度的开孔泡沫铝。研究了高孔隙率及高比强度开孔泡沫铝的制备工艺、准静态压缩性能以及石膏型熔模法制备的夹芯圆管的压缩性能。主要研究内容和结论如下：

(1)研究了用聚氨酯海绵为母体制备石膏型预制块的工艺。获得了最佳的石膏型预制块的配料成分范围(质量分数)为：石膏65%~75%，硫酸镁15%~25%，铝矾土5%~10%；石膏型预制块的焙烧工艺采用逐级升温、分段保温并随炉冷却，可制备出具有较高强度的可溶性石膏型预制块。

(2)研究了用石膏型预制块渗流法制备开孔泡沫铝的工艺，结果表明：渗流过程需要控制的主要因素是预制块的预热温度、铝液的浇注温度和渗流压力。其最佳的参数范围是：预热温度450C~580C，浇注温度700C~780C，渗流气压0.3MPa~0.5Mpa。能够制备出孔结构均匀的开孔泡沫铝，其孔隙率范围为85%~93.5%。

(3)研究了不同开孔泡沫铝合金的压缩性能，结果表明：高孔隙率开孔泡沫铝的压缩应力-应变曲线包括弹性段、塑性坍塌段和致密化段，且其塑性坍塌段长而平缓，表现为在较大应变范围内流动应力保持基本不变；泡沫ZL101铝合金的压缩力学性能和吸能性能优于泡沫ZL102铝合金，泡沫纯铝的力学性能和吸能性能较差。

(4)研究了变质处理和T6热处理对泡沫ZL101铝合金组织、力学性能及吸能性能的影响，结果表明：通过变质处理能够有效细化ZL101铝合金的基体组织中的Si相形貌；变质处理与T6热处理相结合的处理方式能够有效提高泡沫ZL101铝合金基体硬度、压缩力学性能和吸能性能，其硬度值提高了41%，屈服强度可达0.23454MPa，比强度可达0.82X10^-3MPa.m³/kg，理想吸能效率可达85%左右。

(5)研究了开孔泡沫铝夹芯圆管的压缩力学性能及吸能性能，结果表明：石膏型熔模法制备的泡沫铝夹芯圆管较食盐粒子所制备的泡沫铝夹芯圆管，重量上减轻了42.3%，其比强度可达0.1237MPa.m³/kg，比吸能可达19.39J/g。