一种泡沫铝钛合金材料的制备方法
文献发布时间:2023-06-19 11:16:08
技术领域
本发明涉及合金材料领域,具体涉及一种泡沫铝钛合金材料的制备方法。
背景技术
与全致密型金属复合材料相比,金属复合泡沫材料表现出低密度、高比刚度、高能量吸收能力、优异的机械及声学阻尼性能等性能优点。泡沫铝就是其中一种,泡沫铝是一种基体金属与气体复合的多孔金属材料,跟单纯的金属材料相比,增加了单纯金属材料不具备的结构功能以及一些特殊的性能,比如吸声、吸能和缓冲减震等,但同时,气孔也降低了材料的强度、气密性等性能。另一方面,钛作为一种极其优异的金属材料,在工程技术领域,特别是在航空航天领域和舰船工程领域得到了广泛的应用。
目前,铝钛合金已有文献进行了报道,但是泡沫铝钛合金的研究尚未见报道。
发明内容
要解决的技术问题:本发明的目的是提供一种泡沫铝钛合金材料的制备方法,所制备的泡沫铝钛合金孔径分布均匀,孔隙率达到80%左右,屈服强度最高可达28.8MPa,力学性能佳。
技术方案:一种泡沫铝钛合金材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:取精镁锭和铝锭,置于反应器容器中,采用锡箔纸包覆的方式加入2-3wt%的Ca粒,在转速500 rpm下搅拌5min;
步骤2:升温至保温发泡温度,加入含量为2-3wt%的发泡剂,以800r/min的转速搅拌30s,保温2min;
步骤3:通入氩气,在氩气的保护环境下,向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5-10min;
步骤4:去除液体氯化镁,即得泡沫铝钛合金材料。
进一步的,所述步骤1中镁锭和铝锭的质量比为1:3-4。
进一步的,所述步骤中2中发泡剂的制备方法为:
1)配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液,配制1wt%的海藻酸钠水溶液;
2)按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中,搅拌使其混合均匀;
3)将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂,得到微球;
4)将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中,30min后置于35℃真空干燥,即得发泡剂。
进一步的,所述步骤2中保温发泡温度为720-750℃。
进一步的,所述步骤3中气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成。
附图说明:
图1为实施例3的孔径大小及尺寸分布图。
有益效果:
1、本发明采用碳酸钙微球作为发泡剂,能够提高碳酸钙的热分解温度,提高泡沫铝钛合金的孔隙率。
2、本发明以镁还原四氯化钛,在还原过程中,与铝合金进行混合并进一步提高孔隙的均匀性和孔隙率。
3、本发明采用Ca粒作为增粘剂,向熔体内加入Ca粒后,Ca颗粒会在高温下生成固体氧化物,从而提升熔体粘度,温度越高,固体氧化物的数量越多,粘度越大,孔隙率越高,但是温度不能过高。
4、本发明材料孔径分布均匀,孔隙率达到80%左右,屈服强度最高可达28.8MPa,力学性能佳。
具体实施方式
实施例1
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:取精镁锭和铝锭,置于反应器容器中,采用锡箔纸包覆的方式加入2wt%的Ca粒,在转速500 rpm下搅拌5min,其中,镁锭和铝锭的质量比为1:3;
步骤2:升温至保温发泡温度720℃,加入含量为2wt%的发泡剂,以800r/min的转速搅拌30s,保温2min;
步骤3:通入氩气,在氩气的保护环境下,向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5min,控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成;
步骤4:去除液体氯化镁,即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为:
1)配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液,配制1wt%的海藻酸钠水溶液;
2)按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中,搅拌使其混合均匀;
3)将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂,得到微球;
4)将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中,30min后置于35℃真空干燥,即得发泡剂。
实施例2
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:取精镁锭和铝锭,置于反应器容器中,采用锡箔纸包覆的方式加入2.3wt%的Ca粒,在转速500 rpm下搅拌5min,其中,镁锭和铝锭的质量比为1:3.5;
步骤2:升温至保温发泡温度730℃,加入含量为2.5wt%的发泡剂,以800r/min的转速搅拌30s,保温2min;
步骤3:通入氩气,在氩气的保护环境下,向反应器容器内加入气体四氯化钛反应7min,控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成;
步骤4:去除液体氯化镁,即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为:
1)配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液,配制1wt%的海藻酸钠水溶液;
2)按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中,搅拌使其混合均匀;
3)将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂,得到微球;
4)将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中,30min后置于35℃真空干燥,即得发泡剂。
实施例3
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:取精镁锭和铝锭,置于反应器容器中,采用锡箔纸包覆的方式加入2.6wt%的Ca粒,在转速500 rpm下搅拌5min,其中,镁锭和铝锭的质量比为1:3.5;
步骤2:升温至保温发泡温度740℃,加入含量为2-3wt%的发泡剂,以800r/min的转速搅拌30s,保温2min;
步骤3:通入氩气,在氩气的保护环境下,向反应器容器内加入气体四氯化钛反应8min,控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成;
步骤4:去除液体氯化镁,即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为:
1)配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液,配制1wt%的海藻酸钠水溶液;
2)按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中,搅拌使其混合均匀;
3)将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂,得到微球;
4)将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中,30min后置于35℃真空干燥,即得发泡剂。
实施例4
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:取精镁锭和铝锭,置于反应器容器中,采用锡箔纸包覆的方式加入3wt%的Ca粒,在转速500 rpm下搅拌5min,其中,镁锭和铝锭的质量比为1:4;
步骤2:升温至保温发泡温度750℃,加入含量为3wt%的发泡剂,以800r/min的转速搅拌30s,保温2min;
步骤3:通入氩气,在氩气的保护环境下,向反应器容器内加入气体四氯化钛反应10min,控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成;
步骤4:去除液体氯化镁,即得泡沫铝钛合金材料。
发泡剂的制备方法为:
1)配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液,配制1wt%的海藻酸钠水溶液;
2)按一定的比例将碳酸钙加入到海藻酸钠水溶液中,搅拌使其混合均匀;
3)将海藻酸钠碳酸钙混合液匀速滴入到浓度为2wt%的氯化钙/戊二醛复合交联剂,得到微球;
4)将微球浸泡于聚糖醋酸溶液中,30min后置于35℃真空干燥,即得发泡剂。
对比例1
本实施例与实施例1之间的区别在于二者采用的发泡剂不同,本实施例采用尿素为发泡剂,具体的:
一种泡沫铝钛合金材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:取精镁锭和铝锭,置于反应器容器中,采用锡箔纸包覆的方式加入2wt%的Ca粒,在转速500 rpm下搅拌5min,其中,镁锭和铝锭的质量比为1:3;
步骤2:升温至保温发泡温度720℃,加入含量为2wt%的尿素,以800r/min的转速搅拌30s,保温2min;
步骤3:通入氩气,在氩气的保护环境下,向反应器容器内加入气体四氯化钛反应5min,控制气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成;
步骤4:去除液体氯化镁,即得泡沫铝钛合金材料。
压缩性能的测试:从实施例试样上截取尺寸约为 20 mm×10 mm×10 mm 的长方体,将试样表面打磨平整。使用游标卡尺测量试样的高度 h,以及试样中部和两端处截面的长和宽,取测量平均值记为 a,b,计算截面积 A。进行试验时,将长方体试样置于万能试验机支承座的中心处,实现均匀缓慢加载,试验机横梁下降速度为 1 mm/min。
表1 泡沫铝钛合金材料的各项性能指标
对实施例3的材料的孔径大小及尺寸分布的测定:利用 Image-Pro-Plus 软件过对实施例3的泡沫合金材料的孔径参数进行统计,可以得出孔的尺寸分布范围如图1所示。统计结果表明,泡沫铝钛合金的孔径最多集中在0.9-1.0mm,其中,82.2%的孔平均直径小于1.2 mm;另外,泡沫铝钛合金中也存在17.8%左右直径大于1.2mm的孔。
- 一种泡沫铝钛合金材料的制备方法
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