一种泡沫铝钛合金材料的制备方法

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。