一种泡沫铝钛合金材料的制备方法

摘要

本发明提供了一种泡沫铝钛合金材料的制备方法。制备步骤如下：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。本发明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。

权利要求

1.一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，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；其中, 所述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;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。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1 中镁锭和铝锭的质量比为1:3‑4。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2 中保温发泡温度为720‑750℃。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3 中气体四氯化钛的量正好与精镁锭反应完成。

说明书

一种泡沫铝钛合金材料的制备方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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

[0004] 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。

[0005] 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：

[0006] 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；

[0007] 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；

[0008] 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；

[0009] 步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。

[0010] 进一步的，所述步骤1中镁锭和铝锭的质量比为1:3‑4。

[0011] 进一步的，所述步骤中2中发泡剂的制备方法为：

[0012] 1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 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。

[0016] 进一步的，所述步骤2中保温发泡温度为720‑750℃。

[0017] 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。

[0018] 附图说明：

[0019] 图1为实施例3的孔径大小及尺寸分布图。

[0020] 有益效果：

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 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

[0025] 实施例1

[0026] 一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：

[0027] 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；

[0028] 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；

[0029] 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；

[0030] 步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。

[0031] 发泡剂的制备方法为：

[0032] 1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；

[0033] 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；

[0034] 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；

[0035] 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。

[0036] 实施例2

[0037] 一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：

[0038] 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；

[0039] 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；

[0040] 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；

[0041] 步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。

[0042] 发泡剂的制备方法为：

[0043] 1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；

[0044] 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；

[0045] 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；

[0046] 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。

[0047] 实施例3

[0048] 一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：

[0049] 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；

[0050] 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；

[0051] 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；

[0052] 步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。

[0053] 发泡剂的制备方法为：

[0054] 1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；

[0055] 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；

[0056] 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；

[0057] 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。

[0058] 实施例4

[0059] 一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：

[0060] 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；

[0061] 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；

[0062] 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；

[0063] 步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。

[0064] 发泡剂的制备方法为：

[0065] 1）配制2wt%的壳聚糖醋酸溶液，配制1wt%的海藻酸钠水溶液；

[0066] 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；

[0067] 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；

[0068] 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。

[0069] 对比例1

[0070] 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：

[0071] 一种泡沫铝钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：

[0072] 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；

[0073] 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；

[0074] 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；

[0075] 步骤4：去除液体氯化镁，即得泡沫铝钛合金材料。

[0076] 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。

[0077] 表1 泡沫铝钛合金材料的各项性能指标

[0078]   孔隙率/% 屈服强度/MPa实施例1 77.3 28.4
实施例2 78.1 28.7
实施例3 79.8 28.8
实施例4 79.5 28.7
对比例1 64.2 23.1

[0079] 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。