一种轻质泡沫铝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质泡沫铝及其制备方法，将铝合金锭颗粒、无机纳米晶须、碳纳米管、分子筛均匀混合后投入熔炼炉，在惰性气体氛围中完全熔化，再负压吸入发泡剂，搅拌均匀得铝液混合物，再将其混合物倒入模具中，推入发泡炉中，保温，发泡完成后进入冷却系统中冷却即得所述的泡沫铝。本发明专利技术的有益效果是在配方中添加分子筛来增加泡沫铝中的孔隙率，从而减小泡沫铝的密度，同时，分子筛的添加使得泡沫铝孔径尺寸与平均孔径尺寸偏差程度降低，可保证孔径大小的一致性，使得泡沫铝性能稳定，泡沫铝密度减小，但其抗压强度和吸能性质略微提升，综合性能得到提高。

【技术实现步骤摘要】
一种轻质泡沫铝及其制备方法
本专利技术涉及一种泡沫铝，更具体地说是一种轻质泡沫铝及其制备方法。
技术介绍
泡沫铝是一种在铝基体中包含无数个气泡的轻质多孔金属材料,它像泡沫一样，孔隙率大、比表面积高、阻尼减震强；又像金属一样，比强度高、比刚度高、耐高温。选用泡沫铝制造轿车顶盖板和底板，其刚度比原来的钢构件高7倍，用泡沫铝作夹芯制作轿车保险杠，具有吸收撞击动能的功能，由于回弹率很小(小于3％)，可以有效避免二次碰撞伤害。汽车在进入轻量化时代，所谓轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。为此需要密度低、综合性能好的泡沫铝材料。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种轻质泡沫铝及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种轻质泡沫铝及其制备方法，包括以下步骤：(1)将100重量份铝合金锭破碎、研磨成颗粒，然后与8～16重量份无机纳米晶须、10～12重量份碳纳米管、6～8重量份分子筛均匀混合后投入熔炼炉，并在惰性气体氛围中完全熔化，然后负压吸入12～20重量份发泡剂，继续搅拌均匀得铝液混合物；(2)将步骤(2)中的铝液混合物倾倒入模具中，推入发泡炉中，在680～700℃下保温1～2h；(3)模具冷却，进入冷却系统中冷却即得所述的泡沫铝。所述的发泡剂为氢化锆。所述的无机纳米晶须为氧化锌晶须、氧化镁晶须、二氧化钛晶须、碳化硅晶须中的一种或一种以上的组合。所述的无机纳米晶须的长度为8～20μm，其平均直径为10～20nm。所述的碳纳米管为单层碳纳米管、双层碳纳米管、三层以上的碳纳米管中的一种或一种以上的组合。所述步骤(2)中所述的分子筛的制备方式：a)将无机碱源加入去离子水中，搅拌溶解后加入铝源、模板剂，制成工作液A；将硅源加入工作液A中，搅拌，得到硅铝初始溶胶B，其摩尔组成为：SiO2:Al2O3＝1:30，R:SiO2＝1:10，(M1+M2):SiO2＝10:1，M1:M2＝2:1，OH-:SiO2＝1:0.1，H2O:SiO2＝20:1，M为金属离子，R为模板剂；b)用无机酸或有机酸将步骤a)制成的硅铝初始溶胶B的pH值调节至9～13之间，得到硅铝溶胶C；c)将步骤b)中硅铝溶胶C于室温老化4～36h，得到硅铝溶胶D；d)将步骤c)中硅铝溶胶D进行水热晶化，晶化温度130～180℃，晶化时间为40～120h；e)将步骤d)中制得的晶化产物过滤，洗涤至滤液pH值7～9后，滤饼于80～140℃干燥1～4h，再于450～700℃下焙烧2～6h；所述无机碱为碱金属、碱土金属、氨水的的组合，其重量份数比为1:1:2。所述铝源为硫酸铝、铝酸铋、乙氧基二乙基铝的组合物，其重量份数比为5:1:1。所述的模板剂为三乙胺、乙二胺、正丙胺、异丙胺中的一种或一种以上的组合；硅源为甲硅烷基2,2-二氟-2-(氟磺酰基)乙酸三乙酯、硅酸钠、(三甲基硅)甲基丙烯酸酯的组合物，其重量份数比为1:3:1。所述无机酸为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸中的一种；有机酸为柠檬酸、乙酸、丙酸、丁酸、草酸、酒石酸中的一种。本专利技术的有益效果：在配方中添加分子筛来增加泡沫铝中的孔隙率，从而减小泡沫铝的密度，同时，分子筛的添加使得泡沫铝孔径尺寸与平均孔径尺寸偏差程度降低，可保证孔径大小的一致性，使得泡沫铝性能稳定，泡沫铝密度减小，但其抗压强度和吸能性质略微提升，综合性能得到提高。分子筛中的制备中，铝源选择硫酸铝、铝酸铋、乙氧基二乙基铝的组合物，硅源选择甲硅烷基2,2-二氟-2-(氟磺酰基)乙酸三乙酯、硅酸钠、(三甲基硅)甲基丙烯酸酯的组合物，在上述六种物质的协同作用下，使得制备出的分子筛自身密度低，更有利于制备出轻质的泡沫铝。具体实施方式实施例：(1)将100重量份铝合金锭破碎、研磨成颗粒，然后与8重量份无机纳米晶须、10重量份碳纳米管、6重量份分子筛均匀混合后投入熔炼炉，并在惰性气体氛围中完全熔化，然后负压吸入12重量份发泡剂，继续搅拌均匀得铝液混合物；(2)将步骤(2)中的铝液混合物倾倒入模具中，推入发泡炉中，在680℃下保温2h；(3)模具冷却，进入冷却系统中冷却即得所述的泡沫铝。所述的发泡剂为氢化锆。所述的无机纳米晶须为氧化锌晶须、氧化镁晶须、二氧化钛晶须、碳化硅晶须的组合，其重量份数之比为1:1:1:1。所述的无机纳米晶须的长度为20μm，其平均直径为10nm。所述的碳纳米管为单层碳纳米管、双层碳纳米管的组合，其重量分数之比为1:1。所述步骤(2)中所述的分子筛的制备方式：a)将无机碱源加入去离子水中，搅拌溶解后加入铝源、模板剂，制成工作液A；将硅源加入工作液A中，搅拌，得到硅铝初始溶胶B，其摩尔组成为：SiO2:Al2O3＝1:30，R:SiO2＝1:10，(M1+M2):SiO2＝10:1，M1:M2＝2:1，OH-:SiO2＝1:0.1，H2O:SiO2＝20:1，M为金属离子，R为模板剂；b)用无机酸或有机酸将步骤a)制成的硅铝初始溶胶B的pH值调节至12，得到硅铝溶胶C；c)将步骤b)中硅铝溶胶C于室温老化24h，得到硅铝溶胶D；d)将步骤c)中硅铝溶胶D进行水热晶化，晶化温度180℃，晶化时间为120h；e)将步骤d)中制得的晶化产物过滤，洗涤至滤液pH值9后，滤饼于140℃干燥4h，再于450℃下焙烧2h；所述无机碱为金属钠、金属钙与氨水的组合，其重量份数比为1:1:2。所述铝源为硫酸铝、铝酸铋、乙氧基二乙基铝的组合物，其重量份数比为5:1:1。所述的模板剂为三乙胺、乙二胺的组合；硅源为甲硅烷基2,2-二氟-2-(氟磺酰基)乙酸三乙酯、硅酸钠、(三甲基硅)甲基丙烯酸酯的组合物，其重量份数比为1:3:1。所述无机酸为硫酸，有机酸为柠檬酸。对比例：(1)将100重量份铝合金锭破碎、研磨成颗粒，然后与8重量份无机纳米晶须、10重量份碳纳米管、均匀混合后投入熔炼炉，并在惰性气体氛围中完全熔化，然后负压吸入12重量份发泡剂，继续搅拌均匀得铝液混合物；(2)将步骤(2)中的铝液混合物倾倒入模具中，推入发泡炉中，在680℃下保温2h；(3)模具冷却，进入冷却系统中冷却即得所述的泡沫铝。所述的发泡剂为氢化锆。所述的无机纳米晶须为氧化锌晶须、氧化镁晶须、二氧化钛晶须、碳化硅晶须的组合，其重量份数之比为1:1:1:1。作为本专利技术的进一步改进，所述的无机纳米晶须的长度为20μm，其平均直径为10nm。所述的碳纳米管为单层碳纳米管、双层碳纳米管的组合，其重量份数之比为1:1。将实施例与对比例进行如下测试：测试一：孔隙率截面上孔洞所占面积之和∑Ai与总面积A之比称为样品的孔隙率，记作AA。测试二：孔径大小用扫描仪将图形信息输入计算机进行数据处理从而得出孔径大小，计算方差。测试三：密度泡沫铝的质量m与体积v之比，记作ρ。体积v可用排水法测得。测试三：抗压强度单位面积泡沫铝能承受的最大压力。测试四：吸能性能单位体积的泡沫铝压缩至一定应变ε所吸收的能量W，本测试取ε＝0.5结论：通过在制作泡沫铝的配方中添加分子筛，能减小泡沫铝的密度，同时，计算方差可发现分子筛的添加，可以使泡沫铝的发泡孔径尺寸与平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质泡沫铝及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将100重量份铝合金锭破碎、研磨成颗粒，然后与8～16重量份无机纳米晶须、10～12重量份碳纳米管、6～8重量份分子筛均匀混合后投入熔炼炉，并在惰性气体氛围中完全熔化，然后负压吸入12～20重量份发泡剂，继续搅拌均匀得铝液混合物；(2)将步骤(2)中的铝液混合物倾倒入模具中，推入发泡炉中，在680～700℃下保温1～2h；(3)模具冷却，进入冷却系统中冷却即得所述的泡沫铝。

【技术特征摘要】
1.一种轻质泡沫铝及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将100重量份铝合金锭破碎、研磨成颗粒，然后与8～16重量份无机纳米晶须、10～12重量份碳纳米管、6～8重量份分子筛均匀混合后投入熔炼炉，并在惰性气体氛围中完全熔化，然后负压吸入12～20重量份发泡剂，继续搅拌均匀得铝液混合物；(2)将步骤(2)中的铝液混合物倾倒入模具中，推入发泡炉中，在680～700℃下保温1～2h；(3)模具冷却，进入冷却系统中冷却即得所述的泡沫铝。2.根据权利要求1所述的一种轻质泡沫铝及其制备方法，其特征在于：所述的发泡剂为氢化锆。3.根据权利要求1所述的一种轻质泡沫铝及其制备方法，其特征在于：所述的无机纳米晶须为氧化锌晶须、氧化镁晶须、二氧化钛晶须、碳化硅晶须中的一种或一种以上的组合。4.根据权利要求1一种轻质泡沫铝及其制备方法，其特征在于：所述的无机纳米晶须的长度为8～20μm，其平均直径为10～20nm。5.根据权利要求1所述的一种轻质泡沫铝及其制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管为单层碳纳米管、双层碳纳米管、三层以上的碳纳米管其中的一种或一种以上的组合。6.根据权利要求1所述的一种轻质泡沫铝及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述的分子筛的制备方式：a)将无机碱源加入去离子水中，搅拌溶解后加入铝源、模板剂，制成工作液A；将硅源加入工作液A中，搅拌，得到硅铝初始溶胶B，其摩尔组成为：SiO2:A...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，魏爱平，林继兴，史子木，童先，蔡承宇，李锐平，
申请(专利权)人：浙江工贸职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33