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钢铝复合泡沫夹芯板的制备基础研究

作　者: 林皓
导　师: 罗洪杰
学　校: 东北大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 泡沫铝夹芯板前驱体真空发泡二次发泡冶金结合
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

闭孔泡沫铝是一种集结构与功能为一体的新型复合材料,具有轻质、高比强度和比刚度、高能量吸收及优良的电磁屏蔽等优点。为了拓宽泡沫铝材料的应用范围,制备泡沫铝夹芯材料已成为目前研究的重点之一。本文以粉末冶金法制备可发泡前驱体,以钢板为面板,进行泡沫铝夹芯板制备的基础研究,以期使推动泡沫铝在轨道交通、航空航天、军事装备等领域的应用。本文以空气雾化铝粉和发泡剂氢化钛作为基本原料,以Mg粉作为金属添加剂,通过粉末坯体的制备及发泡工艺的改进研究、钢板表面不同预处理方式的研究、钢板与粉末坯体的结合方式研究和夹芯板的发泡研究等工作,对泡沫铝夹芯板制备过程进行了较为系统的研究。同时,考察了环境气氛对发泡过程的影响并采用二次发泡的方法来制备泡沫铝材料,得到以下主要结论：(1)在以铝粉、镁粉和TiHH2粉末为原料,在球料比为2.5：1的条件下,当使用2L混料桶混料时,混料时间超过1.5h后Mg颗粒和TiHH2在预制坯内能够实现均匀分布。(2)将冷压后的预制坯在常压下450℃下烧结2h以上,可减少预制坯内部孔隙,增加预制坯的密实程度。用烧结后的预制坯进行常压发泡,能够获得泡孔比较均匀的泡沫铝材料。(3)粉末压制法制备的预制坯的最佳发泡工艺为：发泡温度700℃～750℃,发泡时间为6-8min, Al粉和Mg粉粒度分别为200-300目。(4)以Al-12Si-3Ca合金为基体,以经过处理的TiH2为泡剂,能够制备出可用于二次发泡的预制坯,该预制坯在620℃、650℃下发泡均可以制备出结构均匀的泡沫铝材料。(5)使用热浸镀Zn-5%Al层钢板、热浸镀Zn-55%Al层钢板和热浸镀纯A1层钢板在快速热压的条件下,能够与粉末预制坯良好结合。对热压后的复合坯体进行发泡可获得具有冶金结合界面的泡沫铝夹芯板材料。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  引言  11
  1.1 泡沫铝夹芯板的性能特征及应用  11-16
    1.1.1 泡沫铝夹芯板的性能特征  12-13
      1.1.1.1 抗侵彻性能  12
      1.1.1.2 抗冲击及能量吸收性能  12
      1.1.1.3 电磁屏蔽性能  12-13
      1.1.1.4 声学特性  13
    1.1.2 泡沫铝夹芯板的应用情况  13-16
      1.1.2.1 交通运输领域的应用  13-14
      1.1.2.2 航空航天领域的应用  14-15
      1.1.2.3 军事装备领域的应用  15
      1.1.2.4 其它领域的应用  15-16
  1.2 泡沫铝夹芯板的国内外研究概况  16-17
  1.3 泡沫铝夹芯板研发过程中存在的主要问题  17-18
  1.4 选题意义和研究内容  18-19
    1.4.1 选题意义  18
    1.4.2 研究内容  18-19
第2章实验方法及表征  19-25
  2.1 工艺流程及实验方法  19-21
    2.1.1 夹芯板制备工艺流程  19-20
    2.1.2 实验方法  20-21
      2.1.2.1 预制坯的制备  20
      2.1.2.2 钢面板表面处理  20
      2.1.2.3 预制坯与钢面板冷压预结合  20
      2.1.2.4 预制坯与钢面板热压预结合  20
      2.1.2.5 常压下发泡实验  20-21
      2.1.2.6 低真空下发泡实验  21
  2.2 实验原料  21-22
    2.2.1 混料用原料  21
    2.2.2 模具润滑材料  21-22
  2.3 实验设备  22-24
    2.3.1 冷压设备  22
    2.3.2 压制模具  22
    2.3.3 热压设备  22-23
    2.3.4 烧结设备  23
    2.3.5 真空炉  23
    2.3.6 发泡设备  23-24
      2.3.6.1 发泡模具  23-24
      2.3.6.2 发泡炉  24
    2.3.7 抛光设备  24
  2.4 样品表征方法  24-25
    2.4.1 光学显微镜观察  24
    2.4.2 电子显微镜观测  24
    2.4.3 数码相机拍摄形貌  24-25
第3章钢/铝复合夹芯板制备的基础性研究  25-46
  3.1 引言  25
  3.2 预制坯的制备工艺研究  25-34
    3.2.1 混料方式对预制坯均匀性的影响  26-29
    3.2.2 烧结时间对预制坯密实度的影响  29-33
    3.2.3 不同的烧结方式对预制坯的影响  33-34
  3.3 发泡工艺研究  34-40
    3.3.1 不同发泡温度对泡沫体结构的影响  34-36
    3.3.2 原料粒度对预泡沫体结构的影响  36-38
    3.3.3 冷却速度对泡沫体结构的影响  38-39
    3.3.4 烧结对泡沫体结构的影响  39-40
  3.4 钢板表面热浸镀铝工艺研究  40-46
    3.4.1 钢板热浸镀前处理工艺  41
    3.4.2 热浸镀Zn-Al合金工艺流程  41-42
    3.4.3 热浸镀Zn-5%Al合金性能及其应用  42-43
    3.4.4 热浸镀Zn-55%Al合金性能及其应用  43
    3.4.5 热浸镀纯铝工艺研究  43-46
第4章环境气氛对发泡过程的影响  46-54
  4.1 一定真空条件下温度对发泡过程的影响  46-48
  4.2 一定温度条件下真空度对发泡过程的影响  48
  4.3 二次发泡法发泡性能研究  48-54
    4.3.1 二次发泡预制坯的制备  48-51
    4.3.2 二次发泡坯体在常压下发泡实验  51-52
    4.3.3 二次发泡坯体在低真空下发泡实验  52-54
第5章泡沫铝夹心板制备工艺研究  54-66
  5.1 发泡模具的设计  54
  5.2 真空条件下钢/铝复合发泡研究  54-55
  5.3 面板与预制坯冷压结合发泡研究  55-57
    5.3.1 面板与预制坯冷压结合  56-57
  5.4 面板与预制坯热压结合发泡研究  57-66
    5.4.1 面板与预制坯热压结合  58-61
    5.4.2 热压后复合坯体发泡研究  61-62
    5.4.3 夹芯板材料界面的结合研究  62-66
第6章实验结论及展望  66-68
  6.1 实验结论  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72

钢铝复合泡沫夹芯板的制备基础研究

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