一種鋁硅銅鋅合金泡沫及其制備方法

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一種鋁硅銅鋅合金泡沫及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁硅銅鋅合金泡沫，按照質量百分比，該鋁硅銅鋅合金泡沫包括以下組分：鋁：84%—90%；硅：5%—6%；銅：2%—4%；鋅：1%—4%；雜質：余量。該合金泡沫材料具有低熔點、高強度的優良性能。
【專利說明】
一種鋁硅銅鋅合金泡沬及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種合金泡沫及其制備方法，具體來說，涉及一種鋁硅銅鋅合金泡沫及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 閉孔泡沫鋁材料具有輕質、沖擊能量吸收、阻尼等多功能兼容的性能，無論在航空航天等高技術領域還是在汽車、高速列車等民用領域都有著迫切的應用。為迎合更大承載輕質結構和更大沖擊能量吸收的性能要求，對如何通過提高基體合金強度來實現泡沫鋁合金更高強度提出需求;此外，可滿足泡沫鋁合金異形件制備的二次泡沫化制備技術需要在鋁熔體內高速分散發泡劑，此時發泡劑會部分發泡造成損耗和氣泡，如果能降低鋁熔體溫度將能有效抑制發泡劑的過早損耗，因此研制具有低熔點的泡沫鋁合金對減少發泡劑在分散過程中的損耗有著重要意義。
[0003] 添加不同元素對鋁合金材料進行泡沫化所制備得到的泡沫鋁材料具有不同的熔點變化和力學性能。如鋁硅合金泡沫，它的發泡溫度比純鋁低，約為559.6°C，在低溫下發泡劑分解不完全，影響孔隙率。同時它相對于純鋁來講更容易被氧化，粘度也較低，不容易控制孔結構，在制備該穩定均勻的泡沫材料方面存在難點；鋁銅合金泡沫也是一種合金化的泡沫材料產物，熔點大約為589.4°C，相對于鋁硅合金而言，它比較容易得到均一的泡沫孔結構。在力學性能方面，兩者的變形機理存在差異:在承受壓力時，泡沫Al-Cu的胞壁產生彎曲變形，而泡沫Al-Si的胞壁產生折斷，屬于脆性斷裂。

【發明內容】

[0004] 技術問題:本發明需要解決的技術問題是，提供一種鋁硅銅鋅合金泡沫及其制備方法，該合金泡沫材料具有低熔點、高強度的優良性能。
[0005] 技術方案:為解決以上所述的技術問題，本發明實施例提供了以下的技術方案：一種鋁硅銅鋅合金泡沫，按照質量百分比，該鋁硅銅鋅合金泡沫包括以下組分：鋁 84%-90%; 硅 5%-6%; 銅 2%-4%; 鋅 1%-4%; 雜質余S；。
[0006] 作為優選例，所述的鋁硅銅鋅合金泡沫按照質量百分比，包括以下組分：鋁 90%; 硅 5.33%; 銅 2%; 鋅 1.5%; 雜質 2.83%。
[0007] 作為優選例，所述的鋁硅銅鋅合金泡沫按照質量百分比，包括以下組分：鋁 85.17%; 硅 5.63%; 銅 4%; 鋅 3.07%; 雜質 2.13%。
[0008] 作為優選例，所述的鋁硅銅鋅合金泡沫中，銅與鋅的質量比為1.3:1。
[0009] -種鋁硅銅鋅合金泡沫的制備方法，該制備方法包括以下步驟：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在670~690° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫30~40min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的坩堝放置于電爐，在轉速為300~600r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化5 ~lOmin，形成錯娃銅鋅合金恪體；第二步:將純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為400~500r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在 670~680° C溫度下，在轉速為1000~1200r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡180~200s，保溫 30~60s，制得鋁硅銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0010] 作為優選例，所述的第四步中，通過水冷方式對鋁硅銅鋅合金泡沫進行冷卻，直至鋁硅銅鋅合金泡沫溫度降為室溫。作為優選例，所述的鋁占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比為84%-90%，硅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在5-6%;銅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在2-4%;鋅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在1~4%。
[0011] 有益效果：和現有的二元鋁合金泡沫和純鋁合金泡沫相比，本發明有以下的有益效果： 1.該鋁硅銅鋅合金泡沫具有輕質高強的特性，較純鋁合金泡沫而言，該鋁硅銅鋅合金泡沫單位質量吸能能力提高了約69%。較另外兩種合金泡沫而言，鋁硅銅鋅合金泡沫的屈服強度最大，鋁銅合金泡沫次之，鋁硅合金泡沫的屈服強度最小，因此該合金在相同的應變條件下能夠吸收更多的能量。當含銅量不同時，其力學性能也有差別，Al-Si-Cu(2%)合金相對于Al-Si-Cu(4%)合金性能好，具體來講，泡沫Al-Si-Cu(2%)合金應力應變曲線平滑、應力起伏小，屈服階段的應力峰較小;平臺應力略高，故更適合用作吸收能量。
[0012] 2.該鋁硅銅鋅合金泡沫顯著降低了熔點，在使用二次發泡法制備樣品時，若熔化溫度與發泡溫度之間相差太大，會造成發泡劑的過度分解，大量氣體揮散，從而使發泡效果不理想，制成泡沫材料試件質量大大降低。雖然熔點的范圍不會受到太大影響，但過高的融化溫度及保溫溫度會造成發泡劑過度反應。該合金在銅鋅配比合理時的熔點大約為498.3 °C，較現有的國外研制的鋁硅銅鋅合金的熔點更低，有利于二次發泡過程的進行。
[0013]
【附圖說明】
[0014] 圖1是發泡攪拌時間為80秒的鋁硅合金泡沫的孔結構圖。
[0015] 圖2是發泡攪拌時間為180秒的鋁硅合金泡沫的孔結構圖。
[0016] 圖3是本發明實施例2的鋁硅銅鋅合金泡沫的孔結構圖。
[0017] 圖4是本發明實施例4的鋁硅銅鋅合金泡沫的孔結構圖。
[0018] 圖5是本發明實施例2的鋁硅銅鋅合金泡沫中間相的SEM照片。
[0019] 圖6是本發明實施例2的鋁硅銅鋅合金泡沫中間相的能譜分析圖。
[0020] 圖7是本發明實施例2的鋁硅銅鋅合金泡沫基體的SEM照片。
[0021 ]圖8是本發明實施例2的鋁硅銅鋅合金泡沫基體的能譜分析圖。
[0022] 圖9是本發明實施例2的鋁硅銅鋅合金泡沫的DSC分析曲線圖。
[0023] 圖10是本發明實施例2和實施例4制成的鋁硅銅鋅合金泡沫中具有相似孔隙率的鋁硅銅鋅合金泡沫的壓縮強度曲線圖。
[0024] 圖11是本發明實施例2和實施例4制成的鋁硅銅鋅合金泡沫中具有另一種相似孔隙率的鋁硅銅鋅合金泡沫的壓縮強度曲線圖。
[0025]圖12是對比例鋁硅合金泡沫的DSC分析曲線圖。
[0026]圖13是對比例鋁硅合金泡沫在兩種孔隙率下的壓縮強度曲線圖。
[0027]圖14是本發明實施例3的鋁硅銅鋅合金泡沫的DSC分析曲線圖。
[0028]圖15是本發明實施例4的鋁硅銅鋅合金泡沫的DSC分析曲線圖。
[0029] 圖16是本發明實施例3的鋁硅銅鋅合金泡沫的壓縮強度曲線圖。
[0030]
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細的說明。
[0032] 本發明實施例提供一種鋁硅銅鋅合金泡沫，按照質量百分比，該鋁硅銅鋅合金泡沫包括以下組分：鋁 84%-90%; 硅 5%-6%; 銅 2%-4%; 鋅 1%-4%; 雜質余S；。
[0033] 上述鋁硅銅鋅合金泡沫的制備方法，包括以下步驟：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在670~690° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫30~40min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的坩堝放置于電爐，在轉速為300~600r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化5 ~lOmin，形成錯娃銅鋅合金恪體。
[0034] 第二步:將純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為400~500r/min 的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度。
[0035]第三步:將的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在670~680° C溫度下，在轉速為1000~1200r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡180~ 200s，保溫30~60s，制得鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0036]第四步:將坩堝從加熱爐中取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。例如，通過水冷方式對鋁硅銅鋅合金泡沫進行冷卻，直至鋁硅銅鋅合金泡沫溫度降為室溫。室溫為22-27° C之間。 [0037] 在上述制備方法中，鋁占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比為84%-90%，硅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在5%-6%;銅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在2-4%;鋅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在2-4%。
[0038] 上述實施例制備的鋁硅銅鋅合金泡沫具有低熔點，且機械性能高。對第一步制備的鋁硅銅鋅合金熔體，經過XRD分析，可知鋁、硅、銅、鋅這四種合金元素組成了 A12Cu， CaAl2Si2、Ca3Zn和Alo.4Q3Zno.596。第二步中加入的鈣起到對鋁硅銅鋅合金熔體增粘的作用。鈣起增粘作用的主要原因是:Ca元素在Al-Si-Cu合金熔體中彌散分布，產生了大量的中間化合物CaAl 2Si2、Ca3Zn和Alo.4Q3Zno.596。這增大了攪拌過程中的剪切力，使表觀粘度快速上升，降低了熔體的流動性，改變了熔體的表面張力。在鋁硅銅鋅合金熔體中形成第二相顆粒空間網絡，從而達到泡沫化穩定的作用。
[0039] 上述實施例制備的鋁硅銅鋅合金泡沫能夠降低熔點的原因是因為:合金是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。一般通過熔合成均勻液體凝固而得。根據組成元素的數目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。物質間作用力的大小決定了合金的熔點。同一種金屬原子間以金屬鍵結合，作用力強，熔點高；當加入合金原子(如Cu，Zn，Si等)后，金屬鍵被破壞，金屬內部出現排列混亂的狀態，原子間相互作用力減弱，降低了合金熔點;此外，本發明實施例選擇的Al、Si、Cu合金成分凝固時形成三元共晶，可獲得較低的熔點，考慮到Zn具有更低的熔點，本實施例通過加入鋅元素以獲得更低的熔點，從而減少發泡劑在鋁合金熔體內攪拌分散過程中的分解。
[0040] 除了降低熔點以外，上述實施例制備的鋁硅銅鋅合金泡沫還可以提高機械性能。合金元素的加入在泡沫鋁合金基體內產生了大量的中間化合物CaAl 2Si2、Ca3Zn和 Al0.403Zn0.596,實現了彌散強化的效果。在受到外界載荷時，鋁合金基體內彌散分布的金屬間化合物阻礙了位錯的移動，從而提高了基體合金抗變形能力，獲得了具有較高強度的泡沫錯合金。
[0041] 此外，彌散分布的金屬間化合物顆粒也起到了提高合金熔體粘度、降低液固界面表面張力的作用，產生了穩定鋁合金熔體泡沫的效果，獲得了均勻的孔結構。由于具有均勻孔結構的泡沫鋁內部缺陷較少，不易因結構缺陷產生應力集中而降低材料整體強度，結合具有高強度的基體合金強化作用，獲得了高強度泡沫鋁材料的實施效果。
[0042] 因為泡沫鋁的孔結構對泡沫鋁的機械性能有很大的影響，本實施例的合金能夠產生穩定的孔結構。因此，能夠提高泡沫鋁的力學性能。力學性能主要是指抗壓強度，屈服強度，沖擊能量吸收能力，能量吸收效率。Ca元素在Al-Si-Cu合金熔體中彌散分布，產生了大量的中間化合物CaAl 2Si2、Ca3Zn和Alo.4Q3Zno.596。這增大了攪拌過程中的剪切力，使表觀粘度快速上升，降低了熔體的流動性，改變了熔體的表面張力。在鋁硅銅鋅合金熔體中形成第二相顆粒空間網絡，從而達到泡沫化穩定的作用。
[0043]上述實施例的鋁硅銅鋅合金泡沫中，雜質包括ZL101鋁合金中含有的鎂、鈦、鋁、鐵、錳、鋯、錫、鉛等元素，以及后續步驟中加入的鈣和鈦。
[0044]本發明實施例制備的鋁硅銅鋅合金泡沫是在鋁硅系合金的基礎上添加了黃銅材料得到的。鋁硅合金雖然可以用來制備泡沫鋁合金，但是由于添加了硅元素導致流動性增強，不容易控制孔結構，如圖1和圖2所示，把發泡攪拌時間不同的鋁硅合金泡沫縱向切開，可以發現制備得到的樣品會出現孔徑不均，泡沫塌陷等問題。本發明實施例制備的合金泡沫能夠通過調節合理的銅含量，加入增粘劑和發泡劑來解決其合金泡沫不穩定的難點，制備得到的泡沫均一穩定且孔隙率較小的理想孔結構。
[0045] 如圖3和圖4所示，銅的含量對于合金基體的發泡穩定性沒有明顯的影響。圖5至圖 8是鋁硅銅鋅合金泡沫的中間相和基體微觀組織的SEM圖片。結合能譜分析可以得到，在中間相處，各元素的質量分數分別是:A1:50.72%，Si : 7.03%，Cu: 5.66%，Zn: 12.99%，在基體處，各元素的質量分數分別是:A1:93.17%，Si : 1.40%，Cu: 2.57%，Zn: 2.85%。由此可知該合金中除了主要物相鋁之外，其余的成分組成為Al2Cu，CaAl2Si 2、Ca3Zn和Alo.4Q3Zno.596。由于鈣元素在合金泡沫中呈彌散分布，產生的這些中間相會增大攪拌過程中的剪切力，使表觀粘度上升，降低了熔體的流動性，改變了熔體的表面張力，在熔體中形成第二相顆粒空間網絡，從而達到對泡沫化穩定的作用。
[0046] 在使用二次發泡法制備樣品時，若熔化溫度與發泡溫度之間相差太大，會造成發泡劑的過度分解，大量氣體揮散，從而使發泡效果不理想，制成泡沫材料試件質量大大降低，因此降低鋁合金泡沫的熔點對發泡的穩定性有促進作用。用DSC手段分析鋁硅銅鋅合金泡沫的結果，如圖9所示，可以得出本發明實施例的合金泡沫的熔點為498.3 °C，較之前Η.-]\1.他1?^8在文章（參見：!1，-]\1，!161?^8，卩.6&1'；^&-]\1〇代11〇，]\13&1111&1'1:，4 81：11(17〇€]\%&11(1 Cu additions on the foaming behavior of Al~Si alloys , J mater Sici[J]·2011， 46:5227-5236.)中指出Al-Si-Cu合金的熔點約為525° C來說更低，說明本發明實施例的合金泡沫配比更加合理有效。
[0047] 添加銅的主要作用是提高泡沫鋁合金的力學強度，銅具有一定的固溶強化的作用。此外，時效析出的Al2Cu有著明顯的時效強化效果。對采用本發明提供的制備方法制取的鋁硅銅鋅合金泡沫進行壓縮強度試驗和孔結構均勻性評價。試驗結果如圖10和圖11所示，合金泡沫的變形過程主要分成三個階段:線彈性變形、平臺應力階段和致密化階段。線彈性變形階段的最大值代表了屈服強度，平臺應力值的大小代表了合金泡沫的能量吸收能力。
[0048] 圖10和圖11是下述實施例2和實施例4制成的鋁硅銅鋅合金泡沫中，具有相似孔隙率的鋁硅銅鋅合金泡沫的壓縮強度曲線圖。其中，在圖10中，實施例2制成的鋁硅銅鋅合金泡沫的孔隙率為78.95%，實施例4制成的鋁硅銅鋅合金泡沫的孔隙率為78.65%。在圖11中，實施例2制成的鋁硅銅鋅合金泡沫的孔隙率為71.93%，實施例4制成的鋁硅銅鋅合金泡沫的孔隙率為70.98%。通過圖10和圖11，將孔隙率相似，銅含量不同的兩種合金泡沫進行對比可以看出，孔隙率較大時，兩者變形情況基本相似，表明此時銅含量對鋁硅銅鋅合金泡沫的性能基本沒有影響；孔隙率減小時，2 %銅含量的合金泡沫平臺應力曲線更加平滑，應力起伏小，表明它的脆性相對于4%銅含量的合金泡沫來說要小，同時它的平臺應力略高，更適合用作吸收能量。
[0049] 降低合金的熔點溫度能減少發泡劑的過度發泡反應，在使用二次發泡法制備樣品時，若熔化溫度與發泡溫度之間相差太大，會造成發泡劑的過度分解，大量氣體揮散，從而使發泡效果不理想，制成泡沫材料試件質量大大降低。在此基礎上，添加合適的元素要能夠對泡沫試件的孔結構的穩定性起到積極作用。對于力學性能來說，該發明制備的鋁合金泡沫材料需要調配合適的原料比例，提高原有兩種合金泡沫材料的屈服強度和平臺應力，使其能夠吸收更多的沖擊能量，應用范圍更加廣泛。
[0050] 下面通過試驗驗證本實施例的鋁硅銅鋅合金泡沫具有低熔點和良好的力學性能。
[0051] 對各實施例和對比例制備的合金泡沫采用DSC(示差熱分析）分析技術測試其熔點。
[0052] 對各實施例和對比例制備的合金泡沫通過壓縮強度試驗測量壓縮強度。壓縮強度試驗采用GB/T7314-2005標準實施。
[0053]實施例1:制備鋁硅銅鋅合金泡沫的方法：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在670° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫30min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的i甘堝放置于電爐，在轉速為400r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化6.5min，形成錯娃銅鋅合金熔體。
[0054]第二步：將質量分數為2%的純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為400r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度。
[0055]第三步:將質量分數為1.9%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在680° C溫度下，在轉速為1200r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡200s，保溫50s，制得鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0056]第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0057] 例如，通過水冷方式對鋁硅銅鋅合金泡沫進行冷卻，直至鋁硅銅鋅合金泡沫溫度降為室溫。
[0058] 實施例1中采用各組分占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比見表1所示。
[0059] 實施例2:制備鋁硅銅鋅合金泡沫的方法：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在690° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫36min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的i甘堝放置于電爐，在轉速為300r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化5min，形成錯娃銅鋅合金熔體；第二步：將質量分數為1%的純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為 450r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將質量分數為1.7%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在670° C溫度下，在轉速為1000r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡195s，保溫 58s，制得錯娃銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0060] 實施例2中采用各組分占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比見表1所示。
[0061] 實施例3:制備鋁硅銅鋅合金泡沫的方法：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在680° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫38min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的i甘堝放置于電爐，在轉速為600r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化9min，形成錯娃銅鋅合金熔體；第二步:將質量分數為1.3%的純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為 420r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將質量分數為1.2%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在675° C溫度下，在轉速為1100r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡188s，保溫 35s，制得鋁硅銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0062] 實施例3中采用各組分占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比見表1所示。
[0063] 實施例4:制備鋁硅銅鋅合金泡沫的方法：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在685° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫32min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的i甘堝放置于電爐，在轉速為500r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化7min，形成錯娃銅鋅合金熔體；第二步:將質量分數為1.6%的純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為 500r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將質量分數為2%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在673° C溫度下，在轉速為1050r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡200s，保溫 40s，制得錯娃銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0064] 實施例4中采用各組分占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比見表1所示。
[0065] 實施例5:制備鋁硅銅鋅合金泡沫的方法：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在675° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫37min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的i甘堝放置于電爐，在轉速為550r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化6min，形成錯娃銅鋅合金熔體；第二步:將質量分數為1.5%的純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為 490r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將質量分數為1.6%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在679° C溫度下，在轉速為1150r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡185s，保溫 30s，制得錯娃銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0066] 實施例5中采用各組分占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比見表1所示。
[0067] 實施例6:制備鋁硅銅鋅合金泡沫的方法：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在686° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫35min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的坩堝放置于電爐，在轉速為380r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化8min，形成鋁硅銅鋅合金熔體；第二步:將質量分數為1.2%的純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為 440r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將質量分數為1.8%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在671° C溫度下，在轉速為1180r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡180s，保溫 50s，制得鋁硅銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0068] 實施例6中采用各組分占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比見表1所示。
[0069] 實施例7:制備鋁硅銅鋅合金泡沫的方法：第一步:制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金、銅和鋅在678° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫40min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的i甘堝放置于電爐，在轉速為420r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化lOmin，形成錯娃銅鋅合金熔體；第二步:將質量分數為1.8%的純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為 470r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將質量分數為1%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在676° C溫度下，在轉速為1080r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡190s，保溫 60s，制得錯娃銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。
[0070] 實施例7中采用各組分占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比見表1所示。
[0071] 對比例 A1 -S i合金泡沫采用如下步驟制得：第一步:制備鋁硅合金熔體:采用合金代號為ZL101的鋁合金在675° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅合金溶液，保溫37min;將上述盛有熔融的鋁硅合金溶液的坩堝放置于電爐，在轉速為550r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化6min，形成錯娃合金恪體；第二步:將質量分數為1.5%的純鈣加入鋁硅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為490r/ min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅合金熔體的黏度；第三步:將質量分數為1.6%的氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅合金熔體中，將熔體溫度保持在679° C溫度下，在轉速為1150r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡185s，保溫30s，制得鋁硅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中迅速取出，冷卻鋁硅合金泡沫。
[0072] ZL101兩相溫度差為60°C，發泡溫度比純鋁低。由于發泡劑分解是溫度的函數，低溫下易造成發泡劑分解不完全，使成品孔隙率降低。同時，鋁硅合金相對于純鋁易氧化，在同樣的溫度下粘度較低，發泡過程中難以控制孔結構。因而，制備出均勻穩定的泡沫Al-Si 合金具有一定的難度。如圖1和圖2為該合金泡沫的形態。
[0073] DSC方法測試鋁硅合金的熔點溫度如圖12所示，可知其熔點溫度為559.6°C，高于上述實施例制備的鋁硅銅鋅合金泡沫熔點。
[0074]圖13是對比例合金泡沫孔在兩種孔隙率下的壓縮強度曲線圖。該對比例合金泡沫孔的孔隙率與圖10中實施例2和實施例4的合金泡沫的孔隙率相似。對比例合金泡沫的孔隙率為79.06%和79.59%，圖10中，實施例2合金泡沫的孔隙率為78.65%，實施例4合金泡沫的孔隙率為78.65%。從圖13可以看出，實施例2和實施例4鋁硅銅鋅合金泡沫的屈服強度更高，應力平臺更平緩，即吸收沖擊能量的效率更高。表1
從圖9、圖12以及圖14 一圖16,可以看出，本實施例制備的鋁硅銅鋅泡沫合金的熔點明顯低于對比例的泡沫合金。當選擇實施例2、實施例4時，銅與鋅的質量比接近1.3:1時能得到更低的熔點。
[0075] 從圖10、圖11和圖16可以看出，當實施例2和實施例3中銅含量為2%和3%時，錯硅銅鋅合金泡沫鋁平臺曲線較實施例4銅含量為4%的合金泡沫更平滑，說明脆性較低，具備更有效的沖擊能量吸收效率，力學性能較好;實施例3的平臺應力值更高一些，吸收沖擊能量的能力更強。
[0076] 比較圖10和圖13可以看出，本實施例的鋁硅銅鋅合金泡沫比對比例的合金泡沫具有更好的力學性能。
[0077] 以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和優點。本領域的技術人員應該了解，本發明不受上述具體實施例的限制，上述具體實施例和說明書中的描述只是為了進一步說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護的范圍由權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1. 一種鋁硅銅鋅合金泡沫，其特征在于，按照質量百分比，該鋁硅銅鋅合金泡沫包括以下組分：鋁 84%-90%; 硅 5%-6%; 銅 2%-4%; 鋅 1%-4%; 雜質余S；。2. 按照權利要求1所述的鋁硅銅鋅合金泡沫，其特征在于，所述的鋁硅銅鋅合金泡沫按照質量百分比，包括以下組分：鋁 90%; 硅 5.33%; 銅 2%; 鋅 1.5%; 雜質 2.83%。3. 按照權利要求1所述的鋁硅銅鋅合金泡沫，其特征在于，所述的鋁硅銅鋅合金泡沫按照質量百分比，包括以下組分：鋁 85.17%; 硅 5.63%; 銅 4%; 鋅 3.07%; 雜質 2.13%。4. 按照權利要求1所述，其特征在于，所述的鋁硅銅鋅合金泡沫中，銅與鋅的質量比為 1.3:1〇5. -種權利要求1所述的鋁硅銅鋅合金泡沫的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：第一步：制備鋁硅銅鋅合金熔體:采用合金代號為ZLlOl的鋁合金、銅和鋅在670~690° C溫度下，在坩堝中熔化，制成鋁硅銅鋅合金溶液，保溫30~40min;將上述盛有熔融的鋁硅銅鋅合金溶液的坩堝放置于電爐，在轉速為300~600r/min的攪拌槳持續攪拌下，合金化5 ~IOmin，形成錯娃銅鋅合金恪體；第二步:將純鈣加入鋁硅銅鋅合金熔體中，在機械攪拌裝置轉速為400~500r/min的狀態下持續攪拌5分鐘，以增加鋁硅銅鋅合金熔體的黏度；第三步:將氫化鈦粉末加入到第二步制備的鋁硅銅鋅合金熔體中，將熔體溫度保持在 670~680° C溫度下，在轉速為1000~1200r/min的攪拌槳持續攪拌下，發泡180~200s，保溫 30~60s，制得鋁硅銅鋅合金泡沫；第四步:將坩堝從加熱爐中取出，冷卻鋁硅銅鋅合金泡沫。6. 按照權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的第四步中，通過水冷方式對鋁硅銅鋅合金泡沫進行冷卻，直至鋁硅銅鋅合金泡沫溫度降為室溫。7. 按照權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的鋁占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比為84%-90%，硅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在5-6%;銅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在2-4%;鋅占鋁硅銅鋅合金泡沫的質量百分比在1~4%。
【文檔編號】C22C1/08GK105886852SQ201610278358
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】何思淵, 陳詩婷, 趙煒, 王永超, 戴戈, 張益 , 許婷婷
【申請人】東南大學

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