一种制备孔结构可控泡沫金属的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备孔结构可控泡沫金属的方法，属于泡沫金属材料制备技术领域，解决泡沫金属试样在烧结溶解法成型过程中造孔剂不完全溶出、造孔剂溶解时基体容易被腐蚀的技术问题，解决方案为：采用硫代硫酸钠作为造孔剂制备孔结构可控的泡沫金属，经孔形设计、确定所需硫代硫酸钠颗粒与金属粉末的重量、制备造孔剂、混粉、冷压、造孔剂溶解、干燥、烧结，制得孔结构可控的泡沫金属。本发明专利技术采用硫代硫酸钠作为造孔剂，利用3D打印技术加工塑料模具，可按需求重塑硫代硫酸钠，获得任意形状结构的硫代硫酸钠颗粒，以制备好的硫代硫酸钠颗粒为造孔剂，采用占位烧结法，可获得各种均匀规则孔结构的泡沫金属。孔结构的泡沫金属。孔结构的泡沫金属。

【技术实现步骤摘要】
一种制备孔结构可控泡沫金属的方法


[0001]本专利技术属于泡沫金属材料制备
，具体涉及一种制备孔结构可控泡沫金属的方法。

技术介绍

[0002]泡沫金属材料是近年来被广泛研究的新型功能～结构一体化材料，其显著特征是在金属或金属合金基体中存在着大量毫米级的宏观孔洞。根据孔洞的连通性可将泡沫金属分为闭孔和开孔两大类，前者气孔独立分布于基体之中，后者则呈三维连通结构。对于泡沫金属，孔洞是研究者所期望出现的功能结构，是获得泡沫金属优化指标的实现手段，而孔结构的控制则主要依赖于制备方法和工艺技术。功能性气孔与基体金属骨架形成的耦合结构为泡沫金属带来一系列致密金属所没有的优异特性，如渗透性好、孔径和孔隙可控、形状稳定、耐高温、抗热震、能再生、可加工等特殊性能的功能材料，广泛应用于航空、航天、原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业的过滤、分离、消音、布气、催化、热交换等工艺中。泡沫金属材料的制备方法主要有吹气发泡法、粉末冶金法、熔体发泡法、粉末烧结法等。占位烧结多孔材料出现时间最早，其孔隙半径较小且均匀，孔隙率一般较小，机械强度不高。为了提高金属粉末烧结多孔材料孔隙率，常采用加入造孔剂的方法，该法的优点是工艺简单、成本低，缺点是会降低烧结后材料强度。
[0003]占位烧结法采用合适的造孔剂和金属粉末压制成型，然后进行烧结，得到泡沫金属产品。根据所选造孔剂的不同，制备工艺略有区别，总体来讲工艺流程是将金属粉末或金属合金粉与造孔剂均匀混合，放入模具中压实成块，再放入水中将造孔剂溶出，最后在炉中烧结，就得到泡沫金属。造孔剂主要分为两类，一类是可溶性的，如硫酸钾、氯化钠、尿素等，另一类是不用溶出、密度很小且可作为泡沫金属的一部分，如空心氧化铝球、漂珠等。采用可溶性造孔剂制备的泡沫金属孔洞形状、尺寸和孔隙率大小可以精确控制，在过滤、吸声等领域有着广阔的应用前景。但由于使用的造孔剂大多数都是盐类，其水溶液都具有一定的腐蚀性，在造孔剂溶出得到时候难免对试样造成一定的腐蚀，使得在烧结后，泡沫金属的性能有所下降。严重影响了泡沫金属材料的质量，而泡沫金属的孔结构受单一造孔剂形状的限制，不能做到任意控制孔结构的形状大小。
[0004]另外，在造孔剂溶解的时，颗粒状的造孔剂几乎被金属粉末包围，在溶解时不能保证造孔剂能完全溶解出来。使溶解后的试样在烧结前其表面和内部存在少量的造孔剂残留。烧结后孔壁上会有造孔剂残留或造孔剂高温分解的残留物，这些物质也有可能会影响其材料的质量。
[0005]硫代硫酸钠，又名次亚硫酸钠、大苏打、海波。它是无色透明的单斜晶体，硫代硫酸钠可用于鞣制皮革、由矿石中提取；可用以除去自来水中的氯气，在水产养殖上被广泛的应用；临床用于治疗皮肤搔痒症、性荨麻疹、药疹、氰化物、铊中毒和砷中毒等，以静脉注射的方式治疗。水溶液近中性(pH值6.5～8.0)，试样几乎不会受到腐蚀，硫代硫酸钠熔点为48℃，沸点为100℃，易溶于水。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，解决泡沫金属试样在烧结溶解法成型过程中造孔剂不完全溶出，造孔剂溶解时基体容易被腐蚀的技术问题，本专利技术提供一种制备孔结构可控泡沫金属的方法。
[0007]本专利技术通过采用硫代硫酸钠为造孔剂，代替传统的尿素、氯化钠等，利用了硫代硫酸钠水溶液接近中性、熔点(48℃)低、易溶于水等物理特性，融化后液体的流动性很好，可利用3D打印技术打印不同形状的模具，将其倒入模具中再凝固，根据模具的形状可以制备出不同规格形状的造孔剂颗粒，增加了孔结构的多样性和可控性。
[0008]本专利技术通过以下技术方案予以实现。
[0009]一种制备孔结构可控泡沫金属的方法，包括以下步骤：
[0010]S1、泡沫金属孔形结构设计，确定孔的形状与结构：根据待成型的泡沫金属的孔隙率和孔形结构，选用硫代硫酸钠作为造孔剂的原料，并根据设计的泡沫金属的孔形结构确定造孔剂的形状、重量以及金属粉末的重量；
[0011]S2、根据步骤S1确定的造孔剂的重量称取硫代硫酸钠颗粒，并根据步骤S1设计的泡沫金属孔形结构制备以下任一种形状的造孔剂或以下几种形状混合的造孔剂：
[0012]A、制备短棒状造孔剂：直接称取短棒状硫代硫酸钠颗粒作为造孔剂；
[0013]B、制备微粒状造孔剂：将短棒状硫代硫酸钠颗粒放入粉碎机中打成粉末，制得微粒状造孔剂；
[0014]C、制备可控形状的造孔剂：
[0015]首先，制作翻模模具：根据步骤S1设计的造孔剂的形状，选用ABS作为3D打印的原料，采用3D打印技术打印出翻模模具，翻模模具包括上翻模模具和下翻模模具，上翻模模具和下翻模模具的分型面上分别设置有向内凹陷的凹槽，凹槽的底面上分别设置有用于成型造孔剂型腔的若干凸起，相邻凸起之间设置用于成型浇道型腔的半圆柱，上翻模模具上设置的凸起的大端面与下翻模模具上对应凸起的大端面拼合后构成的外形轮廓与造孔剂的形状相同；
[0016]然后，制作硅胶模具：选用AB型硅胶作为制备硅胶模具的原料，将硅胶与固化剂按照重量比100：2的比例混合均匀，然后分别倒入上翻模模具和下翻模模具的凹槽中，经5h凝固后取出，制得用于制备造孔剂的硅胶模具，硅胶模具包括上模和下模，上模和下模的分型面上分别设置有若干凹坑，相邻凹坑通过浇道连通，上模与下模合模后凹坑形成相互连通的型腔，型腔的形状与步骤S1中设计的泡沫金属的孔形结构孔的形状相同；
[0017]最后，上模和下模合模，将称取的短棒状硫代硫酸钠颗粒加热熔化至液态后通过浇道倒入硅胶模具中，液态硫代硫酸钠填满硅胶模具的型腔，待液态硫代硫酸钠在硅胶模具中冷却凝固后，通过振动使硫代硫酸钠脱模，制得可控形状造孔剂；
[0018]S3、根据步骤S1确定的泡沫金属原料的重量称取金属粉末，将金属粉末与步骤S2制备的造孔剂一起放入滚筒搅拌器中，金属粉末与造孔剂混合均匀，金属粉末均匀地包裹在造孔剂的外部，制得烧结原料；
[0019]S4、将步骤S3制备的烧结原料倒入冷压成型模具中压实，制得原料压坯，将原料压坯从冷压成型模具中取出，打磨去除原料压坯棱角的毛刺留待后步使用；
[0020]S5、将步骤S4制备的原料压坯放在50～60℃的水浴中恒温加热8～18h，硫代硫酸
钠溶解，制得具有孔状结构的待烧结坯料，然后将待烧结坯料在70～100℃的烘干温度下，烘干20～40min，留待后步使用；
[0021]S6、将待烧结坯料放入真空烧结炉中进行烧结，制得孔结构可控的泡沫金属。
[0022]进一步地，在所述步骤S2中，上模与下模上分别设置有与浇道连通的注液孔。
[0023]进一步地，在所述步骤S2中，短棒状造孔剂的尺寸为Φ4mm
×
8mm，微球状造孔剂的粒径小于1mm。
[0024]进一步地，在所述步骤S2中，步骤C制备的造孔剂为球状造孔剂，上模和下模的分型面上分别设置有若干半球状凹坑，上模与下模合模后半球状凹坑形成相互连通的圆球状孔洞。
[0025]进一步地，所述球状造孔剂的粒径为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备孔结构可控泡沫金属的方法，其特征在于包括以下步骤：S1、泡沫金属孔形结构设计，确定孔的形状与尺寸：根据待成型的泡沫金属的孔隙率和孔形结构，确定泡沫金属原料的重量，同时确定造孔剂的形状和重量，并选用硫代硫酸钠作为造孔剂的原料；S2、根据步骤S1确定的造孔剂的重量称取硫代硫酸钠颗粒，并根据步骤S1设计的泡沫金属孔形结构制备以下任一种形状的造孔剂或以下几种形状混合的造孔剂：A、制备短棒状造孔剂：直接称取短棒状硫代硫酸钠颗粒作为造孔剂；B、制备微粒状造孔剂：将短棒状硫代硫酸钠颗粒放入粉碎机中打成粉末，制得微粒状造孔剂；C、制备可控形状的造孔剂：首先，制作翻模模具：根据步骤S1设计的造孔剂的形状，选用ABS作为3D打印的原料，采用3D打印技术打印出翻模模具，翻模模具包括上翻模模具和下翻模模具，上翻模模具和下翻模模具的分型面上分别设置有向内凹陷的凹槽，凹槽的底面上分别设置有用于成型造孔剂型腔的若干凸起，相邻凸起之间设置用于成型浇道型腔的半圆柱，上翻模模具上设置的凸起的大端面与下翻模模具上对应凸起的大端面拼合后构成的外形轮廓与造孔剂的形状相同；然后，制作硅胶模具：选用AB型硅胶作为制备硅胶模具的原料，将硅胶与固化剂按照重量比100：2的比例混合均匀，然后分别倒入上翻模模具和下翻模模具的凹槽中，经5h凝固后取出，制得用于制备造孔剂的硅胶模具，硅胶模具包括上模和下模，上模和下模的分型面上分别设置有若干凹坑，相邻凹坑通过浇道连通，上模与下模合模后凹坑形成相互连通的型腔，型腔的形状与步骤S1中设计的泡沫金属的孔形结构孔的形状相同；最后，上模和下模合模，将称取的短棒状硫代硫酸钠颗粒加热熔化至液态...

【专利技术属性】
技术研发人员：王录才，孙磊磊，王艳丽，王芳，游晓红，黄闻战，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：