[发明专利]一种利用定向凝固技术制备多孔金属材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料制备技术领域，涉及一种利用定向凝固技术制备多孔金属材料的方法。

背景技术

多孔金属材料是一种具有优异物理特性和良好力学性能的新型工程材料，即各种形貌的孔洞分布于金属基体中，将金属相分割成为小单元。它兼有连续金属相和分散气体相的特点。多孔金属材料具有低的密度，高的孔隙率，大的比表面积，并且可有选择地透过流体，还有优良的吸声、吸能性能，优异的热物理性能及高的阻尼性能。因而它的应用遍及汽车、建筑、化学、航空航天、军事工业等领域，可被用作减震器、缓冲器、吸能器、过滤器、流体透过器、热交换器、灭火器、发动机的排气消声器、催化剂载体、多孔金属电极、火箭鼻锥及尾翼的冷却发汗材料、水下潜艇的消音器等。所以，研发出有特定孔形、孔径、孔隙的新型多孔金属材料具有广泛的应用前景和重要的意义。

中国专利《一种无需增粘熔体发泡法制备小孔径泡沫铝的工艺》(申请号：201410015998.2，公开号：103757459，公开日：2014-04-30)公开了一种熔体发泡法制备小孔径泡沫铝的新工艺，以碳酸钙为发泡剂，通过Mg、Al和CaCO₃三者之间的反应生成的气体来使熔体发泡，反应生成的氧化物可提高熔体的粘度，获得孔隙率为50.0％-85.0％，平均孔径在1.0-2.0mm左右的泡沫铝样品。该工艺无需增粘，简化了生产过程，但是生产的泡沫铝材料纯度低，且形成大量闭孔。

中国专利《多孔金属材料及制备方法》(申请号：201110051386.5，公开号：102094225A，公开日：2011-06-15)公开了一种多孔金属，主要是在基体导电化后和电沉积前对基体进行纵横双向拉伸，随后在硫酸盐体系中进行电沉积和热处理，得到由金属构成骨架，具有三维网状通孔结构的多孔金属材料。该方法有效改善金属沉积均匀性、抗拉强度及延伸率，但是存在制备工艺相对复杂，成本较高，后续还原烧结过程样品翘曲大等缺点。

中国专利《藕状多孔铝的定向凝固制备方法》(申请号：201510030049.6，公开号：104593630A，公开日：2015-05-06)公开了一种藕状多孔铝的定向凝固制备方法，基于金属气体共晶定向凝固技术，将高纯度的电解铝放入真空定向凝固炉中，经过抽真空，再将电解铝加热至全部熔化。然后关掉真空，充入氢气或氢气和氩气混合气体到设定压力，保温一段时间，开始向下拉铸，制备出藕状多孔铝。制备出的多孔铝的孔率及孔径可由氢气压力和冷却速度来控制，孔隙可定向排列。但若工艺参数控制不严格，气泡会从液相中逸出；若温度和压力不协调，冷却将不经过低共熔点，会有不均匀细结构的副共熔相产生，导致多孔结构的均匀性较差。

中国专利《一种采用粉末冶金法制备多孔金属钼的方法》(申请号：201010532845.7，公开号：101988162A，公开日：2011-03-23)公开了一种采用粉末冶金法制备多孔金属钼的方法，将钼粉与造孔剂混合均匀，进行压制成型、粉末烧结，最后用去离子水清洗后，即制得多孔金属钼。获得的材料孔隙分布均匀，孔隙率可控，但是强度较低，同时难以控制烧结过程中造孔剂分解逸出对材料结构的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用定向凝固技术制备多孔金属材料的方法，解决了现有多孔金属材料孔隙尺寸和分布不均匀、强度不高，其制备方法难控制多孔金属材料孔隙的尺寸及分布、且工艺复杂、成本较高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种利用定向凝固技术制备多孔金属材料的方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备金属浆料：

取金属粉末和氯化盐粉末，将增稠剂加入金属粉末和氯化盐粉末中，加热金属粉末和氯化盐粉末至熔融态，均匀混合，得到金属浆料；

步骤2，定向凝固：

将步骤1得到的金属浆料注入模具中，将模具底部置于冷却平台上进行冷却，得到熔融态的金属和凝固的氯化盐的混合体；

步骤3，快速冷却：

将步骤2中装有熔融态的金属和凝固的氯化盐的混合体的模具放置于烘箱中快速冷却，金属经冷却凝固，得到凝固的金属和凝固的氯化盐的混合体；

步骤4，去除氯化盐：

将步骤3得到的凝固的金属和凝固的氯化盐的混合体用去离子水进行清洗，去除氯化盐，然后烘干，即得多孔金属材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中金属粉末和氯化盐粉末的体积百分比为：金属粉末10％～40％，氯化盐粉末90％～60％，上述组分体积百分比之和为100％，增稠剂的用量占金属粉末和氯化盐粉末两者总质量的4％～16％。