技术领域
本发明涉及一种泡沫金属及制备泡沫金属的方法。
背景技术
噪声污染是当今世界三大环境污染之一,严重危害人类身体健康。其中,交通噪声问题 比较突出,如城市地
铁轻轨,公路高架等场所,对周边环境的影响较大,解决的难度也较大。 目前主要解决办法是采用吸声材料进行吸声降噪处理。传统声屏障材质一般为玻璃
棉,但玻 璃棉容易因雨
水进入而受潮板结,寿命较短。根据对上海某些路段的实际观察,传统声屏障 寿命仅有2-3年;即使采用进口
薄膜材料包裹,也只能维持5-6年。20世纪80年代初,国际上 兴起
金属泡沫材料的研制,发现其具备多种优异的物理性能:超薄、质轻、吸音、耐久、耐 水、耐热、装饰性好、安装方便、可回收、不污染环境,又有很强的吸能本领和
电磁屏蔽作 用。
由于金属泡沫材料的性能优越,目前在吸声降躁处理中开始应用泡沫
铝材料逐步取代传 统声屏障材料。泡沫铝材料的特性分述如下:
(1)量轻、比重小
由于泡沫铝是在铝基体中制造大大小小的气孔,因此,泡沫铝的比重范围在0.2~0.5 g/cm3,其平均值只有铝的比重的1/10。泡沫铝的拉伸强度为铝的1/100,抗压强度与抗 弯强度则比较高。
(2)耐热性强
泡沫铝具有高的耐热性能,即使达到基体
合金的熔点也不熔解。一般
铝合金的熔解温 度范围在560~700℃,但泡沫铝即使加热到1400℃也不熔解,而且具有不燃特点,可作为阻 燃材料使用。
(3)刚性低
泡沫铝不象金属那样具有延展性,受到压
力作用几乎不发生塑性
变形,拉伸无法测出拉 伸率。
弹性模量约为铝合金的1/50~1/100。因此,泡沫铝比其原来的铝合金容易破坏,达 到破坏强度极限发生破坏,几乎没有变形。
(4)有很高的吸收冲击性能
泡沫铝不像蜂窝材料那样具有方向性,也不像高分子泡沫材料具有反弹作用,它是很好 的吸音减震材料。所以泡沫铝是制造抗冲击部件的良好材料,也是精密仪器的理想
包装材料。
(5)有良好的吸音效应
泡沫铝在低频范围具有相当好的吸音效果,尤其在低于1kHz的
频率下。
(6)其它性能
泡沫铝的
电阻率约为铝的100倍,热导率约为铝的1/400,除此之外还具有良好的电磁 干扰屏蔽效应、耐蚀等。
以上几点说明泡沫铝材料具有显著的优越性能。
基于泡沫铝具有上述优点,它一直被期望作为一种降躁吸声材料加以开发应用。在建筑 工业,它被期望用作为屏蔽墙,
天花板,地板之类的
隔音材料以及
建筑物内外的装饰性材料; 在交通运输方面,它被期望用作为
广告牌,路标,轻轨、高架道路、高速公路、
冷却塔、变 电所的声屏障等等。
综上所述,采用泡沫铝作为吸声降躁材料主要有如下两个优点:
(1)优异的声学性能
声波射入多孔金属表面漫反射而干涉消音,进入多孔金属的孔隙内使骨架振动释放热 量而消耗声能,通过孔径不同的孔隙而膨胀消音,它又具有微孔消音的特性,因此是一种优 异的声学材料,可制作各种消音器。
(2)采用特殊结构可具有特殊性能
声吸收性能随孔隙减小而增大。调节孔隙的大小、形状以及采用合适的声结构,可以 获得高的声吸收值。对一般多孔金属而言高频较低频有高的声吸收值,但采用合适的声结构 可以获得低频宽频范围的高吸收率。
从长远观点来看,金属泡沫材料在利用其声学性能的领域中,是一种极有前途的材料。 由于通孔多孔金属有优异的声吸收能力,采用合适的声结构可以获得好的声吸收效果。日本 已在高速列车发
电机室、无线电录音室及新干线吸音等方面获得有应用前景的结果。多孔泡 沫金属还可用于蒸气
发电厂、
气动工具、小
汽车衰减消音器。用作消音器时必须在获得消音 效果的同时保证足够的空气流通量。
现有技术中,制备泡沫铝的方法主要有:
(1)渗流
铸造(Infiltration casting)
在无机或有机颗粒周围铸入铝液可制得多孔铝。无机材料可用蛭石、泥球、可溶性盐等, 有机材料可用高分子颗粒。采用这种方法时,造孔剂堆积
密度要高,以保证颗粒之间互相接 触,以便将来除去,为了防止铝液在铸入时过早
凝固,要将造孔剂预热。由于铝液具有大的 表面
张力,使得铝液很难成功铸入颗粒间隙中,所以可以先将造孔剂
块体抽
真空,然后加压 渗透。待铝液凝固后,可用水溶法或
热解法除去造孔剂。此法的优点是通过控制造孔剂颗粒 大小来控制孔径大小,缺点是最大孔隙率不超过80%。
(2)加发泡剂法(Foaming with blowing agents)
把发泡剂与铝液混和也可以制得泡沫铝。首先在680℃的铝液中加入金属
钙,对于实际生 产,一般加入量为1.5%~3.O%(wt),搅拌几分钟增加液体
粘度。钙也可用
碳化
硅等颗粒 代替。粘度合适后,加入TiH2。在恒压下,TiH2分解出H2,液体膨胀泡沫化,冷却后即可得 泡沫铝。TiH2可被ZrH2等发泡剂代替。这种方法的优点是可制得非常均匀的泡沫,并且气孔 平均尺寸和铝液粘度以及泡沫铝密度和粘度之间存在关系,使孔径可控。
上述两种方法由于生产工艺的原因,孔隙率受到限制,所以生产成本较高而且对环境有 污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的不足,提供一种降躁吸声的泡沫金属
为实现上述目的,本发明采取的具体技术方案是:
一种泡沫金属,其特征在于,金属材料中分布有气孔,所述的气孔直径为3~25mm,孔 隙率为80%~98%。
其中,所述的金属材料表面的气孔间粘结有一层金属
纤维丝。
优选地是,所述的粘结有金属纤维丝的金属材料表面涂有一层涂料。
其中,所述的金属材料为铝。
其中,所述的金属材料为铝合金,优选地是各成份的重量百分含量为铝70~90%,SiO2 1~15%,Zn1~20%,CuO0.5~4%,Re0.001~0.01%。
本发明的另一个目的是提供一种制备权利泡沫金属的方法,其特征在于,首先将金属材 料
熔化,再将颗粒状碳化硅或
氧化铝加入金属液中并搅拌均匀,碳化硅或氧化铝颗粒的在金 属液中的体积百分比为10%~20%,颗粒尺寸为5~20μm,再将气体吹入金属液中形成气泡, 搅拌使气泡分布均匀,金属液冷却至室温。加入碳化硅或氧化铝是为了增加铝液粘度。吹入 的气体为空气、氮气或氩气中的一种。金属液冷却至室温后,在获得的产物表面的气孔间粘 结一层金属纤维丝。
其中,粘结完金属纤维丝后,将其在涂料溶液中浸泡后,取出晾干。
其中,所述的金属材料为铝。
其中,所述的金属材料为铝合金,优选地是各成份的重量百分含量为铝70~90%,SiO2 1~15%,Zn1~20%,CuO0.5~4%,Re0.001~0.01%。
本发明的方法同样适用于其他金属材料。
本发明的原理为,将金属熔化为液体,再将气体吹入金属液体内,在金属液体内形成气 泡,金属凝固后即可制得泡沫金属
本发明的有益效果:
(1)运用新型工艺制造泡沫铝材料,吸声效果好,发泡均匀,比重轻30%,节约材料和 成本。
(2)采用复合工艺,在泡沫铝材料上添加金属纤维材料,提高吸声系数,使吸声效果更 好;
(3)首创多孔材料的自我洁净功能,而且在达到这一目的的同时增加了本发明的防火功 能和广告效益。
具体实施方式
实施例1、首先在模具中将铝合金熔化,再将颗粒状碳化硅或氧化铝加入铝合金液中并搅 拌均匀,碳化硅或氧化铝颗粒的在铝合金液中的体积百分比为10%~20%,颗粒尺寸为5~ 20μm,再将氮气吹入铝合金液中形成气泡,搅拌使气泡分布均匀,将半固态的铝合金从模具 中取出,冷却至室温后,在获得的产物表面的气孔间粘结一层铝纤维丝。然后再将其在涂料 溶液中浸泡后,取出晾干。
铝合金的按重量含量由铝75%,SiO2 5%,Zn 17%,CuO 2.999%,Re 0.001%组成。
实施例2、首先在模具中将铝熔化,再将颗粒状碳化硅或氧化铝加入铝液中并搅拌均匀, 碳化硅或氧化铝颗粒的在铝液中的体积百分比为10%~20%,颗粒尺寸为5~20μm,再将氮 气吹入铝液中形成气泡,搅拌使气泡分布均匀,将半固态的铝从模具中取出,冷却至室温后, 在获得的产物表面的气孔间粘结一层铝纤维丝。然后再将其在涂料溶液中浸泡后,取出晾干。
实施例3,制备方法与实施例1相同,铝合金的按重量含量由铝85%,SiO2 13%,Zn 2%, CuO 0.99%,Re 0.01%组成。
实施例4,制备方法与实施例1相同,铝合金的按重量含量由铝80%,SiO2 10%,Zn 8%, CuO 0.995%,Re 0.005%组成。
在泡沫铝外侧添加彩色纳米防火涂料,可增加其自洁净性能和美观性:
a.自洁净功能:涂料有很好的透气功能,不会因为阻碍气体流动而降低泡沫铝的吸声性能, 并且由于一般灰尘体积大于涂料形成的膜的孔径,所以最多只能停留在膜的表面,随雨水冲 刷而流失,形成了泡沫铝的自清洁功能。
b.防火功能:涂料层可以对吸声板材起屏蔽作用,能隔离火焰,避免板材直接暴露在火焰 或高温之中;涂料层吸热后部分物质分解成不燃性气体,起到消耗热量、降低火焰
温度、延 缓燃烧速度、稀释氧气的作用;涂层本身形成多孔型或炭化泡沫层,大大降低了涂料层的热 导率,阻止了热量向板材传递的速度,从而提高了板材的耐火极限。
c.广告效应:现在市场上供应的超薄型防火涂料大多为黑色或白色,装饰性能不好.颜料 本来就是涂料中不可或缺的一部分,我们的纳米防火涂料不仅可以赋予涂膜色彩,增强其装 饰性,而且还可以在一定程度上改善涂膜的性能.
对实施例1制备的泡沫铝的性能进行测试,结果如下:
孔隙特性及
体积密度主孔径:0.9mm 1.6mm 2.5mm三种规格,常用规格为1.6mm孔径
孔隙率:60-80%(1.6mm孔径时为 68-78%)
通孔率:85-95%(1.6mm孔径时为 90-95%)
体积密度:0.5-1.10g/cm3(1.6mm孔径时为0.60-0.85g/cm3) 吸声性能:按GBJ47及GBJ88测定(同济大学声学研究所)
平均吸声系数α》0.60(125-4000Hz
频率范围测定)
降噪系数NRC》0.64(250-2000Hz频率范围测定)
隔声性能:按GBJ75测定(同济大学声学所及上海市建科院检测站)
空气声计权隔声量Rw:28.0dB(即隔声指数Ia)
平均隔声量Ra:24.5dB(125-4000Hz频率范围测定)
本测试试验中的被测吸声板规格为:
泡沫铝板厚度8mm,空气层厚度100mm,
背板(彩
钢板)厚度为0.5mm,拼装式结构。