本發(fā)明涉及一種蜂窩鋁的制備方法，屬于多孔材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬蜂窩是金屬骨架和蜂窩孔相間的一種多孔金屬材料，因其內(nèi)部含蜂窩狀直通孔而得名。金屬蜂窩除具有金屬特性（如良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、強(qiáng)韌性）外，還具有高比表面積、大開口度、輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、滲透流通等特性，是典型的結(jié)構(gòu)功能一體化材料。其性能主要取決于蜂窩結(jié)構(gòu)及金屬基體材料兩方面。近年來(lái)，金屬蜂窩得到了多方面的研究與開發(fā)，應(yīng)用已涉及到建筑、航空骯天、交通運(yùn)輸、電子、環(huán)保、能源等領(lǐng)域。

目前，金屬蜂窩的主流制備方法有波紋板焊接法和粉末塑性擠壓法。其中波紋板焊接法是普遍使用的制備方法，該方法先將金屬薄板帶加工成波紋狀，再焊接或粘結(jié)成蜂窩狀，采用這種方法制備的蜂窩鋁存在許多不足，如連接強(qiáng)度不高、力學(xué)性能、熱電性能和高溫性能差、受焊接條件限制基材范圍窄等；粉末塑性擠壓法主要用于制備抗高溫氧化性良好的蜂窩材料，如不銹鋼蜂窩、fe-cr-al蜂窩等，對(duì)于鋁或鋁合金，由于鋁粉末的燒結(jié)問(wèn)題難以解決，因此還未能用此方法獲得鋁蜂窩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種蜂窩鋁的制備方法，該采用表面涂覆的鋅絲制備具有鋁蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體，采用鋁或鋁合金作為滲流體，將鋁或鋁合金熔體加壓滲流到反結(jié)構(gòu)中，冷卻后獲得鋅-鋁復(fù)合體，然后利用不同金屬的熔點(diǎn)差將鋅絲熔除獲得蜂窩鋁，具體包括以下步驟：

（1）鋁蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體制備

①在鋅絲表面涂上耐高溫的涂覆材料，涂覆后的鋅絲干燥備用。

②將兩塊相互平行的多孔不銹鋼板進(jìn)行裝配，將步驟（1）得到的鋅絲依次穿過(guò)兩塊不銹鋼板上的孔，穿過(guò)所有孔后將鋅絲兩端拉緊固定獲得鋼-鋅的骨架結(jié)構(gòu)。

③調(diào)整兩塊不銹鋼板之間的距離，使鋅絲產(chǎn)生拉伸緊固，將骨架結(jié)構(gòu)安裝到滲流裝置內(nèi)部，獲得具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體；所述滲流裝置的外面設(shè)有冷卻裝置。

（2）鋁或鋁合金熔化保溫：將鋁或鋁合金加熱到熔化，并去除熔體表面浮渣，備用。

（3）蜂窩鋁的滲流-熔除制備

①蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體的預(yù)熱：將步驟（1）中獲得的具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體加熱到310~360℃預(yù)熱并保溫10~25min。

②加壓滲流：將步驟（2）中獲得的鋁或鋁合金熔體從滲流裝置的滲流口壓滲到鋅絲的空隙中，滲流完成后迅速向冷卻裝置的進(jìn)水口通入冷卻水，冷卻水從出水口流出；

③鋅絲熔除：拆除滲流裝置和冷卻裝置獲得鋅-鋁復(fù)合體，將鋅-鋁復(fù)合體加熱使鋅絲全部熔化，向鋅-鋁復(fù)合體通入壓縮空氣，將鋅熔體完全吹除得到蜂窩鋁。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）耐高溫的涂覆材料由以下原料制備得到：石膏粉、滑石粉、石墨粉按質(zhì)量比為1:（1.5~2）:（2~3）的比例混合得到混合粉末，然后再將混合粉與淬火油按質(zhì)量比為1:（1.5~1.8）的比例混合均勻得到。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）中耐高溫涂層的厚度0.2~0.5mm，鋅絲的直徑1~4mm。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）中兩塊多孔不銹鋼板用螺桿和螺母進(jìn)行裝配，板間距50~100mm，多孔不銹鋼板的孔徑為1.5~5.1mm、孔間距為0.3~0.6mm。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（3）的加壓滲流過(guò)程中：滲流壓力0.2~0.8mpa，滲流時(shí)間1.26~21.26s，冷卻水的進(jìn)水速度為80~100cm³/s。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（3）的鋅絲熔除過(guò)程中，加熱將鋅-鋁復(fù)合體加熱到450~480℃保溫30~50min使鋅絲全部熔化，壓縮空氣通入的壓力為0.2~0.5mpa。

本發(fā)明所用鋅絲為工業(yè)純鋅絲，純度99.2%，熔點(diǎn)412℃；所用鋁或鋁合金為工業(yè)純鋁、鋁基二元及多元合金。

本發(fā)明所述滲流裝置分為上下兩部分，上部為一個(gè)凹槽用于加壓滲流，凹槽內(nèi)設(shè)有滲流口；下部分為一個(gè)密封空間，用于放置骨架結(jié)構(gòu)和冷卻鋁或鋁合金熔體；滲流裝置的外面設(shè)有冷卻裝置。

本發(fā)明的原理

本發(fā)明采用熔點(diǎn)較低的鋅絲制備鋁蜂窩的反結(jié)構(gòu)、較高熔點(diǎn)的鋁或鋁合金為滲流體，加壓滲流的方法將鋁或鋁合金熔體滲流到反結(jié)構(gòu)中，冷卻后獲得鋅-鋁復(fù)合體，再利用不同金屬熔點(diǎn)差將鋅絲熔除，實(shí)現(xiàn)通孔鋁蜂窩的制備。

（1）鋅絲涂層的隔熱原理

涂覆層主要起到隔熱作用，阻止?jié)B流過(guò)程中鋁或鋁合金熔體的熱量過(guò)快傳遞給鋅絲而使鋅絲熔化；涂層采用石膏粉、滑石粉和石墨粉按1:（1.5~2）:（2~3）的質(zhì)量比混合，混合粉按照1:（1.5~1.8）的比例與淬火油攪拌均勻獲得；石膏粉（caso4﹒2h2o）、滑石粉（3mgo﹒4sio2﹒h2o）和石墨粉（c）導(dǎo)熱系數(shù)低且耐熱沖擊，具有良好的隔熱效果；同時(shí)它們的晶體為片層狀，當(dāng)對(duì)其施加剪切作用力時(shí)，很容易發(fā)生層間的相互滑動(dòng)，因此涂覆層有一定的潤(rùn)滑作用，有利于滲流進(jìn)行。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)建立了涂覆層厚度-滲流時(shí)間-預(yù)熱溫度之間的關(guān)系為：

（2）滲流壓力控制原理

本發(fā)明采用正氣壓進(jìn)行滲流，滲流過(guò)程中，外壓力必須大于滲流時(shí)的壓力損失、摩擦阻力、毛細(xì)孔阻力和氣體反壓力之和，才能使?jié)B流過(guò)程順利進(jìn)行。隨著滲流壓力的增加，鋁或鋁合金熔體的滲流速度加快，可減弱鋁或鋁合金熔體和不銹鋼板、冷卻裝置、鋅絲之間的熱交換強(qiáng)度，有效增加蜂窩鋁的壓滲高度；但滲流壓力過(guò)高會(huì)使鋅絲過(guò)度緊實(shí)甚至壓斷，導(dǎo)致蜂窩鋁孔結(jié)構(gòu)被破壞。滲流壓力控制在0.2~0.8mpa時(shí)滲流效果較好。

（3）鋅絲熔除原理

本發(fā)明采用熔點(diǎn)較低的鋅絲制備鋁蜂窩的反結(jié)構(gòu)、熔點(diǎn)或液相線溫度較高的鋁或鋁合金為滲流體，將鋅熔除溫度控制在高于鋅的熔點(diǎn)、低于鋁或鋁合金的熔點(diǎn)或液相線溫度的溫度區(qū)間，可使鋅絲熔化、鋁或鋁合金保持固態(tài)而將鋅絲熔除。本發(fā)明鋅絲的熔除溫度控制在450~480℃。

由于鋅熔體和鋁或鋁合金之間存在摩擦阻力和毛細(xì)孔阻力，重力條件下鋅熔體不能順利熔除，需要對(duì)鋅熔體施加外力。本發(fā)明采用壓縮空氣將壓力傳遞給鋅熔體，克服摩擦阻力和毛細(xì)孔阻力，同時(shí)涂覆層具有潤(rùn)滑作用可減小摩擦阻力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)采用0.2~0.5mpa的氣壓可以將鋅熔體分離去除。

（4）蜂窩鋁的孔結(jié)構(gòu)

蜂窩鋁的孔徑：

d=2(r+d)（2）

蜂窩鋁的孔隙率：

（3）

（2）、（3）式中：

d：為蜂窩鋁孔徑（1.4~5.0mm）；

k：為蜂窩鋁孔隙率（53.3%~62.6%）；

r：為鋅絲3半徑（0.5~2.0mm）；

d：為涂層厚度（0.2~0.5mm）；

l：為孔間距（0.3~0.6mm）。

本發(fā)明的有益效果

傳統(tǒng)滲流法制備蜂窩鋁時(shí)，采用泡沫塑料（如聚氨酯）或nacl為前驅(qū)體，通過(guò)加熱將泡沫塑料燃燒去除或?qū)acl水溶除去，容易造成環(huán)境污染；而本發(fā)明采用滲流-熔除方法制備通孔蜂窩鋁，首先用鋅絲預(yù)制蜂窩體反結(jié)構(gòu)，將鋁或鋁合金熔體快速滲入到反結(jié)構(gòu)中，冷卻后獲得鋅-鋁復(fù)合體，然后利用不同金屬的熔點(diǎn)差，將復(fù)合體中的鋅絲熔除后獲得蜂窩鋁。將前驅(qū)體鋅絲熔除，鋅可以回收利用降低了成本，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，還可通過(guò)改變鋅絲的直徑、涂層厚度和孔間距控制蜂窩鋁的孔結(jié)構(gòu)。該方法工藝簡(jiǎn)單，材料可循環(huán)利用，成本低，蜂窩孔結(jié)構(gòu)可控。

附圖說(shuō)明

圖1為制備鋁蜂窩的工藝流程圖；

圖2為鋼-鋅骨架結(jié)構(gòu)的平面圖；

圖3為鋼-鋅骨架結(jié)構(gòu)的立體圖；

圖4為滲流前驅(qū)體的立體圖；

圖5為滲流前驅(qū)體剖面圖。

圖中：1-螺桿；2-不銹鋼板；3-鋅絲；4-螺母；5-進(jìn)水口；6-滲流裝置；7-滲流口；8-冷卻裝置；9-出水口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

本發(fā)明具體實(shí)施例中的滲流裝置6為自制結(jié)構(gòu)，滲流裝置分為上下兩部分，上部為一個(gè)凹槽用于加壓滲流，下部分為一個(gè)密封空間，用于放置骨架結(jié)構(gòu)和冷卻鋁或鋁合金熔體；滲流裝置的外面設(shè)有冷卻裝置。上部凹槽部分用于裝鋁或鋁合金熔體，熔體從滲流口壓滲到鋅絲空隙；下部分的密封空間用于安裝骨架結(jié)構(gòu)，同時(shí)旁邊帶有冷卻裝置，冷卻水從進(jìn)水口流入冷卻裝置的中空部分再?gòu)某鏊诹鞒?，用于冷卻鋁或鋁合金熔體，如圖4、5所示。

實(shí)施例1

（1）鋁蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體制備

①將直徑1mm的鋅絲3表面涂上耐高溫的涂覆材料，涂層厚度0.2mm，涂覆后的鋅絲3放入干燥箱干燥，干燥溫度80℃，干燥時(shí)間1h；所述耐高溫的涂覆材料由以下原料制備得到：石膏粉、滑石粉、石墨粉按質(zhì)量比為1:1.5:2的比例混合得到混合粉末，然后再將混合粉與淬火油按質(zhì)量比為1:1.5的比例混合均勻得到。

②將兩塊平行的不銹鋼板2用螺桿1、螺母4裝配好，板間距50mm，不銹鋼板2為孔徑1.5mm、孔間距0.3mm的多孔板。

③將涂覆后的鋅絲3依次穿過(guò)上下不銹鋼板2上的孔，穿過(guò)所有孔后將鋅絲3兩端拉緊固定獲得鋼-鋅的骨架結(jié)構(gòu)（如圖2、3所示）。

④通過(guò)調(diào)整螺母4移動(dòng)上下不銹鋼板2，使鋅絲3產(chǎn)生拉伸緊固，將骨架結(jié)構(gòu)安裝到滲流裝置6內(nèi)部，獲得具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體；所述滲流裝置6的外面設(shè)有冷卻裝置8（如圖4、5所示）。

（2）鋁熔化保溫

將1070a工業(yè)純鋁加熱到高于其熔點(diǎn)（660℃）溫度50℃的溫度710℃熔化、保溫20min，去除熔體表面浮渣備用。

（3）蜂窩鋁的滲流-熔除制備

①蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體的預(yù)熱

將步驟（1）中獲得的具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體加熱到310℃預(yù)熱并保溫10min；

②加壓滲流

在氣壓作用下，將步驟（2）中獲得的1070a工業(yè)純鋁熔體從滲流口7壓滲到鋅絲3空隙中，滲流壓力0.8mpa，滲流時(shí)間1.26s，滲流完成后迅速向進(jìn)水口5通入冷卻水，進(jìn)水速度80cm³/s，冷卻水從出水口9流出。

③鋅絲熔除

拆除滲流裝置6和冷卻裝置8獲得鋅-鋁復(fù)合體，將鋅-鋁復(fù)合體加熱到450℃保溫30min，使鋅絲3全部熔化，向鋅-鋁復(fù)合體通入壓力為0.5mpa的壓縮空氣，將鋅熔體完全吹除得到孔徑1.4mm、孔隙率53.3%的1070a工業(yè)純鋁蜂窩。

實(shí)施例2

（1）鋁蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體制備

①將直徑2mm的鋅絲3表面涂上耐高溫的涂覆材料，涂層厚度0.3mm，涂覆后的鋅絲3放入干燥箱干燥，干燥溫度95℃，干燥時(shí)間2h；所述耐高溫的涂覆材料由以下原料制備得到：石膏粉、滑石粉、石墨粉按質(zhì)量比為1:2:3的比例混合得到混合粉末，然后再將混合粉與淬火油按質(zhì)量比為1:1.7的比例混合均勻得到。

②將兩塊平行的不銹鋼板2用螺桿1、螺母4裝配好，板間距60mm，不銹鋼板2為孔徑2.7mm、孔間距0.4mm的多孔板。

③將涂覆后的鋅絲3依次穿過(guò)上下不銹鋼板2上的孔，穿過(guò)所有孔后將鋅絲3兩端拉緊固定獲得鋼-鋅的骨架結(jié)構(gòu)（如圖2、3所示）。

④通過(guò)調(diào)整螺母4移動(dòng)上下不銹鋼板2，使鋅絲3產(chǎn)生拉伸緊固，將骨架結(jié)構(gòu)安裝到滲流裝置6內(nèi)部，獲得具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體；所述滲流裝置6的外面設(shè)有冷卻裝置8（如圖4、5所示）。

（2）鋁合金熔化保溫：將zl102鋁合金加熱到高于其液相線（582℃）溫度60℃的溫度642℃熔化、保溫25min，去除熔體表面浮渣備用。

（3）蜂窩鋁的滲流-熔除制備

①蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體的預(yù)熱：將步驟（1）中獲得的具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體加熱到325℃預(yù)熱并保溫15min。

②加壓滲流：在氣壓作用下，將步驟（2）中獲得的zl102鋁合金熔體從滲流口7壓滲到鋅絲3空隙中，滲流壓力0.6mpa，滲流時(shí)間2.40s，滲流完成后迅速向進(jìn)水口5通入冷卻水，進(jìn)水速度85cm³/s，冷卻水從出水口9流出。

③鋅絲熔除：拆除滲流裝置6和冷卻裝置8獲得鋅-鋁復(fù)合體，將鋅-鋁復(fù)合體加熱到460℃保溫35min，使鋅絲3全部熔化，向鋅-鋁復(fù)合體通入壓力為0.4mpa的壓縮空氣，將鋅熔體完全吹除得到孔徑2.6mm、孔隙率59.0%的zl102鋁合金蜂窩。

實(shí)施例3

（1）鋁蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體制備

①將直徑3mm的鋅絲3表面涂上耐高溫的涂覆材料，涂層厚度0.4mm，涂覆后的鋅絲3放入干燥箱干燥，干燥溫度105℃，干燥時(shí)間2.5h；所述耐高溫的涂覆材料由以下原料制備得到：石膏粉、滑石粉、石墨粉按質(zhì)量比為1:1.7:2.5的比例混合得到混合粉末，然后再將混合粉與淬火油按質(zhì)量比為1:1.8的比例混合均勻得到。

②將兩塊平行的不銹鋼板2用螺桿1、螺母4裝配好，板間距80mm，不銹鋼板2為孔徑3.9mm、孔間距0.5mm的多孔板。

③將涂覆后的鋅絲3依次穿過(guò)上下不銹鋼板2上的孔，穿過(guò)所有孔后將鋅絲3兩端拉緊固定獲得鋼-鋅的骨架結(jié)構(gòu)（如圖2、3所示）。

④通過(guò)調(diào)整螺母4移動(dòng)上下不銹鋼板2，使鋅絲3產(chǎn)生拉伸緊固，將骨架結(jié)構(gòu)安裝到滲流裝置6內(nèi)部，獲得具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體；所述滲流裝置6的外面設(shè)有冷卻裝置8（如圖4、5所示）。

（2）鋁合金熔化保溫：將zl301鋁合金加熱到高于其液相線（613℃）溫度70℃的溫度683℃熔化、保溫30min，去除熔體表面浮渣備用。

（3）蜂窩鋁的滲流-熔除制備

①蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體的預(yù)熱：將步驟（1）中獲得的具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體加熱到340℃預(yù)熱并保溫20min。

②加壓滲流：在氣壓作用下，將步驟（2）中獲得的zl301鋁合金熔體從滲流口7壓滲到鋅絲3空隙中，滲流壓力0.4mpa，滲流時(shí)間7.39s，滲流完成后迅速向進(jìn)水口5通入冷卻水，進(jìn)水速度90cm³/s，冷卻水從出水口9流出。

③鋅絲熔除：拆除滲流裝置6和冷卻裝置8獲得鋅-鋁復(fù)合體，將鋅-鋁復(fù)合體加熱到470℃保溫40min，使鋅絲3全部熔化，向鋅-鋁復(fù)合體通入壓力為0.3mpa的壓縮空氣，將鋅熔體完全吹除得到孔徑3.8mm、孔隙率61.3%的zl301鋁合金蜂窩。

實(shí)施例4

（1）鋁蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體制備

①將直徑4mm的鋅絲3表面涂上耐高溫的涂覆材料，涂層厚度0.5mm，涂覆后的鋅絲3放入干燥箱干燥，干燥溫度120℃，干燥時(shí)間3h；所述耐高溫的涂覆材料由以下原料制備得到：石膏粉、滑石粉、石墨粉按質(zhì)量比為1:1.8:3的比例混合得到混合粉末，然后再將混合粉與淬火油按質(zhì)量比為1:1.6的比例混合均勻得到。

②將兩塊平行的不銹鋼板2用螺桿1、螺母4裝配好，板間距100mm，不銹鋼板2為孔徑5.1mm、孔間距0.6mm的多孔板。

③將涂覆后的鋅絲3依次穿過(guò)上下不銹鋼板2上的孔，穿過(guò)所有孔后將鋅絲3兩端拉緊固定獲得鋼-鋅的骨架結(jié)構(gòu)（如圖2、3所示）。

④通過(guò)調(diào)整螺母4移動(dòng)上下不銹鋼板2，使鋅絲3產(chǎn)生拉伸緊固，將骨架結(jié)構(gòu)安裝到滲流裝置6內(nèi)部，獲得具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體；所述滲流裝置6的外面設(shè)有冷卻裝置8（如圖4、5所示）。

（2）鋁合金熔化保溫：將zl101鋁合金加熱到高于其液相線（616℃）溫度80℃的溫度696℃熔化、保溫35min，去除熔體表面浮渣備用。

（3）蜂窩鋁的滲流-熔除制備

①蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體的預(yù)熱：將步驟（1）中獲得的具有蜂窩反結(jié)構(gòu)的滲流前驅(qū)體加熱到360℃預(yù)熱并保溫25min。

②加壓滲流：在氣壓作用下，將步驟（2）中獲得的zl101鋁合金熔體從滲流口7壓滲到鋅絲3空隙中，滲流壓力0.2mpa，滲流時(shí)間21.26s，滲流完成后迅速向進(jìn)水口5通入冷卻水，進(jìn)水速度100cm³/s，冷卻水從出水口9流出。

③鋅絲熔除：拆除滲流裝置6和冷卻裝置8獲得鋅-鋁復(fù)合體，將鋅-鋁復(fù)合體加熱到480℃保溫50min，使鋅絲3全部熔化，向鋅-鋁復(fù)合體通入壓力為0.2mpa的壓縮空氣，將鋅熔體完全吹除得到孔徑5mm、孔隙率62.6%的zl101鋁合金蜂窩。