本申請涉及一種泡沫鋁，特別涉及一種纖維增強開孔泡沫鋁及其制備方法。
背景技術：
低溫條件下，碳纖維和鋁的潤濕性很差，界面連接強度較低，嚴重影響復合材料性能；高溫條件下，碳纖維和液態鋁發生劇烈反應生成脆性化合物al4c3使碳纖維結構和性能受損，使復合材料的性能下降；碳和鋁的熱膨脹系數相差很大，在成形和冷卻過程中連接界面處容易產生應力集中和分離現象。目前，纖維表面涂層技術可以增強纖維和基體的潤濕性提高界面連接強度，減少界面反應和應力集中現象，從而制備出性能優異的復合材料。
然而，液態鑄造過程中出現的基體晶粒粗大、成分偏析、致密度低、纖維分布不均勻等缺陷，也會導致復合材料的性能下降；同時，涂層技術對復合材料界面反應和力學性能的影響依然存在著很大爭議。采用粉末冶金熱等靜壓(hip)技術制備纖維增強泡沫鋁材料，其晶粒細小，無宏觀偏析，完全致密，在固態下纖維與鋁粉末結合潤濕角小于90°，可以解決纖維與鋁粉末潤濕性差的問題，還能制備出形狀復雜、采用常規方法難以加工的結構件。另外，鋁粉末在hip高溫高壓過程中始終處于固態，可以減少界面反應以及對碳纖維性能的損害，使得粉末和纖維的界面連接較好，形成性能優異的復合材料。因此，本發明專利采用粉末冶金法制備纖維增強開孔泡沫鋁材料。
技術實現要素：
本申請的目的是提供了一種纖維增強開孔泡沫鋁及其制備方法，以解決現有技術中泡沫鋁自身力學性能較差，或吸聲、吸能差等任一問題。
本申請的技術方案是：一種纖維增強開孔泡沫鋁的制備方法，包括：步驟一：制備鋁合金粉末，所述鋁合金粉末的名義成分為[al-3.8cu-1.5mg(wt％)]；步驟二：篩分所述鋁合金粉末，獲得-100目～+250目規格的粉末用于制備泡沫鋁材料，添加量為25±3wt％；篩分鹽顆粒，獲得平均直徑在0.7mm～1mm的鹽顆粒，添加量為75±3wt％；步驟三：通過剪切獲得0.5mm、1mm、3mm的碳纖維，所述碳纖維的添加量分別為0.25vol％、0.5vol％、0.75vol％，之后將碳纖維在分散劑中浸泡并攪拌，在施加攪拌的同時先后加入鋁合金粉末和鹽顆粒；步驟四：待分散劑揮發后取出混合物置于60±2℃環境下6h；步驟五：將烘干后的混合物通過混合機混合2.5h，之后將混合物裝入鋁包套中并抽真空，真空度在5×10-3pa以下，然后進行熱等壓處理；步驟六：取出熱等壓后的混合物進行超聲波清洗，得到孔隙率在65％～75％、孔徑范圍與鹽顆粒粒徑范圍相同的碳纖維增強泡沫鋁。
在本申請的步驟一中，制備鋁合金粉末采用的是工業純鋁。
在本申請的步驟三中，分散劑為酒精，酒精量為300ml～400ml。
在本申請的步驟三中，攪拌過程的攪拌速度為400r/min，時間為20min。
在本申請的步驟五中，熱等壓處理的工藝參數為溫度480℃，壓力為120mpa，保溫保壓時間3h。
在本申請的步驟六中，超聲波清洗過程為：將真空熱壓坯置于室溫流水中去除鹽顆粒，容除時間2h～8h。
本申請還提供了一種纖維增強泡沫鋁，通過如上任一所述的制備方法獲得。
本申請的纖維增強開孔泡沫鋁及其制備方法通過向泡沫鋁中添加纖維，改善了泡沫鋁自身力學性能較差，提高了泡沫鋁的材料力學性能。
附圖說明
為了更清楚地說明本申請提供的技術方案，下面將對附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本申請的一些實施例。
圖1為混合鋁粉表面形貌。
圖2為鋁粉與鹽顆粒混合表面形貌。
圖3為碳纖維增強開孔泡沫鋁形貌。
具體實施方式
為使本申請實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。
本申請的目的是通過在開孔泡沫鋁中添加纖維，以增強開孔泡沫鋁的力學特性。
本申請的纖維增強開孔泡沫鋁的制備方法包括如下步驟：
步驟一、制備粉末：采用zw-40型超音速氣體霧化爐制備2009鋁合金粉末，其名義成分為al-3.8cu-1.5mg(質量百分數)。
其中，制備鋁合金粉末所采用的材料為工業純鋁。
步驟二、篩分粉末：利用jxsz-1l型超聲波振動篩分機對2009鋁合金粉末進行篩分，獲取-100目～+250目規格的粉末用來制備開孔泡沫鋁材料，其添加量為25wt％。對鹽顆粒進行手工篩分，篩選出平均直徑約為0.7mm～1mm的鹽顆粒，其添加量為60～75wt％。
在此步驟中，鋁粉末添加量為25wt％和鹽顆粒添加量為75wt％是基于對不添加纖維的泡沫鋁進行準靜態壓縮試驗，選取的孔隙率范圍60％～78％，實驗結果表明：在此范圍內隨著相對密度的增大，泡沫鋁的屈服強度與流動應力也相應增加，但壓縮至致密段的最大應變量減小，同時具有高密度的開孔泡沫鋁在塑性屈服平臺區表現出一定的應變硬化，且相對密度越高，硬化現象越明顯，而低密度的泡沫鋁材料壓縮曲線在開始進入屈服時出現應力峰值，其后曲線較為平坦，考慮到泡沫鋁吸能的功能特性，故選取基體孔隙率為75％添加纖維。
此外，篩選出平均直徑約為0.7mm～1mm的鹽顆粒是基于對不添加纖維的泡沫鋁材料進行駐波管吸聲特性試驗結果，試驗選取的泡沫鋁材料孔徑范圍是0.7mm～2.5mm，試驗結果表明：孔徑1.0mm比2.5mm在頻率2000hz～6400hz之間的吸聲性能高，而低頻吸聲性能變化不是很大，因此選取基體材料孔徑范圍是0.7mm～1.0mm。
步驟三、添加纖維：通過手工剪切得到0.5mm、1mm、3mm碳纖維，碳纖維添加量為0.25vol.％、0.5vol.％、0.75vol.％。在施加攪拌的情況下先后加入鋁合金粉末和鹽顆粒。
此步驟中添加碳纖維過程中，采用工業酒精為分散劑，將稱量好的碳纖維浸泡于300ml～400ml酒精中，通過攪拌方式分散纖維，攪拌速度為400r/min，時間為20min，在施加攪拌的情況下先后加入鋁合金粉末和鹽顆粒。
步驟四、烘干：待酒精揮發后，取出混合物置于60±2℃環境下通過烘干機烘干6h。
步驟五、混合熱壓：將烘干后的混合物利用v型混合機混合2.5h。將混合物裝入鋁包套中，采用真空泵進行抽真空脫氣，真空度控制到5×10-3pa以下。采用rd-450型熱等靜壓機進行熱等靜壓處理。
其中，熱壓處理的工藝參數為：溫度480℃，壓力為120mpa，保溫保壓時間為3h。
步驟六：超聲波清洗：從靜壓機的模具中取出靜壓處理后的熱壓壞，進行超聲波清洗，去除鹽顆粒(氯化鈉)，最終可制備出纖維增強開孔泡沫鋁。
在去除鹽顆粒過程中采用水溶除鹽顆粒的方法，具體工藝過程為：將真空熱壓坯置于室溫流水中溶除鹽顆粒，溶除時間為2～8小時。
需要說明的是，上述參數中，有些未標示范圍/公差的參數是由使用設備直接設定，因此參數的公差/誤差由設備本身精度決定。例如，步驟四中的混合物放置時間6h是在烘干機中設定的，由于烘干機而導致的誤差時間不在本申請的考慮范圍之內。
為了驗證本申請的制備方法及通過本申請的制備方法獲得的開孔泡沫鋁的性能，對本申請的制備方法下獲得的纖維增強開孔泡沫鋁進行了相關試驗，制備過程所采用的碳纖維和鋁合金粉末性能參數如表1所示。
表1t300碳纖維和鋁粉的性能參數
本實施例中的纖維增強開孔開孔泡沫鋁材料，其碳纖維含量分別為0％、0.25％、0.5％時，材料的屈服強度關系是碳纖維含量0.5％>碳纖維含量0.25％>碳纖維含量0％，添加纖維后材料屈服強度提高顯著，且最大屈服強度可達12.23mpa。通過對比開孔泡沫鋁材料，在開孔泡沫鋁中添加碳纖維可有效提高開孔泡沫鋁的力學性能，相同孔徑、孔隙率的開孔泡沫鋁基體材料，添加5％的碳纖維的開孔泡沫鋁應力可提高2.76倍，塑性屈服對比不加纖維提高了約50％。在孔隙率69.4％和孔徑0.76mm條件下，添加纖維后頻率在0～6400(hz)的平均吸聲系數為0.76，吸聲優于純開孔泡沫鋁材料。
上述實驗結果表明，在開孔泡沫鋁中添加纖維不僅能增強泡沫鋁的壓縮力學特性，同時提高其吸能和吸聲特性，具有較好的應用價值。
本申請克服了纖維與鋁界面潤濕性差的問題，成功制備了纖維增強開孔泡沫鋁材料；纖維增強開孔泡沫鋁材料極大地提升了基體開孔泡沫鋁材料的壓縮力學、吸聲、吸能特性，具有廣泛的應用價值。
以上所述，僅為本申請的具體實施方式，但本申請的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本申請揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本申請的保護范圍之內。因此，本申請的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。