稀土氟化镧对多孔铝的性能影响研究

（来源：期刊-《粉末冶金工业 》-第30卷第1期）

狄玉丽 ， 李  霞 ， 肖  文

（西昌学院理学院，四川 西昌 615013）

摘  要：采用添加造孔剂的方法制备多孔铝试样。研究烧结温度和稀土氟化镧含量对多孔铝材料的性能影响。结果表明，烧结温度为600 ℃时多孔铝材料的烧结性能最佳；稀土氟化镧的适量加入可以提高多孔铝的力学性能；稀土氟化镧添加量为0.5%时，多孔铝材料的抗压强度和弹性模量最佳，分别为52.4 MPa 和1.56 GPa 。 关键词：稀土；多孔铝；力学性能；氟化镧

文献标志码：A          文章编号：1006-6543（2020）01-0018-05

摘  要：采用添加造孔剂的方法制备多孔铝试样。研究烧结温度和稀土氟化镧含量对多孔铝材料的性能影响。结果表明，烧结温度为600 ℃时多孔铝材料的烧结性能最佳；稀土氟化镧的适量加入可以提高多孔铝的力学性能；稀土氟化镧添加量为0.5%时，多孔铝材料的抗压强度和弹性模量最佳，分别为52.4 MPa 和1.56 GPa 。 关键词：稀土；多孔铝；力学性能；氟化镧

文献标志码：A          文章编号：1006-6543（2020）01-0018-05

1.1    试样制备

实验原料为铝粉，造孔剂为碳酸氢铵，添加不同含量的氟化镧，原料配比如表 1 。按照表 1 称取铝粉和造孔剂，物理混合均匀后放入模具中，于 YP- 30T 型自动粉末压片机压制成坯，成形压力600 MPa， 保压时间5 min，分别压制3种尺寸的坯体，ϕ 20 mm× 20 mm、ϕ 20 mm×12 mm 和 ϕ 5 mm×3 mm，按尺寸由大到小，分别进行力学性能检测，孔隙率、开孔率检测和 SEM 表面形貌检测。制备多孔铝坯样，在电阻炉中 120 ℃下预烧结 1～2 h 去除造孔剂，再将坯样置于 SGM.M18/17G 西格马高真空箱式气氛炉内烧结，升温速率5 ℃/min，真空度大于8.8 × 10－2  Pa；烧结温度分别为 500 ℃、550 ℃、600 ℃、625 ℃ , 保温时间60 min，保温完成后随炉冷却，制得多孔铝材料。

1.2    试样性能检测

采用X 射线衍射仪进行物相分析；采用万能实验机测试材料力学性能，计算出抗压强度及弹性模量；采用扫描电镜检测试样表面形貌；采用体积密度测试仪测定孔隙参数，计算孔隙度

2    结果与分析

2.1    原料粒度分析

图 1 为铝粉和氟化镧的粒度分布图。由图 1（a）可知，铝粉的粒度为 50～100μm 。如图 1（b）所示，稀土氟化镧的粒度为0.5～2μm，粒度小于铝粉，因此氟化镧能够进入基体的间隙中。该粒度范围的氟化镧添加在基体粉末中，能够探究稀土进入基体后对基体性能的影响.

2.2   烧结温度对多孔铝孔隙及性能的影响

图 2 为不同烧结温度下多孔铝材料的孔隙率和开孔率，图 3 为不同烧结温度下多孔铝材料的力学性能。 由图可知，随着温度的升高，多孔铝的烧结情况变好，但在 625 ℃时发现多孔铝试样成形性下 降，有熔融铝溢出试样表面形成铝球（如图 4 所示）。 随着烧结温度的升高，多孔铝的力学性能先增大后减小，烧结温度为600 ℃时力学性能最佳，抗压强度和弹性模量分别为 46.9 MPa 和 1.24 GPa， 600 ℃时多孔铝材料的孔隙率最高，说明在 600 ℃ 时多孔铝的冶金烧结性能最好，因此，选择600 ℃为后续实验的烧结温度。

2.3    氟化镧含量对多孔铝孔隙的影响

图 5 为不同氟化镧含量对试样孔隙率、开孔率的影响。如图 5 所示，600 ℃时，随着氟化镧含量的增加，多孔铝试样的孔隙率为 57.7%～59.6%，开孔率为45.8%～54% 。当氟化镧含量为 0.2%时，试样的孔隙率最大，为59.6%；随着稀土含量的增加，孔隙率减小 。数据表明，稀土含量对多孔铝孔隙率的影响较小，对开孔率影响较大，氟化镧为 0.5%时， 试样的开孔率为 54% ，较 0.2%氟化镧试样的开孔率提高约 8% ，较 1%氟化镧试样的开孔率提高约 4%左右。

2.4    氟化镧含量对多孔铝力学性能的影响

图6 为不同氟化镧含量的多孔铝材料的力学性能。 由图6 可知，烧结温度为600 ℃时，随着氟化镧含量的增大，多孔铝的力学性能先提高后降低。氟化镧含量为0.5%时抗压强度和弹性模量最大，分别为 52.4 MPa 和 1.56 GPa，此时多孔铝的烧结性能及力学性能最佳。因此，多孔铝材料中加入适量的稀土氟化镧可提高材料的力学性能。

2.4    氟化镧含量对多孔铝力学性能的影响

图6 为不同氟化镧含量的多孔铝材料的力学性能。 由图6 可知，烧结温度为600 ℃时，随着氟化镧含量的增大，多孔铝的力学性能先提高后降低。氟化镧含量为0.5%时抗压强度和弹性模量最大，分别为 52.4 MPa 和 1.56 GPa，此时多孔铝的烧结性能及力学性能最佳。因此，多孔铝材料中加入适量的稀土氟化镧可提高材料的力学性能。

2.6    多孔铝试样的X 射线衍射分析

图 8 为600 ℃烧结多孔铝的 XRD 图谱 。氟化镧含量为0 及0.05%时，X 射线衍射峰均为Al 相；氟化镧含量为0.5%和2.0%时，X 射线衍射峰的位置及宽度均无明显变化，试样的主相仍为Al 相。随着氟化镧含量的增加，试样中检测到少量的Al2La，可能是因为多孔铝在烧结后缓慢冷却形成Al2La 。在X 射线衍射图像中未发现造孔剂，表明造孔剂在烧结过程中已被除尽；未发现Al2O3，表明真空度达到烧结要求，多孔铝在烧结过程中未发生氧化反应，制得的多孔铝试样合格。

3    结 论

（1）将原料比为7:3 的铝粉与造孔剂碳酸氢铵混合后压制成坯进行烧结，可制得孔隙率 60%左右的多孔铝材料。

（2）添加适量的稀土氟化镧可以提高多孔铝材料的力学性能，添加量为 0.5%时效果最佳，抗压强度和弹性模量分别为52.4 MPa 和1.56 GPa。

（3）添加适量的稀土氟化镧可以提高多孔铝的孔隙率和开孔率，孔隙率提高约 1.2%，开孔率提高约8%。

（4）随着烧结温度的提高多孔铝的烧结情况得到改善，力学性能提升，但温度过高时，材料出现过熔现象 。在 600 ℃时，试样的烧结性能及力学性能最佳，抗压强度达到 46.9 MPa，弹性模量达到1.24 GPa。

参考文献：

[  1 ]    马冬辉 . 粉末冶金法泡沫铝泡体连续性机理研究[D].沈阳：沈 阳工业大学，2017.

[ 2 ]    Garcíamoreno  F.Commercial  Applications   of  Metal  Foams： Their Properties and Production[J].Materials，2016，9（2）：85.

[ 3 ]    Bahraminasab M，Sahari B B，Edwards K L，et al. Multi-objec- tive design optimization of functionally gradedmaterial for the femoral component of a total knee replacement[J]. Materials & Design，2014，53（1）：159.

[ 4 ]    Manufacture B J.  Characterization  and  application  of cellular  metals  and  metal   foams[J].  Progress   in  Materials   Science， 2001，46（6）：553.

[ 5 ]    王展光，杜晟连 . 固相颗粒粉末冶金泡沫铝的性能研究[J].粉 末冶金工业，2014，24（2）：33.

[ 6 ]    凤仪，郑海务，朱震刚，等 . 闭孔泡沫铝的电磁屏蔽性能[J].中 国有色金属学报，2004，14（1）：33．

[ 7 ]    Banhart J.Aluminium foams for lighter vehicles[J].International journal of vehicle design，2005，37（2-3）：114．

[  8 ]    Schwingel  D，Seeliger  H，Vechionacci   C，et  al.Aluminium foam sandwich structures for space applications[J].Acta astro- nautica，2007，61（1-6）：326．

[ 9 ]    Banhart J.A design guide metal foams and porous metal struc- ture[J].Case Studies，2000，30（5）：217.

[ 10 ]    陈祥，李言祥 . 金属泡沫材料研究进展[J].材料导报，2003 （5）：5.

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