.794 北京科技大学学报 第35卷 途径 式中，M为试样质量，V为试样体积，Ps为L2纯 笔者在前期研究工作的基础上⑨，优化了累 铝的密度 积叠轧焊工艺，系统研究了发泡参数与发泡剂含 利用光学金相显微镜观察泡沫铝及其三明治 量对孔隙结构的影响规律.在此基础上，通过轧制 板孔隙形貌，三明治板的界面形貌.通过图像处 复合制备了TC4钛合金面板/泡沫铝芯三明治板和 理软件，测量孔径的尺寸.利用扫描电镜观察泡沫 1Cr18Ni9Ti不锈钢面板/泡沫铝芯三明治板 铝三明治板面板与芯板间的结合界面.通过能谱分 析，研究界面附近的元素分布 1实验材料与方法 表面处理； 选用工业纯铝工2作为泡沫铝的基体，氢化钛 粉末作为发泡剂，氢化钛粉未颗粒的表面形貌如图 1所示，粒度约46um,相组成为TiH2. 撤粉堆叠 叠合轧制： 表面处理，叠合 裁诚 表面处理，叠合 0 Mag=1.00KX WD=20mm EHT=20.00kV Signal A=SEI 轧制复合： 图1TH2颗粒的形貌 Fig.1 Morphology of titanium hydride particles 发泡处理： 应用累积叠轧法制备泡沫铝及其三明治板的 图2泡沫铝及其三明治板累积叠轧制备工艺 实验过程如图2所示.首先将L2纯铝进行表面 Fig.2 Preparation process of aluminum foams and their 处理，祛除表面的油脂与氧化膜，试样的尺寸为 sandwich by accumulative roll-bonding and roll cladding 300mm×50mm×1mm,然后将质量分数分别为 2实验结果与分析 0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的氢化钛粉末均匀铺撒在 四层铝板之间，并将四层铝板叠合并固定在一起， 2.1泡沫铝孔隙结构与形貌 在350℃条件下进行轧制，压下量为50%，轧制后将 叠轧2道次，发泡10min时，泡沫铝孔隙率、 试样从中间剪断，重复上面的过程，共进行2道次 孔径与发泡温度的关系如图3和图4所示.研究显 的叠轧实验，即可获得泡沫铝预制坯.在泡沫铝预 示：随着发泡温度的升高，孔隙率和孔径均呈上抛 制坯两侧叠合两块厚度为0.8mm的TC4钛合金面 物线变化趋势，孔隙率在670℃时达到极大值，而 板或1Cr18Ni9Ti不锈钢面板，在450℃条件下进行 孔径则在660℃时达到极大值；且随着TH2含量 轧制复合，压下量为30%，获得三明治板.将泡沫铝 增加，孔隙率提高，孔径也增大，当TH2质量分数 预制坯或三明治板置入空气电阻炉中，进行发泡处 为1.5%，670℃时孔隙率最大值为38%，660℃时 理.电阻炉炉温即为发泡温度，分别为650、660、670 孔径最大值为0.43mm. 和680℃.保温时间即为发泡时间，不同的发泡温 叠轧2道次，发泡10min时，不同发泡温度泡 度对应的发泡时间取值范围不同.实验结束后采用 沫铝孔隙形貌如图5所示.研究显示：温度较低时， 空冷的方式冷却至室温 泡沫铝孔隙尺寸较大，分布不均匀，如图5(a)和图 采用称重法测量泡沫铝的孔隙率10，其结果 5(b):随着温度的升高，孔隙尺寸降低，且均匀性提 可以用以下公式计算： 高，如图5(c)和图5(d).在此实验条件下，若以孔 M 隙率与均匀性作为泡沫铝的评价标准，最佳的发泡 0=1- (1) 温度为670℃· 794 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 途径. 笔者在前期研究工作的基础上 [9]，优化了累 积叠轧焊工艺，系统研究了发泡参数与发泡剂含 量对孔隙结构的影响规律. 在此基础上，通过轧制 复合制备了 TC4 钛合金面板/泡沫铝芯三明治板和 1Cr18Ni9Ti 不锈钢面板/泡沫铝芯三明治板. 1 实验材料与方法 选用工业纯铝 L2 作为泡沫铝的基体，氢化钛 粉末作为发泡剂，氢化钛粉末颗粒的表面形貌如图 1 所示，粒度约 46µm，相组成为 TiH2. 图 1 TiH2 颗粒的形貌 Fig.1 Morphology of titanium hydride particles 应用累积叠轧法制备泡沫铝及其三明治板的 实验过程如图 2 所示. 首先将 L2 纯铝进行表面 处理，祛除表面的油脂与氧化膜，试样的尺寸为 300 mm×50 mm×1 mm，然后将质量分数分别为 0.5%、1.0%、1.5%和 2.0%的氢化钛粉末均匀铺撒在 四层铝板之间，并将四层铝板叠合并固定在一起， 在 350 ℃条件下进行轧制，压下量为 50%，轧制后将 试样从中间剪断，重复上面的过程，共进行 2 道次 的叠轧实验，即可获得泡沫铝预制坯. 在泡沫铝预 制坯两侧叠合两块厚度为 0.8 mm 的 TC4 钛合金面 板或 1Cr18Ni9Ti 不锈钢面板，在 450 ℃条件下进行 轧制复合，压下量为 30%，获得三明治板. 将泡沫铝 预制坯或三明治板置入空气电阻炉中，进行发泡处 理. 电阻炉炉温即为发泡温度，分别为 650、660、670 和 680 ℃. 保温时间即为发泡时间，不同的发泡温 度对应的发泡时间取值范围不同. 实验结束后采用 空冷的方式冷却至室温. 采用称重法测量泡沫铝的孔隙率 [10]，其结果 可以用以下公式计算： θ = 1 − M V ρs . (1) 式中，M 为试样质量，V 为试样体积，ρs 为 L2 纯 铝的密度. 利用光学金相显微镜观察泡沫铝及其三明治 板孔隙形貌，三明治板的界面形貌. 通过图像处 理软件，测量孔径的尺寸. 利用扫描电镜观察泡沫 铝三明治板面板与芯板间的结合界面. 通过能谱分 析，研究界面附近的元素分布. 图 2 泡沫铝及其三明治板累积叠轧制备工艺 Fig.2 Preparation process of aluminum foams and their sandwich by accumulative roll-bonding and roll cladding 2 实验结果与分析 2.1 泡沫铝孔隙结构与形貌 叠轧 2 道次，发泡 10 min 时，泡沫铝孔隙率、 孔径与发泡温度的关系如图 3 和图 4 所示. 研究显 示：随着发泡温度的升高，孔隙率和孔径均呈上抛 物线变化趋势，孔隙率在 670 ℃时达到极大值，而 孔径则在 660 ℃时达到极大值；且随着 TiH2 含量 增加，孔隙率提高，孔径也增大，当 TiH2 质量分数 为 1.5%，670 ℃时孔隙率最大值为 38%，660 ℃时 孔径最大值为 0.43 mm. 叠轧 2 道次，发泡 10 min 时，不同发泡温度泡 沫铝孔隙形貌如图 5 所示. 研究显示：温度较低时， 泡沫铝孔隙尺寸较大，分布不均匀，如图 5(a) 和图 5(b)；随着温度的升高，孔隙尺寸降低，且均匀性提 高，如图 5(c) 和图 5(d). 在此实验条件下，若以孔 隙率与均匀性作为泡沫铝的评价标准，最佳的发泡 温度为 670 ℃