氫化鈦預(yù)處理方式對(duì)泡沫鋁生產(chǎn)的影響

李昊 張慶福 李帥 周云鵬

（1.格萊克斯新材料（營(yíng)口）有限公司 遼寧營(yíng)口 115000 2.遼寧融達(dá)新材料科技有限公司 遼寧營(yíng)口 115000）

泡沫鋁金屬有這特殊的孔結(jié)構(gòu)，使其具有阻尼、降噪、散熱等性能，擁有著廣泛的應(yīng)用前景。從研究技術(shù)上制備看大孔徑、低密度、高孔隙率、高強(qiáng)度的泡沫鋁金屬是目前生產(chǎn)技術(shù)上需要突破的重點(diǎn)。從其生產(chǎn)工藝來(lái)看對(duì)于選擇合適的發(fā)泡劑，能夠有效控制發(fā)泡過(guò)程顯得至關(guān)重要，目前工業(yè)上較多使用氫化鈦?zhàn)鳛槿垠w發(fā)泡法制備泡沫鋁的發(fā)泡劑，然而氫化鈦性質(zhì)活潑，可控性差成為泡沫鋁生產(chǎn)中極為不穩(wěn)定的因素。本文使用氫化鈦?zhàn)鳛榘l(fā)泡劑，通過(guò)不同的預(yù)處理方式，鈍化其活性，并將其用于溶體發(fā)泡法的生產(chǎn)工藝中，根據(jù)制備的泡沫鋁性能得到最佳的預(yù)處理方式。

1 實(shí)驗(yàn)部分

（1）氫化鈦的預(yù)處理。將氫化鈦（寶雞泉興鈦業(yè)有限公司）分別在常溫以及不同的溫度下暴露，通過(guò)空氣中的氧氣將其不斷氧化來(lái)進(jìn)行預(yù)處理。

（2）釋氫量的測(cè)定：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，首先打開(kāi)管式爐開(kāi)關(guān)，將管式爐加熱至600℃并保持恒溫，然后檢驗(yàn)裝置的氣密性，用天平稱量氫化鈦0.2g放入試管中，將試管與集氣裝置連接，并放入管式爐中加熱，收集產(chǎn)生的氫氣。

圖1 氫化鈦釋氫裝置

（3）金相分析在MR5000倒置金相顯微鏡（南京永新光學(xué)有限公司）下進(jìn)行，將待檢測(cè)的氫化鈦粉末均勻涂抹在涂有肥皂水的載玻片上，室溫干燥后分別用200X和500X目鏡觀察。

（4）泡沫鋁的制備：實(shí)驗(yàn)選用氫化鈦?zhàn)鳛榘l(fā)泡劑，采用高速短時(shí)間強(qiáng)烈攪拌的方法將氫化鈦均勻地分散在鋁合金熔體中，攪拌速度為700～800rpm，時(shí)間為5min，發(fā)泡劑的加入量一般為鋁合金熔體質(zhì)量的5%，發(fā)泡溫度為700℃。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同預(yù)處理方式對(duì)釋氫量的影響

從圖2中可以看出氫化鈦分解過(guò)程大致分成第三個(gè)階段，第一階段為緩慢分解階段，氫化鈦基本不分解，第二階段為快速分解階段，這一階段曲線斜率最大，氫氣釋放速率最快，最后為穩(wěn)定階段，氫化鈦分解基本結(jié)束，氫氣釋放量接近平緩。從圖中是四條曲線的分布狀態(tài)可以看出，未經(jīng)氧化處理的氫化鈦，反應(yīng)十分快速，氫氣釋放量也最高達(dá)到32mL，但是隨著預(yù)處理溫度的不斷升高的，氫氣釋放變得緩慢，釋氫量的總體數(shù)值也有所下降，尤其經(jīng)過(guò)435℃處理后，快速分解階段比未經(jīng)處理的氫化鈦要延后2-3min。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因在于，隨著預(yù)處理的進(jìn)行，外層的氫化鈦進(jìn)行了氧化反應(yīng)，氫化鈦生成了比較穩(wěn)定的氧化鈦，由于氧化鈦的包裹作用使得釋氫量和釋氫速率下降。

圖2 氫化鈦釋氫量隨時(shí)間變化關(guān)系

2.2 不同預(yù)處理方式的氧化程度

如圖3所示，為氫化鈦經(jīng)過(guò)435℃預(yù)處理后的金相照片，可以看出氫化鈦為多面體機(jī)構(gòu)，粒徑大致為10～20um，經(jīng)過(guò)高溫處理后，氫化鈦的顏色變化過(guò)程為由褐色→暗紅色→藍(lán)色轉(zhuǎn)變。形成這種轉(zhuǎn)變的反應(yīng)機(jī)理為：

這也驗(yàn)證了，隨著氫化鈦預(yù)處理溫度的升高，快速釋氫階段滯后的原因，隨著分解反應(yīng)的進(jìn)行，TiH2顆粒將逐漸縮小，相界面隨時(shí)間的延續(xù)逐漸向內(nèi)收縮，從而生成物Ti/TiO2包覆層的厚度增大，包覆層明顯延遲了釋氫過(guò)程且隨厚度增加，延遲作用增大。

2.3 不同預(yù)處理方式對(duì)泡沫鋁性能的影響

表1 不同預(yù)處理方式對(duì)泡沫鋁性能的影響

從表1中可以看出，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的氫化鈦用于泡沫鋁生產(chǎn)中，其密度和強(qiáng)度都有所增加，孔隙率則呈下降趨勢(shì)，因此對(duì)于制備高密度高強(qiáng)度的泡沫鋁產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，提高其預(yù)處理溫度是有益的。而對(duì)于溶體發(fā)泡法制備泡沫鋁其攪拌過(guò)程為5min，而經(jīng)過(guò)435℃處理后的氫化鈦快速釋氫時(shí)間正好為5min，這一時(shí)間的延后，使得氫化鈦有充分的時(shí)間參與攪拌，避免發(fā)泡劑的團(tuán)聚，最后達(dá)到使發(fā)泡劑充分分散并懸浮于熔體之中形成孔徑均勻，密度較大的泡沫鋁結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)預(yù)處理的氫化鈦，外層經(jīng)過(guò)氧化形成包覆結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致釋氫量和釋氫速率都明顯降低，并且隨著預(yù)處理溫度的提高，這種趨勢(shì)更加明顯。在泡沫鋁生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝的限制，使得在435℃時(shí)處理的氫化鈦具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其密度和強(qiáng)度都好于其他方式，這一處理方式對(duì)于制備高密度高強(qiáng)度泡沫鋁產(chǎn)品中將有很大的優(yōu)勢(shì)。