「重磅報告」清華大學李言祥教授講解新型材料-泡沫鋁的製造技術

泡沫金屬是由金屬基體和相互貫通或者封閉的氣孔構成的多孔材料。泡沫金屬中大量存在的孔洞，使其擁有不同於緻密金屬的特殊性能，如質輕，高的吸能性、耐燃性、吸聲性能等，成為兼具結構性與功能性的新型材料，極大地拓寬了泡沫金屬的研究領域和應用範圍。泡沫鋁由於其質量輕、製造容易及成本低，成為研究及應用最廣泛的一種泡沫金屬，非常適合製備汽車的能量吸收元件，航空航天工業中的熱量交換器，還可以作為過濾器、消音器，夾層結構中的核心材料和生物醫學植入材料等。近年來，隨著我國高鐵、汽車的輕量化、航空航天和建築業等的迅速發展，以及「一路一帶」戰略等的實施，對泡沫鋁尤其是高質量泡沫鋁有較大的需求，未來5年泡沫鋁的年需求量可超40萬噸，其國內市場規模在200億元人民幣以上。

泡沫金屬有多種製備方法，主要分為「直接發泡方法」和「間接發泡方法」。「直接發泡」方法將氣體注入液態金屬獲得氣孔或添加化學發泡劑到熔體中通過化學發泡劑分解並釋放氣體獲得氣孔製備泡沫鋁；「間接發泡方法」通過熔化粉末壓制的嵌入了氣源的預製體金屬材料，在熔化時釋放氣體並驅動發泡過程製備泡沫鋁。上世紀五十年代到六十年代Ethyl公司開發了可用於實際生產的泡沫金屬，到七十年代，質量較高的泡沫鋁才出現，但由於製造成本較高，在工業應用上受到限制。直到八十年代，泡沫鋁製備工藝迎來了第二次發展熱潮，極大的擴寬了泡沫鋁的應用範圍，並出現一些優秀的泡沫鋁製造公司，如位於德國科隆的Pohltec metalfoam Gmbh公司、加拿大的Cymat Corp.公司、匈牙利的Aluinvent公司和韓國的Foamtech等。我國自上世紀八十年代中期開始對泡沫金屬進行研究，在國家政策的大力支持下，國內研究發展迅速，由早期的跟蹤性研究向原創性研究發展，由小型簡單複合結構向大型異型複合結構過渡，從實驗室研究向工業化應用進展。其中清華大學、上海交通大學、哈爾濱工業大學、東北大學、中南大學、東南大學、昆明理工大學和太原科技大學等大學以及中國船舶工業總公司第725研究所、中國科學院固體物理研究所等研究單位都先後對泡沫鋁進行了大量的實驗和系統性理論研究，並取得了一定的小試和中試生產成果。特別是東北大學在研究基礎上創立瀋陽東大先進材料發展有限公司，建立了泡沫鋁板生產線。我國生產泡沫鋁的主要企業有北京中實強業泡沫金屬有限公司、山西普泰發泡鋁製造股份有限公司（100萬平方米產能）、四川元泰達有色金屬材料有限公司（30萬平方米產能）、寧波賽孚新材料科技有限公司（20萬平方米產能）、杭州龍邦合金科技有限公司和遼寧融達新材料科技有限公司等企業，以「直接發泡」方法生產泡沫鋁板材，技術多採用清華大學和中南大學的泡沫鋁生產技術。

研究者對泡沫金屬尤其是泡沫鋁的製備工藝及相關性能進行了詳盡的研究。其中利用PCM法製備閉孔泡沫鋁的研究取得了長足的進步，並獲得了部分應用。這種方法的優點是製備工藝簡單，製造成本較低。但也存在明顯的缺點，例如， PCM法中發泡劑的分解時間特別短，發泡過程不容易控制，在製備過程中存在排液現象，而且尺寸越大，排液現象越嚴重，容易導致氣泡破裂及合併，出現特大孔，並且會出現上部氣泡層，下部實體層的現象，整體氣孔大小不均勻，造成孔結構不良甚至惡化，這種情況嚴重製約了泡沫鋁的工業應用和發展。而且在製備大型或者異形結構時也存在諸多問題，如發泡過程中溫度場差別大，傳熱現象複雜，難以精確控制，泡體的穩定性及孔結構的均勻性更加得不到保證。幾何結構的不穩定性導致物理性質的不一致，孔隙的大小、形狀的變化甚至是較小的缺陷都會引起材料力學性能的不穩定。研究發現，將PCM法進行工藝改進，製備具有先進孔結構的小體積泡沫結構（APM），將發泡過程和製造過程分開可以有效地解決這個問題。隨著APM微型泡沫鋁製備工藝及理論研究的深入，為泡沫鋁及其複合結構的製備提供了理論基礎及生產經驗，可以進一步擴展泡沫材料的發展應用。

2020年（第十屆）中國壓鑄、擠壓鑄造、半固態加工年會年會上擠壓鑄造實戰大咖武漢理工大學、廣州金邦液態模鍛技術有限公司羅繼相教授以典型的壓鑄件為例，給大家講述「擠壓鑄造技術的選擇與模具設計技術」。歡迎大家參與年會交流。

報告亮點

簡要介紹了泡沫鋁的種類：開孔泡沫鋁和閉孔泡沫鋁。閉孔泡沫鋁的主要製造方法：熔體釋氣發泡法，熔體吹氣發泡法和粉末冶金釋氣發泡法。泡沫鋁的性能特點：超輕質，吸聲降噪，吸能防撞，電磁屏蔽，不燃和易回收循環利用。泡沫鋁的應用領域：建築，汽車，飛機，高鐵和航天。報告還將介紹目前泡沫鋁技術的發展前沿和我們的一項新研究成果：發明了一種適用於製備小孔徑泡沫鋁的Cu-TiH2 複合發泡劑；成功將泡沫鋁孔徑從3~5mm降至1~2mm；使泡沫鋁的壓縮平臺應力從小於3~5MPa提高到10~20MPa；吸能能力從2~2.5MJ/m3提高到10~15MJ/m3；發現泡沫鋁存在最大吸能的應力條件；明確了泡沫鋁優化吸能的應用條件和設計規範。

大咖簡介

李言祥教授，1962年出生，浙江桐廬人，工學博士。現任：清華大學長聘教授、材料科學與工程學科博士生導師、學術委員會委員、教學委員會委員；材料加工及模擬仿真團隊學術帶頭人。先進成形製造教育部重點實驗室常務副主任，精確成形製造研究室主任。兼任：世界鑄造組織鐵基金屬技術委員會主席；中國材料研究學會凝固技術分會常務理事；中國機械工程學會鑄造分會理事。

2020年中國壓鑄、擠壓鑄造、半固態加工年會

會議簡介

2020年（第十屆）中國壓鑄、擠壓鑄造、半固態加工年會將於2020年11月18~21日在江蘇無錫·瑞廷西郊酒店召開。本屆年會由中國機械工程學會鑄造分會、中國兵工學會材料科學與技術專業委員會、中國機械工程學會塑性工程分會、《特種鑄造及有色合金》雜誌社（武漢）共同主辦，由蘇州三基鑄造裝備股份有限公司、廣州和德輕量化成型有限公司、壓鑄周刊、重慶市鑄造行業協會等協辦。此外，會議還得到了中鑄科技、FSC跨國鑄造採購平臺、特種鑄造及有色合金網、鑄造產業網、亞洲汽車底盤系統產業聯盟等眾多媒體夥伴的支持！從2001年開始，近20年，中國壓鑄、擠壓鑄造、半固態加工年會已經召開了九屆，共有近4000代表參與會議，1500篇論文，對推動學術、技術交流，推動壓鑄、擠壓鑄造、半固態成形技術的產業應用，起到了積極的作用。年回報名通道已正式開啟，歡迎大家踴躍報名參會！

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參會費用

（1）會務費 正式代表 2200元/人，11月13日前交費2000元/人，學生代表1800元/人（憑學生證，在職除外），優秀論文疊加優惠。

【匯款帳號：《特種鑄造及有色合金》雜誌社（武漢），3202002809000074976，工商銀行中山大道支行】

（2）住宿費①高級大床房：380元/(間·天)（含早餐）；②高級雙床房：380元/(間·天)（含早餐）。