氫化鈦預處理方式對泡沫鋁生產的影響

李昊 張慶福 李帥 周云鵬

（1.格萊克斯新材料（營口）有限公司 遼寧營口 115000 2.遼寧融達新材料科技有限公司 遼寧營口 115000）

泡沫鋁金屬有這特殊的孔結構，使其具有阻尼、降噪、散熱等性能，擁有著廣泛的應用前景。從研究技術上制備看大孔徑、低密度、高孔隙率、高強度的泡沫鋁金屬是目前生產技術上需要突破的重點。從其生產工藝來看對于選擇合適的發泡劑，能夠有效控制發泡過程顯得至關重要，目前工業上較多使用氫化鈦作為熔體發泡法制備泡沫鋁的發泡劑，然而氫化鈦性質活潑，可控性差成為泡沫鋁生產中極為不穩定的因素。本文使用氫化鈦作為發泡劑，通過不同的預處理方式，鈍化其活性，并將其用于溶體發泡法的生產工藝中，根據制備的泡沫鋁性能得到最佳的預處理方式。

1 實驗部分

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

（2）釋氫量的測定：實驗裝置如圖1所示，首先打開管式爐開關，將管式爐加熱至600℃并保持恒溫，然后檢驗裝置的氣密性，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（南京永新光學有限公司）下進行，將待檢測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：實驗選用氫化鈦作為發泡劑，采用高速短時間強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，時間為5min，發泡劑的加入量一般為鋁合金熔體質量的5%，發泡溫度為700℃。

2 實驗結果與討論

2.1 不同預處理方式對釋氫量的影響

從圖2中可以看出氫化鈦分解過程大致分成第三個階段，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，最后為穩定階段，氫化鈦分解基本結束，氫氣釋放量接近平緩。從圖中是四條曲線的分布狀態可以看出，未經氧化處理的氫化鈦，反應十分快速，氫氣釋放量也最高達到32mL，但是隨著預處理溫度的不斷升高的，氫氣釋放變得緩慢，釋氫量的總體數值也有所下降，尤其經過435℃處理后，快速分解階段比未經處理的氫化鈦要延后2-3min。出現這一現象的原因在于，隨著預處理的進行，外層的氫化鈦進行了氧化反應，氫化鈦生成了比較穩定的氧化鈦，由于氧化鈦的包裹作用使得釋氫量和釋氫速率下降。

圖2 氫化鈦釋氫量隨時間變化關系

2.2 不同預處理方式的氧化程度

如圖3所示，為氫化鈦經過435℃預處理后的金相照片，可以看出氫化鈦為多面體機構，粒徑大致為10～20um，經過高溫處理后，氫化鈦的顏色變化過程為由褐色→暗紅色→藍色轉變。形成這種轉變的反應機理為：

這也驗證了，隨著氫化鈦預處理溫度的升高，快速釋氫階段滯后的原因，隨著分解反應的進行，TiH2顆粒將逐漸縮小，相界面隨時間的延續逐漸向內收縮，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程且隨厚度增加，延遲作用增大。

2.3 不同預處理方式對泡沫鋁性能的影響

表1 不同預處理方式對泡沫鋁性能的影響

從表1中可以看出，將經過預處理的氫化鈦用于泡沫鋁生產中，其密度和強度都有所增加，孔隙率則呈下降趨勢，因此對于制備高密度高強度的泡沫鋁產品來說，提高其預處理溫度是有益的。而對于溶體發泡法制備泡沫鋁其攪拌過程為5min，而經過435℃處理后的氫化鈦快速釋氫時間正好為5min，這一時間的延后，使得氫化鈦有充分的時間參與攪拌，避免發泡劑的團聚，最后達到使發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構。

3 結論

經過預處理的氫化鈦，外層經過氧化形成包覆結構，導致釋氫量和釋氫速率都明顯降低，并且隨著預處理溫度的提高，這種趨勢更加明顯。在泡沫鋁生產中，由于生產工藝的限制，使得在435℃時處理的氫化鈦具有明顯的優勢，其密度和強度都好于其他方式，這一處理方式對于制備高密度高強度泡沫鋁產品中將有很大的優勢。