一、引言现代工艺技术的发展，使得泡沫金属的制备技术日趋完善，制造成本不断降低。

以泡沫铝为代表的泡沫金属是近年来发展较快的一种新型功能结构材料。

作为结构材料，它具有轻质和高比强度的特点；作为功能材料，它具有减震、吸收冲击能、耐高温、隔声、吸声[1]、隔热、不燃烧、抗腐蚀、电磁屏蔽等物理性能[2-6]。

最主要的是它可以将低密度、高刚度、冲击吸能性、低热导性、低磁导率和良好的阻尼性综合在一起[7]。

在需要综合利用这些性能的领域内，泡沫金属有着广泛的应用前景[8-9]。

泡沫铝按照基体材料的不同，可将其分为泡沫纯铝和泡沫铝合金两类。

由于泡沫铝合金同时具有纯铝和其它合金元素的性能，与泡沫纯铝相比其强度和吸能能力通常得到了提高。

常见的泡沫铝合金有泡沫铝硅合金、铝镁合金和铝铜合金。

按照孔结构的不同，可将泡沫铝分成开孔和闭孔两种[10]。

泡沫铝具有较高的压缩强度，同时具有较长的平台应力。

压缩过程中的大量能量在近似恒定的应力下被吸收[11]，从而使得泡沫铝具有很强的吸能能力。

关于泡沫铝吸能性能的研究文献很多。

Pkarash等人[12]认为泡沫铝的能量吸收能力不仅与基体材料的弹塑性有关，还与其它一些耗散过程有关，如破碎的孔壁之间的摩擦。

Beals等[13]通过对密度不均匀的Alcna 泡沫材料的测试分析，指出密度梯度是削弱泡沫材料能量吸收能力和效率的重要原因。

在传统的管式吸能装置中，采用泡沫铝作为填充物可以提高结构的刚度和吸能能力，从而改进缓冲吸能装置的性能。

国外许多文献都报道了由泡沫铝充当芯材的夹心式组合结构的静动态压缩力学行为的实验研究，国内该方面的文献比较少。

泡沫铝,是一种新型的功能材料, 其发明只有四十余年的历史。

Sosnik 在1948 年提出利用汞做发泡剂, 在液态铝合金中气化制取泡沫铝的想法。

在1956 年, Ellist根据这一想法成功地制造了泡沫铝。

20 世纪60 年代, 美国Ethy l 公司已成为研制泡沫铝的科研中心基地。

在1982 年以前所公布的有关泡沫铝的专利技术中, 多半来自美国的LOR 公司和Ethy l 公司。

直到今天, 美国、日本、英国、加拿大等国相继研制出多种生产泡沫铝的方法, 并取得了多项技术专利, 已可将泡沫铝制成管材、带材等复合材料。

我国对泡沫铝的研究近几年才起步,80 年代后期, 贵州、大连等地的研究机构曾利用发泡法做过一些研究工作。

二、泡沫铝的制备方法1. 铸造法铸造法应用的很普遍, 目前, 泡沫铝的制备工艺大多采用这种方法, 以下介绍几种相关的方法。

[14、15]1) 金属液发泡法金属液发泡法早期采用的比较普遍, 主要是向液态铝合金中加入TiH2、ZrH2、CaH2 等发泡剂, 然后加热使发泡剂分解成气体, 气体的膨胀使铝合金成泡沫状, 冷却后即得到泡沫铝成品。

2) 渗流铸造法渗流铸造法是将液态铝合金渗入到填料颗粒的间隙中而获得铝合金填料复合体的一种方法。

填料可以使用耐热而可溶的材料( 如精盐) 。

样品制成后, 填料粒子可从铸件中浸洗掉, 从而获得具有连通空隙结构的泡沫铝。

渗流铸造法又可分为上压渗流铸造法( 如图1 所示) 和负压渗流铸造法( 如图2 所示) ,这两种方法的使用都可以得到通孔性良好的泡沫铝样品, 并且填料粒子可以迅速去除, 并重复使用。

上压渗流铸造法的工作原理如图1 所示,将嵌套内渗流颗粒紧实后, 连嵌套一起放入预热炉中预热到一定温度后取出并套上外套, 然后从上口倒入铝液并盖上加压盖板, 同时启动气阀, 铝液将会在气压驱动下渗入颗粒间隙中, 待冷却后取出样品并泡入水中去除颗粒, 即得到样品。

这种方法操作简单, 空隙率平均可达70% , 便于大规模生产[16、17]。

3) 添加球料法添加球料法是在液态铝合金中加入颗粒或中空球, 加以强化搅拌, 对仍处在相对流动时的铝液进行铸造而得到铝合金-颗粒复合体的一种方法。

4) 熔模铸造法熔模铸造法是先采用液态耐火材料填充到海绵状塑料中的空隙中, 待耐火材料硬化后加热使塑料气化而得到具有海绵状空隙结构的铸型, 再向此铸型中加入液态铝合金, 待液态铝合金冷却凝固后去除耐火材料, 就得到了具有致密海绵状组织的泡沫铝的一种方法。

2. 喷溅沉积法喷溅沉积法采用了喷溅技术把夹有惰性气体的粉末均匀地喷射到铝合金金属上, 并加热到金属的熔点, 使夹在金属基体中的气体膨胀成孔, 待冷却后即得到具有致密网状的泡沫铝的一种方法。

3. 镀覆金属法镀覆金属法也叫电沉积法, 这种方法就是把泡沫塑料经粗化处理、敏化和活化处理、化学预镀及电镀等多个步骤, 将铝覆盖在泡沫塑料上, 然后加热使泡沫塑料分解得到泡沫铝的一种方法[18]。

其工艺流程如图所示。

在此工艺流程图中, 敏化与活化处理两道工序起着非常重要的作用,敏化处理是使粗化后的零件表面吸附一层有还原性的离子, 以便在离子活化处理时, 使零件表面形成一层有催化作用的贵金属层, 从而使化学镀能自发的进行, 使泡沫塑料成为导体, 进而促进电镀铝的成功进行[18-20] 。

在活化过程中, 适当的升高温度能提高活化效果。

如果敏化与活化效果不好, 会抑制化学镀的进行,不但镀层效果不好,而且应力、塑性方面都会受到影响, 从而影响电镀的效果镀液的分析:由于铝是一种非常活泼的金属, 在水溶液中, 它的电极电位比氢还负, 所以不能从含有水或其他任何游离氢离子的溶液中沉积出来, 而只能采用不含游离氢离子的非水溶液或熔融盐中电沉积出来[21]。

镀覆金属法制取泡沫铝所采用的非水溶液有很多种。

其中有将三氯化铝和氢化铝锂溶于沸点和闪点较高的四氢呋喃溶剂或二乙二醇二甲醚溶剂中配制而成的以氢化物为基的溶液。

该种溶液可以在室温下进行, 它以较高的沉积速度得到低应力、结晶细致的铝层。

还有将卤化物( 常用溴化铝) 溶于乙苯、二甲苯、二甲苯和甲苯的有机溶液中配制而成的以卤化铝为基的溶液。

在该类溶液中, 为了提高镀层的机械强度和抗腐蚀性, 在溴化铝中又加入了四元胺溴化物、碱金属溴化物( MBR、HBR) 等来提高溶液的电导率。

另外还有以三乙基铝为主盐和适量氟化钠溶于甲苯中配制而成的以烷基铝为基的电解液。

这几种电解液都可以用来制取泡沫铝, 但这几种方法比较起来, 以烷基铝为基的电解液更适用于制取泡沫铝[22、23]。

它比其他两种电解液有以下优点: 首先这种电解液不易燃, 因为三乙基铝与氟化钠易形成络和物, 这种络和物只与氧和湿气起缓慢反应, 从而不会自燃而适用于电镀。

溶液中由于无水, 所以不会有H+ 的出现和产生, 从而避免了氢脆的危险。

其次由于只有铝和少数几种元素可形成烷基化合物,而且只有铝在阳极溶解( 阳极的杂质不溶解) , 所以即使阳极纯度不太高( 不低于90% ) , 也可得到纯度高达99. 99% 的铝镀层。

另外, 该类电解液与水和湿气起反应只生成非腐蚀性的碳氢化合物或氢氧化铝, 而前两类溶液会生成具有腐蚀性的卤氢酸。

同时这种溶液价格更便宜, 适用于大量、大规模的生产泡沫铝, 而成本不会很高[24]。

4. 熔融盐电镀铝熔融盐电镀铝是在含铝盐的熔融盐中进行电沉积的过程。

熔融盐电镀铝又可分为以下3 类[25]:1) 高温熔融盐电镀铝是在工作温度为600℃左右, 以氯化钾与氯化锂为溶剂, 三氯化铝为溶质的电解液中电镀铝。

2) 中温熔融盐电镀铝是在工作温度为250℃左右, 以三氯化铝、氯化钠、氯化钾、二氯化锡为电解液, 在氮气的氛围下进行电镀铝的过程。

3) 常温熔融盐电镀铝是在三氯化铝和1-丁基氯代砒啶( BPC) 的混合物组成的电解液中电镀铝的方法。

如果在电解液中加入甲苯( 甲苯与三氯化铝之比1∶2) , 可显著增加铝层的光泽, 甚至达到镜面光亮程度[26]。

泡沫铝的制备方法、工艺的不同导致了其细观胞体形貌结构(开孔和闭孔、孔尺寸、孔形状、孔隙度等)上的差异，而制备工艺、基体材料性质和泡沫材料特有的胞体结构等多种因素交织在一起共同决定着胞孔的变形形式，进而决定了宏观力学性能。

Gibson和Ashby[10]等人自1980年以来，比较系统地研究了多种多孔材料，提出用立方体结构模型来模拟开孔和闭孔泡沫材料的力学行为，并讨论了影响泡沫材料刚度和强度的一些因素。

Bart-Smith和Bastawros[27]使用X射线CT和表面应变云图来研究闭孔泡沫铝的压缩变形机制，指出变形在胞体直径宽度的窄带内存在局部化，而在变形带的外面材料则保持为弹性。

目前，对于泡沫铝的细观结构及其压缩破坏形式，国内的研究较少。

三、泡沫铝的应用。

泡沫铝具有优异的吸声性能。

当声波射入泡沫铝表面时, 进入孔内的声波使泡沫铝骨架振动, 通过孔径的变化膨胀消音, 因而可做消声器, 起到减振降噪的作用[28-30]。

泡沫铝还具有优良的流通特性。

泡沫铝可以过滤液体( 石油、汽油、水悬浮液等) 、空气或其他气流中的固体颗粒或某些活性物, 是制备过滤器的重要材料。

泡沫铝由于具有很大的表面, 因而能使其中的流体产生复杂的三维流动, 所以具有优良的热物理性能, 可以用于制做散热器和热交换器等[31]。

总之, 泡沫铝是一种很有发展前途的新型功能材料, 可望在新开发领域内得到应用。

它在高技术和军事领域的用途首先被重视并开发, 这种材料的特性及其运用领域, 还有待进一步开发。

（1）、环保吸声方面的应用泡沫铝因其特殊的内部结构而具有良好的吸声性能，起到了吸声和隔音的效果，并且具有无污染、无毒性、可回收等优点，因而被人们看作是一种新型的环保吸声材料。

国外已经将泡沫铝用来制作国际观光列车空调发电机室的隔音墙，并取得了良好效果。

泡沫铝还被用作咖啡厅、西餐厅、办公室等防止噪音的内装置材料。

另外高速公路的隔音墙也用到了泡沫铝，这种隔音墙不仅比过去的隔音墙单位面积重量减轻70%，而且在距桥40m处测得的噪音声压级不到20分贝[32]。

在国内，吉林工业大学和上海众汇泡沫铝材有限公司联合开发的新型泡沫铝吸声板已投入使用。

在工厂泡沫铝可作为齿轮箱体材料来减小机床主轴箱的噪声，以实现对噪声的传播途径进行控制[33]。

（2）、汽车材料的应用作为轻质和能量吸收材料，泡沫铝被认为是一种大有前途的应用于未来汽车与其它交通运输工具的优良材料。

欧洲经济共同体实行的光明欧洲计划就是研究泡沫铝在汽车上的应用。

车身自重减少1千克，汽车燃油效率就可以提高0.01km/L。

目前国外已有全铝汽车出现，与铝相比泡沫铝具有更轻量化的特点，可以更好地提高燃油效率。

国外研究表明，采用泡沫铝构件，汽车构架的刚度得到加强。

在汽车制造中约有20%的车身结构可采用泡沫铝制造，一辆中型轿车用AFS（Aluminum FoamSandwich）制造零件可以减重27.2千克左右，同时使结构系统简化，零部件数量至少可减少1/3，减低了汽车成本[34]。