青海师范大学恒创科技团队提出了一种新型泡沫铝材料

青海师范大学恒创科技团队对泡沫铝的制备提出了一种新的创新技术—球形孔开孔泡沫铝的制备，经过工艺制备与实验研究表明，此种泡沫铝在膜层抗热震性能、膜层形貌、膜层厚度以及膜层相结构都更优。

新材料中的泡沫铝是一种质轻坚固的铝基新材料，密度比水还小，还可以吸能防撞、吸音防火，可广泛应用于轨道交通、航空航天、建筑消防等领域，是再生资源中不可多得的宝藏。

然而，长时间以来，国内泡沫铝产业技术相对落后，面对庞大的国内市场需求，缺口大多依靠进口。

基于以上行业问题和发展背景，团队秉持科技报国的决心，专注于泡沫铝的研发技术和生产制造。以多样化孔隙(通孔,闭孔)为特征的超轻型金属结构实现了结构材料的轻质多功能化,从而成为前沿热点材料之一。以往研究的泡沫纯铝及高比强铝合金,其固态孔结构都是多边形孔高孔隙率，为了满足高速运动高技术领域对更高强度的需求，新型球形孔低孔隙率泡沫铝合金刚成为前沿研究的新方向。

1、膜层厚度检测

用砂纸对经过微弧氧化处理后的球形孔开孔泡沫铝试样进行打磨，并抛光，腐蚀，在扫描电子显微镜(Zeiss公司EVO18型)下观察其截面，分别为经过10min、20min和30min微弧氧化处理后球形孔开孔泡沫铝的截面膜层形貌。用软件NanoMeasure测试其截面平均膜厚，其中经过10min、20min和30min微弧氧化处理的试样平均膜层厚度分别为4.4μm、6.3μm和8.7μm。

不同微弧氧化时间下试样的截面形貌

上图是微弧氧化膜层厚度和时间的对应关系，不难看出，随着微弧氧化时间的变长，微弧氧化膜层厚度逐渐增加，且在刚开始10min内增加较快，随着微弧氧化处理时间的变长，膜层厚度增加速率趋于平稳。

微弧氧化膜厚与时间的关系曲线

2、膜层相结构分析

使用X射线衍射仪(D/Max2500PC型)分析泡沫铝试样膜层相结构，本次试验扫描的角度为20-80°，辐射源为CuKα，扫描速度是4deg/s，电压和电流分别为40kV和30mA。

不同微弧氧化时间试样的XRD图谱

上图是经过不同微弧氧化时间处理的试样的XRD图谱，可以看出，未经过微弧氧化处理的泡沫铝试样相成分为Al；经过10min、20min和30min微弧氧化处理的试样主要组成相为Al和γ-Al2O3。由于基体金属含有Al，可以推断，本实验的微弧氧化膜层主要由γ-Al2O3相组成。微弧氧化膜层主要相是γ-Al2O3和α-Al2O3，本实验中未检测出α-Al2O3，可能是因为α-Al2O3的含量较少。

3、膜层形貌分析

使用蔡司公司生产的扫描电子显微镜(EVO18)对泡沫铝试样表面的微弧氧化膜层进行观察分析。图为不同微弧氧化时间处理过的泡沫铝试样的微观形貌。不难发现，微弧氧化膜层表面有很多相互叠加的孔洞，这些微孔形状与火山口相似，这是电弧在微区放电产生的，基体金属和溶液发生作用正是通过这些小孔进行。随着微弧氧化时间的变长，膜层表面形貌变化明显，微孔尺寸变大，但是数量减少，局部甚至有裂纹出现。(a)是氧化10min时膜层的形貌，可以发现其表面平整，微孔平均直径在2μm左右；随着微弧氧化时间的增加，膜层表面大尺寸微孔数量变多，不过微孔的总数量变少，如图(b)和(c)，微孔直径大能到7μm。当微弧氧化时间达到30min时，在膜层能观察到明显裂纹。

不同微弧氧化时间试样的微观形貌

(a)10min(b)20min(c)30min直流恒压条件下，电流密度相同，在氧化初期，微弧氧化膜层较薄，氧化膜层的击穿电压小，发生电弧放电，火花小并且在试样表面分布均匀。随着微弧氧化时间的变长，膜层厚度增加，为了保持电流密度恒定，微弧氧化膜层表面单个电弧强度变大，但是数量减少；弧氧化膜层越来越厚，击穿膜层变得困难，由一开始的电火花变成弧光，强烈的弧光使微孔孔径不断变大，甚至出现裂纹。

4、膜层抗热震性能分析

将经过10min，20min和30min微弧氧化处理的试样一起放入管式电阻炉中，在500℃下加热3min，然后取出淬入水中，这样循环120次。图2.9是经过热震实验后的试样在扫描电镜下放大200倍的微观形貌，可以发现，经过120次热震实验，

热震试验下试样的微观形貌

(a)10min；(b)20min；(c)30min样的膜层上均出现了不同程度的裂纹，且随着氧化时间的增加，裂纹长度不断增加，甚至出现剥落；总体来讲，经过120次的热震实验后，试样(c)的表面膜层上的裂纹宽、长，试样(b)其次。经过热震实验，膜层表面形貌发生差异的主要原因是微弧氧化膜与基体金属铝的线膨胀系数差异较大，经过30min微弧氧化处理的试样膜层厚，膜层的内应力也大，受热后易产生裂纹。且对于经过30min处理的试样，其膜层表面微孔直径较大，易产生裂纹源，引起裂纹在膜内扩展。