铝镁合金多孔粉末冶金材料的制备工艺

铝镁合金多孔粉末冶金材料通过调控孔隙结构(孔径、孔隙率、连通性)，兼具轻量化、高比表面积及功能集成特性，其制备工艺核心在于粉末特性控制与孔隙形成机制设计。以下从传统工艺、新兴技术及工艺优化方向展开分析。

一、传统制备工艺：造孔剂与发泡法

添加造孔剂法

工艺原理：将铝镁合金粉(如 AZ91，粒径 20-100 μm)与可去除造孔剂混合，经压制成型、烧结后，通过溶解或挥发去除造孔剂形成孔隙。

造孔剂类型：

可溶型：氯化钠(NaCl，粒径 50-200 μm)、碳酸氢铵(NH₄HCO₃，粒径 20-100 μm)，适用于制备连通孔结构，孔隙率可达 30%-60%，孔径与造孔剂尺寸正相关(如 100 μm NaCl 颗粒对应 80-120 μm 孔径)。

可烧蚀型：聚苯乙烯(PS)微球、淀粉颗粒，高温烧结时分解挥发，适用于制备闭孔或半连通孔，孔隙率最高达 70%，但残留碳化物可能影响耐腐蚀性。

关键控制：造孔剂分散均匀性决定孔隙分布，需通过球磨混合(转速 200-300 rpm，时间 2-4 小时)实现微米级均匀分散;烧结温度需低于造孔剂熔点(如 NaCl 熔点 801℃，铝镁合金烧结温度控制在 500-550℃)以避免提前融化。

发泡法

化学发泡：向铝镁合金粉中添加分解型发泡剂(如 TiH₂、ZrH₂)，在烧结过程中受热释放气体(H₂)，形成闭孔结构。发泡剂含量(0.5%-2%)与分解温度(如 TiH₂在 400℃开始分解)需与烧结升温速率匹配，典型孔隙率 20%-40%，孔径 50-300 μm。

物理发泡：通过机械搅拌或超声振动向熔融铝镁合金液中引入气泡，再快速冷却固化，适用于制备大孔径(>500 μm)泡沫材料，但粉末冶金固态工艺中应用较少，更多用于金属液直接发泡。

二、新兴制备技术：增材制造与模板法

增材制造(3D 打印)

选区激光熔融(SLM)：利用激光逐层熔融铝镁合金粉(粒径 15-53 μm)，未熔粉末作为支撑剂形成孔隙。通过调整扫描策略(如扫描间距 0.1-0.2 mm、激光功率 100-200 W)，可制备孔径 50-500 μm 的复杂连通孔结构，孔隙率 10%-50%。优势在于可成型仿生多孔结构(如蜂窝状、桁架式)，但需解决激光熔融时镁的挥发损失(挥发率约 5%-10%)及氧化皮缺陷。

电子束熔融(EBM)：在真空环境下利用电子束加热，减少镁的氧化，适用于制备高纯度多孔构件，孔隙率可控性优于 SLM，但设备成本高昂。

模板法

生物模板法：以天然多孔材料(如木材、海绵)为模板，通过浸渍铝镁合金浆料(粉液比 1:1-2:1)、干燥后烧结(温度 600-700℃)去除模板，复制天然孔隙网络。所得材料具有分级孔隙(微米级主孔 + 纳米级微孔)，孔径 100-1000 μm，适用于仿生催化或储能载体。

介孔模板法：利用 SBA-15、MCM-41 等介孔二氧化硅模板，制备纳米级孔隙(孔径 2-50 nm)的铝镁合金材料，用于高容量储氢或催化剂载体，但工艺复杂(需氢氟酸去除模板)，成本较高。

三、工艺优化与复合技术

多级孔隙构建

通过 “造孔剂 + 发泡剂协同作用” 制备多级孔结构：先添加微米级 NaCl 颗粒形成大孔(100-200 μm)，再引入纳米级发泡剂(如纳米 TiH₂)在晶界处形成微孔(<10 μm)，提升比表面积至 10 m²/g 以上，适用于电池电极或吸附材料。

表面改性与致密化

孔隙表面金属化：通过化学镀镍或气相沉积(CVD)在孔壁包覆 Ni 或 Al₂O₃层，提升耐腐蚀性(如盐雾寿命从 300 小时增至 800 小时)，同时增强孔结构力学强度(抗压强度提升 20%-30%)。

局部致密化处理：对多孔材料承压部位(如轴承座)进行热等静压(HIP，温度 550℃，压力 100 MPa)，使局部孔隙率从 40% 降至 5% 以下，实现 “功能区多孔 - 承力区致密” 的梯度设计。

绿色工艺探索

开发水基无醛成型工艺替代传统有机粘结剂(如 PVB)，减少挥发性有机物(VOCs)排放;采用微波烧结技术(加热速率 10-20℃/min)，较传统电阻炉节能 40% 以上，同时抑制晶粒粗化(平均晶粒尺寸从 20 μm 降至 8 μm)。