采用复制法制备开孔铝泡沫的铸造工艺及其对孔隙率的影响

本实验的总体目标是通过渗透法制备金属泡沫。首先在模具底部装入细小的氯化钠，中间层为氯化钠，顶部放置一根铝棒，完成渗透过程。然后将盖子盖在腔室上。

第二步是将模具连接到阀门系统，并放入预热好的炉子中以熔化铝。接着，对熔融铝施加氩气压力，使其进入渗入的氯化钠颗粒之间的空隙。最后的步骤是将模具从炉子中取出，并回收泡沫样品。

然后将样品切割至所需尺寸，并在水浴中去除氯化钠。最终，样品的重量和体积将反映其密度，并为调整实验方案以获得不同特性的泡沫材料提供依据。通常，初次接触该方法的人员会遇到困难，因为操作步骤中的微小差异会对结果产生显著影响。

首先，将炉子设置为每分钟升高20摄氏度，直至最终温度740摄氏度。当炉温接近最终温度时，开始准备预制件，预制件将被放入模具中。本实验所用模具为圆柱形，高150毫米，内径为51毫米。在本实验之前，已铸造一块商用纯度的铝锭，用于该模具。

将铝制成直径为50毫米的圆柱形棒材。将该棒材切割成四等份，可供四次实验使用。接下来，开始收集将用于渗透的氯化钠。

选择一个筛孔直径约等于最小可接受直径的筛子，以及另一个筛孔直径约等于最大孔径的筛子。在实验台上放置一个容器，用于收集过滤后的氯化钠。将筛孔最小的筛子放在该容器上方。

将筛孔较大的筛子置于上方备用，可使用高纯度或市售的氯化钠。取约 500 克氯化钠放入容器中，并倒入叠好的筛子中。随后振荡筛子约一分钟。振荡结束后，弃去最上层筛子中的内容物。

同时弃去底部容器中的氯化钠。中间筛网中的氯化钠在称重后将用于渗透实验。本视频中的实验同时使用了渗透级氯化钠和细氯化钠。

使用筛分法先收集150克浸润剂和氯化钠，再重复一次以收集100克细氯化钠。收集完氯化钠后，继续操作浸润模具。模具应清洁，不得残留之前使用时的任何杂质。

使用氮化硼气雾喷剂在圆柱体内壁形成一层薄涂层。待圆柱体干燥后，用细砂纸去除圆柱体两端残留的氮化硼，并准备好模具。操作时配合模具底座进行。

将石墨垫圈放置在底座的凹槽中。然后用锤子将模具圆筒的底部敲入垫圈上方的凹槽内，轻敲圆筒顶部，确保其牢固固定在底座中后再继续操作。现在取100克醋酸钠，倒入模具圆筒中。

将一根未切割的铝条放在顶部，用锤子轻轻敲击，以增加填充密度并使氯化钠表面平整。移除未切割的铝条，然后将待渗入的氯化钠倒入模具中。固定住圆筒上端，拿起底座轻轻晃动整个装置，直至氯化钠表面形成平整的顶部。

接下来，将制备好的铝棒放置在氯化钠预制件的上方。将带有垫圈的模具盖放在模具筒的顶部并固定。将模具运送至将要连接气体供应和真空泵的位置。

将模具穿入阀门系统的管道下方，然后将管道正确连接至盖子顶部。模具正上方的阀门用于控制模具的氩气流隔离以及与真空泵的连通。

最初，所有阀门应处于关闭状态。为测试模具密封性，打开通往模具和真空泵的阀门。抽真空至尽可能低的压力后停止，并检查压力损失速率。

测试完模具密封后，使用泵的泄压阀将系统恢复至环境压力。接着关闭通向真空泵的阀门。在模具仍连接于阀门系统的情况下，将模具移至预热好的炉膛中。

静置一小时。一小时后，开始渗透过程：关闭通往模具的阀门，系统中的所有阀门均应关闭。接着，打开通往氩气钢瓶的阀门。

为提供渗透压力，准备打开模具阀门。迅速打开模具阀门，等待一分钟。将模具从炉中取出，放置在冷却表面（此处为铜块）上。

接下来五分钟内，监测阿贡调节器上的压力，并调节阿贡装置以维持渗透压。当模具冷却至适当温度后，采取适当措施将其从阀门系统上拆下。完成后，将模具转移至工作台以取出样品。

在配备台钳的工作台上，将模具底座固定在台钳钳口中，拧下将盖子固定在圆筒顶部的紧固件。顶部移除后，使用锤子轻轻敲击模具圆筒，方向垂直于台钳钳口，以使模具圆筒与底座凹槽松脱。接着，松开台钳钳口，取下模具底座。

取出后，将模具底座放在一旁，准备将模具筒固定在台钳上。将模具筒夹紧在台钳中，使样品顶部残留的铝部分能够被锤子接触。轻敲样品顶部残留的铝部分，将其从模具筒中敲出。

回收的材料将具有泡沫样品，可使用带锯切割出所需高度的多余铝样品。在切割出所需高度的样品后，必须从预制体中去除氯化钠。为此，准备一个烧杯，加入足量的水以浸没泡沫，并在搅拌加热板上放入一个磁力搅拌子。

开始搅拌并加入泡沫。将温度设定为 60 摄氏度，并准备每 10 分钟更换一次水，直至泡沫中无残留氯化钠。该方案针对不同粒径的氯化钠颗粒重复进行了三次。

泡沫孔径范围分别为1毫米至约1.2毫米、1.4毫米至1.7毫米，以及2毫米至约2.4毫米。样品的平均孔隙率为70%。每个样品由99.95%的铝制成，直径为51毫米，高度约为25毫米。一旦掌握，若操作得当，该技术可在两小时内完成。