空心球金属泡沫是一种兼具功能和结构两层属性的新式功能资料，具有低密度、高能量吸收能力、高比强度和热传导性能等优点。因为其孔隙由球内的密闭孔隙以及烧结球体之间的孑Ｌ隙构成，因此，空心球金属泡沫兼具开孔和闭孔泡沫的特征。与传统的开孔和闭孔金属泡沫制备办法比较，空心球法适用合金范围广，并且因为其结构缺陷更简单操控以及孔隙尺度、散布的非恣意性，因此，采用空心球法制备的金属泡沫具有更优的力学性能，金属泡沫的机械性能和某些物理性能可以更精确的猜测。

金属泡沫的功能除受孔隙结构的影响以外，基体合金的性质也是影响金属泡沫功能的重要因素之一。本研讨采用空心球法制备的金属泡沫选取了Ｋ４０５合金粉为原材料。Ｋ４０５合金是以多种金属元素归纳强化的镍基铸造高温合金，具有较高的中、高温耐久功能，其机械功能和物理功能参数如表１所示。基体功能的进步必将进步金属泡沫的功能及使用的温度规模，在发动机、燃烧室等高温环境下的缓冲防护、降噪、隔热等方面有潜在应用。

1实验方法

１．１体心结构的Ｋ４０５合金空心球泡沫的制备选用超音雾化沉积法制备Ｋ４０５合金粉成分如表１所示，其形状如图１所示，粉末呈球形。选用ＧＳＬ．１０１ＢＩ激光粒度散布测量仪对合金粉粒度进行精确分析测定，粉末粒度主要散布在１０～３８肛ｍ这个区间内，其平均直径为２２．２１ｍ。

空心球法是一种根据单孔成型孔隙操控的泡沫金属制备工艺。首先以聚乙烯醇为粘结剂装备粉浆：根据确认的液固比对Ｋ４０５合金粉和粘结剂进行精确称重，在拌和的效果下，先向粘结剂中加入消泡剂和分散剂，拌和均匀成混浊状后，再向粘结剂中逐渐加入Ｋ４０５合金粉，悉数加入后，持续拌和３０ｍｉｎ，以使Ｋ４０５合金粉与粘结剂充分润湿。然后以直径为3.2~3.3ｍｍ的聚苯乙烯球为造孔剂，将其浸入装备好的粉浆中，使其外表涂覆一层粉浆后，将湿球按体心立方结构排布，干燥后即可获得用于烧结前的球坯。粉浆的粘度操控是其间的关键工艺，经试验优化，最终确认粉浆配比：粘结剂浓度为３％（质量分数，下同），液固比为２５％，占粘结剂质量０．５％的分散剂海藻酸钠和０．５％的消泡剂正辛醇，并且将环境温度控制在６０℃左右，以进步干燥速度，进一步降低粉浆的流动，从而使聚乙烯球表面涂覆的粉层愈加均匀。采用ＺＲＹ４５Ａ型多功能真空热处理炉真空烧结堆跺好的球坯（如图２所示）。为防止升温速度过快导致短时间内有很多气体溢出而使球坯的结构遭到损坏，初始升温速度设为５℃／ｍｉｎ，在３００℃保温４０ｍｉｎ以分解有机粘结剂和造孔剂，随后升温速度进步到１０℃／ｍｉｎ，快速升温至１１５０℃，烧结１５０ｍｉｎ后随炉冷却，制得BCC结构的Ｋ４０５合金空心球泡沫。

1实验办法

选用线切割加工以防止孔壁被破坏，并保证各端面的平整度以及相邻端面之间的笔直度，将空心球泡沫切割成长方体，使用直接称重体积计算法测量泡沫的密度，并选用下式计算泡沫的孔隙率臼

（１）０ｓｖｐｓ中Ｍ代表泡沫试样的质量，矿代表泡沫试样的体积，ｐ＋，ｐ。分别代表泡沫和基体合金实体资料的密度。金相试样首先灌入环氧树脂密闭孔隙，再依照标准金相程序磨至１２００４砂纸后抛光，在ｓ．５７０型扫描电子显微镜下调查组织形貌。紧缩实验在ＩＮＳＴＲＯＮ一５５６９万能资料实验机上进行，紧缩试样的尺度为２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍ，压头移动速率为０．０２ｍｍ／ｓ，压缩总变形量不超越６０％。

２结果与分析

２．１Ｋ４０５合金空心球泡沫的微观分析

Ｋ４０５’合金空心球泡沫线切割后的整体形貌如图３ａ和３ｂ所示。虽然孔壁壁厚存在一定程度的动摇，但空心球泡沫的孔隙结构基本保持完整，泡沫的平均孔径约为３ｍｍ，壁厚约为０．１ｍｍ。从图３ｃ中可以看出，空心球壳的内表面完整，无明显的结构缺点。

研究标明，显微安排也会影响金属泡沫的力学性能。图４为Ｋ４０５合金泡沫孔壁处的ＳＥＭ照片。从图４中可以看出，１１５０℃下烧结１５０ｍｉｎ后，泡沫基体合金比较细密，无显着孔洞。图５为Ｋ４０５合金泡沫的ＸＲＤ图谱。由图５可知，其基体由ｙ固溶体和ｙ、相两相构成，分出物为心型碳化物，在基体上弥散分布，呈块状或细微颗粒状，尺度一般小于５Ｈｍ。

１．２

Ｋ４０５合金空心球泡沫的紧缩性能研讨

图６为Ｋ４０５合金空心球泡沫试样的紧缩应力．应变曲线。由图６可见，试样的紧缩变形行为根本一致，紧缩曲线具有泡沫紧缩变形时的典型特征，由弹性区、渠道区和细密化区构成。因为当前对泡沫材料紧缩强度的界说并不清楚，本文选取最高的屈服点氏和低的屈服点０１的平均值％ｌ作为屈服强度＋，吼。别离代表泡沫和实体资料的屈从强度。表３为理论屈从强度与测量屈从强度质的比较。由表３可知，Ｋ４０５合金泡沫的紧缩功能超过了理论值的７５％，考虑到式（２）的计算值是建立在不考虑缺点并

针对屈从强度对空心球壳衔接角度和孔壁相对厚度进行优化后的结果，因此本办法制备的Ｋ４０５合金泡沫图７Ｋ４０５合金泡沫的紧缩断口描摹具有较好的力学功能。

３Ｋ４０５空心球泡沫损坏进程分析

图７为Ｋ４０５合金空心球泡沫紧缩断口的ｓＥＭ照片。从图７中可以看出，其断口为脆性解理开裂。在压应力作用下，基体合金中弥散分布的艘型碳化物

阻止了位错的运动，导致应力会集，裂纹在孔壁的缺壁的脆性开裂。结合图６所示的Ｋ４０５空心球泡沫的紧缩应力应变曲线，当空心球泡沫紧缩时，其损坏过程如图８所示［１２１，在接受较小的紧缩应力时，在压头处泡沫首要发生弹性变形，跟着应变的增加，应力几乎成比例增加；当外加应力进一步增大，超过发生弯曲变形的临界应力时，球形孔壁发生塑性曲折变形，由于制作进程中不可避免地存在孑Ｌ壁厚度的波动，球壳间衔接颈尺寸的不一致，以及缺陷的存在，导致塑性变形的不同时性。因而，跟着紧缩应力进一步增大，在最弱的空心球壳结构处发生损坏，孔壁发生开裂变形（如图９ａ），导致含有该孔壁且与紧缩方向笔直的平面发生应力会集，处于同层的空心球壳结构被敏捷破坏，反映到应力一应变衄线上，即经过弹性阶段后，随着应变的增加，紧缩应力由吼降至叨，孔壁的损坏使作用在该层的紧缩应力暂时得到了开释。跟着紧缩的进一步进行，损坏的孔壁之间的触摸面积逐渐增大，紧缩应力经过现已发生变形的泡沫部分传给未变形的部分，损坏在新的层内进行并重复上述进程，从而使得Ｋ４０５合金空心球泡沫从压头处开始向远离压头部分的方向逐渐发生变形，在靠近压头的部分，泡沫的总体变形主要由局部开裂发生，在远离压头处，则以曲折变形为主，在应力．应变曲线上表现为平台区；当紧缩应力超越一定值后，在全体紧缩方向上空心球壳结构均发生变形，紧缩进入到细密化区，（如图９ｂ所示）。泡沫体中存在的孔洞被破坏压实，进一步的应变越来越多的由基体资料自身所提供，加工硬化现象变得明显，紧缩应力增长速度变快。

3.结论

１）采用空心球法可制备出密度分别为０．９８７，０．９９９，１．０８５ｇ／ｃｍ３的Ｋ４０５合金ＢＣＣ结构的空心球泡沫，平均孔径约３ｍｍ，壁厚约０．１ｍｍ。

２）Ｋ４０５合金空心球泡沫的压缩应力应变曲线基本一致，表明本方法制备的空心球泡沫重现性好，屈服强度大于２５ＭＰａ，并随泡沫密度的添加而添加。

３）ＢＣＣ结构的Ｋ４０５合金空心球泡沫压缩时呈逐层损坏的形变特征，断曰为脆性解理断裂。