ZrH_2颗粒热分解行为及对泡沫铝元素分布的影响

第10卷第2期 过 程 工 程 学 报 Vol.10 No.2 2010年4月 The Chinese Journal of Process Engineering Apr. 2010

ZrH2颗粒热分解行为及对泡沫铝元素分布的影响

李大武， 王 克， 孙 挺， 姚广春， 李 杰

(1. 东北大学理学院，辽宁 沈阳 110004；2. 东北大学材料与冶金学院，辽宁 沈阳 110004)

1

1

1

2

1

摘 要：利用程序升温热重法研究了ZrH2颗粒在铝熔体中的热分解行为，考察了升温速率对其分解的影响，分析了分解过程中的动力学与热力学特征及发泡气体与铝熔体之间可能存在的反应，制备出了平均孔径1.3 mm的泡沫铝产品，研究了ZrH2颗粒在熔体中的分散对泡沫铝元素分布的影响. 结果表明，ZrH2于500℃出现较小的吸热峰，750℃时出现尖锐吸热峰；升温速率较低时，ZrH2的氧化符合化学反应控制模式，升温速率较高时，符合固体产物层扩散控制模式. Zr和Ca元素在泡沫铝中的分布有明显差别，气泡集体上浮是主要原因. 关键词：ZrH2；热分解；泡沫铝；气固反应

中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1009 606X(2010)02 0298 06

1 前 言

泡沫铝具有轻质、理想的能量吸收性、制备成本低、吸音、阻尼、可在较高温下使用、可回收等优点，在汽车、建筑、机械、包装等行业有巨大的潜在应用前景[1]. 熔体发泡工艺在工业化生产方面应用广泛，该法在熔融金属中加发泡剂，搅拌均匀后加热使发泡剂分解产生气体，气体膨胀使金属液体发泡，冷却后即得泡沫固体.

在众多氢化物中，TiH2和ZrH2是最佳发泡剂[2]，与铝金属的原因是其在400~600℃释放出发泡气体H2，

熔点(660℃)和AlSi7合金的熔点(577℃)较接近. 工业生产中，考虑到成本和资源等因素，TiH2应用较普遍，因此国内外发泡剂研究通常集中在TiH2. 罗洪杰等[3]测定了TiH2在620~720℃温度下的分解曲线，发现TiH2的分解反应与温度和时间有关. Cao等[4,5]采用熔体发泡法制备泡沫铝，TiH2作为发泡剂. 现在已经能批量生产泡沫铝材[6]. Matijasevic等[7]通过热重 质谱联用方法研究了ZrH2的分解行为，并对ZrH2粉末在400, 480和520℃进行预处理，发现其分解行为明显变化，处理后的ZrH2制备的泡沫铝合金孔径均匀，孔型呈圆形. Gergely等[8]在铝金属熔体中加入CaCO3作为发泡剂，搅拌40~90 s后室温下冷却制备泡沫前驱体，在650~750℃下保温15 min，发泡剂分解，制备出了孔径均匀、高孔CaCO3更适合泡沫铝的隙的泡沫铝材料. 与TiH2相比，

制备，原因在于CaCO3的分解行为与TiH2不同. 为改善CaCO3与铝液的润湿效果，Nakamura等[9]采用氟化改性后的产物在铝液中物涂覆方法对CaCO3进行改性，

分散均匀，缩小了泡沫铝的孔径，平均孔径为1.1 mm，

表明涂覆方法较适合泡沫铝的生产. 由于TiH2高温分解过快，难以控制分解速度以获得均匀的泡沫铝材，且使用TiH2过程中仍存在分解温度与铝熔点温度失配问题，这是导致泡沫铝制品孔洞结构难以控制的最大障碍之一. 延迟TiH2的分解过程是改善该问题的重要途径，解决方式是对发泡剂进行预处理[10,11]，

国内外研究表明，泡沫铝合金熔体泡沫化过程与发泡剂的热分解反应特性密切相关，发泡剂分解对泡沫铝的生产有重要影响，发泡剂热分解产生的H2是铝合金泡沫化的驱动力，分解直接关系到熔体中气泡的形成、生长及泡孔直径和孔壁厚度等. 不同种类的发泡剂释气方式不同，进而造成发泡结果的差异，深入研究发泡剂的热分解特性有助于更好地控制泡沫铝合金的孔结构. 添加发泡剂的过程实质是温度瞬间增大的过程，其对发泡剂分解会有一定的影响. 本工作从微观动力学角度出发，研究了升温速率对ZrH2热分解动力学的影响，并结合未反应核模型[12,13]探讨了分解行为对泡沫铝泡沫区和无泡层影响的原因.

2 实 验

2.1 实验原料

ZrH2粉末颗粒[粒度74 μm, Cl<0.02%, Fe<0.2%, Ca<0.02%, Mg<0.1%(ω)，锦州金属材料厂]，工业纯铝[Al>99.85%(ω)，抚顺铝厂]；金属钙[Ca>98%(ω)，河南省鹤壁市鑫汇镁业有限公司]. 2.2 实验装置

热分析仪器采用美国SDTQ600V8.1热分析系统，SRJG-5-10型坩埚电阻炉，D120-2F电动搅拌机，日本

收稿日期：2009 10 29，修回日期：2010 01 21

基金项目：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2004AA33G060)

作者简介：李大武(1980 )，男，吉林省四平市人，博士研究生，材料物理与化学专业；孙挺，通讯联系人，E-mail: sun1th@.

第2期 李大武等：ZrH2颗粒热分解行为及对泡沫铝元素分布的影响 299

理学100E X射线荧光光谱仪. 图1为实验装置图. 1. Resistance furnace 2. Heating element

3. Temperature controller 4. Electric motor 5. Speed controller 6. Bracket 7. Crucible 8. Al melt

9. Stirring paddle

10. Resistance wire

图1 铝熔体发泡实验设备示意图

Fig.1 Schematic diagram of experimental apparatus

2.3 实验方法

气氛为高纯氩气，流速25 mL/min，试样量12~22 mg，Al2O3坩埚，温度为室温至900℃. 在坩埚中放入一定量样品，在氩气气氛下分别以10, 20, 30, 40℃/min的升温速率进行热重分析. 称取纯铝约650 g，在电炉中熔化，加入2.5%(ω)增粘剂钙，降温至680℃后保温，温度稳定一段时间后加入0.6%～1.5%(ω) ZrH2粉末，1000 r/min速度下搅拌90～180 s，室温下冷却得到泡沫铝制品. 实验方法见文献[4]. 将制备的泡沫铝产品线切割，孔径及平均孔径等参数用图像分析软件Image 5.0进行处理分析

[14]

，并对泡沫铝纵切面的上、中、下及无

泡层等部位采用荧光光谱仪进行元素含量分析，考察发泡剂分解对元素分布的影响.

3 结果与讨论

3.1 熔体中可能发生的反应

当熔体中添加发泡剂颗粒后，ZrH2受热即分解释放出H2，同时伴随氧化反应发生，可能发生的反应如下，相关化学物质的热力学参数见文献[15,16].

ZrH2(s)=Zr(s)+H2(g), ΔG0=169.0 0.1347T (kJ/mol), (1)

ZrH2(s)+O2(g)=ZrO2(s)+H2(g),

ΔG0= 931.6+0.0591T (kJ/mol), (2)

2Al(l)+1.5O2(g)=Al2O3(s), ΔG0= 1676.49+0.3134T (kJ/mol), (3)

3ZrO2(s)+4Al(l)=3Zr(s)+2Al2O3(s),

ΔG0= 51.18+0.04544T (kJ/mol), (4)

Zr(s) + 3Al(l) =ZrAl3(s), ΔG0= 41.0+0.0387T (kJ/mol), (5) Ca(l)+4Al(l)=Al4Ca(s), ΔG0= 196.65+0.00293T (kJ/mol). (6)

图2为上述各反应在实验温度范围内的反应自由能变化曲线，从图可知，在实验温度范围内，式(2)～(6)的ΔG0均小于0，即上述反应理论上处于热力学不稳定状态，在热力学上是可能的. 对反应(1)，热力学上只有

操作温度达到981℃时ZrH2才能分解，而实际上添加发泡剂过程中颗粒表面易吸附一定量氧气，导致反应(2)发生，在熔体化过程中这种反应很难观察到，但实际上是存在的. Al2O3颗粒的生成对泡沫的稳定性起了至关重要的作用，同时发泡剂本身分解也有金属及氧化物生成，其在泡孔内壁及孔墙(两孔之间的界面)和普拉托-吉布斯边界(三孔之间的界面)内部均有分布，对熔体起到部分增粘作用[8].

200 0

, no-200it ai)

rl-400ao

v m y/-600gJrke(-800 n0 eG sΔ-1000 bb-1200i G-1400

-1600

100200300400500600700800900

Temperature (℃)

图2 熔体中可能发生的反应的吉布斯自由能变化

Fig.2 Gibbs energy variation of occurred reactions in the melt

3.2 动力学分析

图3是不同升温速率时ZrH2分解的热重曲线，表明ZrH2颗粒在低于200℃时基本不增重，

高于200℃后逐渐开始增重且曲线斜率基本保持一致. 650℃后曲线发生转折，且随升温速率增加失重愈加明显. 升温速率为10℃/min时有2个吸热峰，540℃对应宽且较小的吸热峰，表明此时开始分解；730℃时对应尖锐的吸热峰，表明分解更剧烈. 从图还可以看到，随升温速率增加，ZrH2的第一吸热峰越来越明显且向低温移动，第二吸热峰则向高温区移动.

0 -10 )

g/ W-20( wol-30f tHeating rate (℃/min)a e 10H-40 20 -50 30 -60

200400600800

Temperature (℃)

图3 升温速率对ZrH2分解行为的影响 Fig.3 Effect of heating rate on decomposition

temperature of ZrH2

300 过 程 工 程 学 报 第10卷

实验中发现，ZrH2颗粒反应后本身的体积几乎不发生变化，这一特点符合有固体产物层的收缩未反应核模型[12,13]. 随反应进行，未反应的核不断缩小，而整个颗粒的尺寸可能变化也可能不变化. 当气体流速较快时，固体外表面上的气体滞留膜变得较薄，气膜的扩散阻力变得很小，以致可以忽略，因此采用未反应核模型的化学反应控制和固体产物层扩散控制模型对ZrH2反应过程进行进一步的动力学分析.

化学反应受以下3个过程控制：(1)热传递. 与颗粒表面的热传递和通过产物层向反应界面的热传递(气体滞留膜扩散控制); (2)化学反应过程(化学反应控制); (3)H2在颗粒内部和离开颗粒后的的扩散(固相产物层内的扩散控制).

细ZrH2颗粒由于粒径较小，H2扩散阻力小. Irfan等[17]研究表明，当样品用量小于40 mg时，热质传递的阻力可以忽略. 在许多气 固反应体系中，固体产物包围着尚未反应的固体反应物，形成固体产物层，这是由产物和反应物的相对密度决定的. 反应发生在固相产物与未反应核之间的明显界面上，即发生在它们之间的一条狭窄的区域中，所得固相产物可能是多孔或致密的，但致密的必须能允许气相反应物向内渗透. 总反应进程由界面上的化学反应步骤和气体反应物穿过固体外表面和固体产物层的扩散步骤构成，由化学反应步骤或扩散步骤控制或二者共同控制，动力学方程采用采用如下通式(推导过程详见文献[12,13])：

g 1

Fp(xB)=1 (1 xB)Fp, (7)

PFp(xB)=xB2 (Fp=1), (8)

PFp(xB)=xB+(1 xB)ln(1 xB) (Fp=2), (9) PFp(xB)=1 3(1 xB)2/3+2(1 xB) (Fp=3), (10)

其中，gFp(xB)为化学反应转化率函数, PFp(xB)为内扩散转化率函数，XB为分解率，Fp为颗粒形状，无限大平板为1，圆柱体为2，立方体取3.

结晶 化学反应环节和内扩散控制环节的速度方程为

gFp(xB)=Kt, PFp(xB)=Kt, (11)

式中，K为反应速率常数(s 1)，t为时间(s).

判断发泡剂化学反应是结晶化学反应控制还是内扩散控制的标准是式(11)中函数是否与时间t成线性关系. 当gFp(xB)与t成线性关系时反应处于结晶化学反应阶段，当PFp(xB)与t成线性关系时处于内扩散控制阶段.

按式(7)～(10)计算出不同升温速率下的分解率XB，并通过式(11)进行判断，线性拟合结果如表1所示. 当

升温速率为10和20℃/min时，xB, 1 (1 xB)1/2, 1 (1 xB)1/3与t线性关系较好，相关系数R>0.99，而升温速率为30和40℃/min的线性相关系数较小；当升温速率为30和40℃/min时，xB2, 1 3(1 xB)2/3+2(1 xB), xB+(1 xB)ln(1 xB)与t成线性关系，线性相关系数均在0.99左右，而升温速率为10和20℃/min时三者不满足线性关系. 因此，当升温速率较低时，ZrH2的分解在铝熔体中符合化学反应控制模式，化学反应阻力较大；当升温速率较高时，ZrH2的分解符合固体产物层扩散控制模式，

固体产物层扩散阻力较大. 原因是升温速率较快时，颗粒表面能很快生成一层ZrO2膜，有氧时ZrH2处于热力学不稳定状态，阻止了氧气向内扩散到未反应核界面上和反应生成的氢气通过产物层扩散到表面；而升温速率较慢时，氧化膜生成较慢，对气体扩散影响不大. 熔体发泡法制备泡沫铝过程中，添加发泡剂步骤可以认为是高升温速率过程，由此判定在熔体化过程中ZrH2的分解过程受固体产物层扩散控制.

表1 不同升温速率下函数与t的线性相关系数 Table 1 The R of functions with t at different heating rates

Function

Heating rate (℃/min)

10 20 30 40 xB 0.9909 0.9974 0.94220.9442

1 (1 xB)1/2

0.9903 0.9974 0.94330.9443

1 (1 xB)1/3

0.9727 0.9974 0.94740.9443xB2 0.9189 0.9476 0.98780.9924

1 3(1 xB)2/3

+2(1 xB) 0.9184 0.9474 0.98790.9925xB+(1 xB)ln(1 xB) 0.9486 0.9475 0.98790.9924

3.3 泡沫铝样品的制备

图4为以纯铝为原料采用熔体发泡法所制泡沫铝的照片及孔径分布. 由图4(a)可见，泡孔较小而均匀. 图4(b)和4(c)分别为图4(a)中位置b和c的平均孔径分布，平均孔径为1.3 mm左右. 熔体发泡法制备泡沫铝过程中，发泡温度一定要高于合金熔点，同时还要考虑发泡温度(T)与发泡剂最大分解温度(Tm)的匹配问题[2]，原则上T要靠近同时区别Tm才能获得较好的发泡效果. 如果选择在Tm时发泡，由于此温度下发泡剂分解很剧烈，造成实验难以控制. 因此ZrH2发泡温度宜在660～720℃之间，避开了发泡剂前后最大分解温度(540和730℃)，可在达到最大分解速率前将发泡剂搅拌进熔融铝液中，易于实验操作，同时可较好地控制搅拌时间和孔径.

图5(a)显示泡沫铝粉末中金属铝的衍射峰，表明主要物相为金属铝. 图5(b)为图5(a)中圆形区域的XRD谱，表明存在Al4Ca和Al3Zr物相，未见明显的氧化物衍射峰，可认为其含量少而难以检出. 金属间化合物的熔点较高且以颗粒形式存在，有利于泡沫的成型和稳定.

第2期 李大武等：ZrH2颗粒热分解行为及对泡沫铝元素分布的影响 301

(a) Morphology of aluminum foam

Aperture probability (%)

1614121086420

Equivalent diameter

Aperture cumulative scores (%

)

18

100806040200

Equivalent diameter

Equivalent diameter (mm)

1. 0~0.25 2. 0.25~0.5 3. 0.5~0.75 4. 0.75~1.0 5. 1.0~1.25 6. 1.25~1.5 7. 1.5~1.75 8. 1.75~2.0 9. 2.0~2.25 10. 2.25~2.5 11. 2.5~2.75 12. 2.75~3.0

图4 熔体发泡工艺所制泡沫铝的宏观形貌及孔径分布

Fig.4 Optical photograph of aluminum foam sample prepared and distributions of pore diameters

3500030000Intens ity (a.u.)

25000200001500010000

■

(a)

■

Intens ity (a.u.)

Al

●Al3Zr▲AlCa4

■

■

■

■

5000

10

20

●●

●●

304050 )

2θ (

o

60708090

11001000900

●

(b)

●▲

Al3ZrAl4Ca

●

▲

800700600

10

15

▲

▲

▲

202θ ( )

o

253035

图5 泡沫铝粉末的XRD谱

Fig.5 XRD patterns of aluminum foam powder

3.4 分解行为对Zr和Ca元素分布的影响

取泡沫铝纵切面上4个不同部位[见图4(a)中a, b, c, d]进行样品元素分析，结果见表2. b, c, d处是泡沫铝的发泡区，平均孔径约1.25～1.33 mm左右，是泡沫铝的可利用部分，其中Zr元素含量趋于一致，误差不超过1.65%，可以认为Zr元素没有显著性差异；e部位为制备泡沫铝过程中泡沫排液形成的无泡层(Bubble-free layer)，是泡沫铝的不可利用部分，该部位Zr元素含量较少，基本以铝基体为主. Ca的分布也是无泡层含量少于泡沫区，但变化没有Zr那么大. 泡沫体中的Zr和Ca元素分别是无泡层中的8和3.3倍.

表2 泡沫铝中元素分布

Table 2 The distributions of elements in aluminum foam

体颗粒之间有相对运动时，将发生动量传递，颗粒表面对流体有阻力，流体则对颗粒表面有曳力，流体流动对颗粒表面的总曳力U为摩擦曳力与形体曳力之和，单颗粒(或充分分散、互不干扰的颗粒群)在流体中自由沉降时在所受合力方向上产生加速度，如图6所示，颗粒沉降(上浮)速率u满足Navier Stockes定律：

u=2r2(ρ ρ0)g/(9η), (12)

式中，r为颗粒半径，ρ为为发泡剂颗粒密度(kg/m3)，ρ0为金属密度(kg/m3)，g为重力加速度(9.8 N/kg)，η为流U为总体粘度系数(Pa s). 图6中F(=4πR3ρ0g/3)为浮力，曳力，G(=4πr3ρg/3)为重力.

Al密度为2.7 g/cm3，700℃ZrH2密度为5.61 g/cm3，

[18]

ZrH2下添加1.5%(ω) Ca的液态铝的η为0.08565 Pa s，Position Zr (%, ω) Ca (%, ω)

b 1.21 1.792

单个颗粒直径为74 μm，计算得u=1.014×10 4 m/s，

c 1.23 1.781 d 1.22 1.780 Re<0.2，可见颗粒在熔体中具有较大的沉降速率，不易e (Bubble-free layer) 0.153 0.546

分散. 搅拌后颗粒开始分解，形成气泡核，由于ZrH2的分解反应受固体产物层扩散控制，反应在未反应核表面进行很快，气体通过扩散沿着颗粒边界非均相形成气

分析认为泡沫体和无泡层中元素分布不同主要与发泡剂的分解与颗粒在熔体中的运动有关. 当流体与固

302 过 程 工 程 学 报 第10卷

图6 熔体中颗粒受力示意图

Fig.6 Schematic diagram of forces acting on a particle

泡核，图6可以表明这一趋势. 随气泡核长大，形成气泡核后的沉降(上浮)速率(忽略气泡重力)为

u=(2g/9η)(ρ0R2

ρr3

/R), (13)

式中，R为气泡半径. 当u=0时，R=47 μm，即气泡上浮极限半径为47 μm. 当释放的气体环绕在发泡剂颗粒的未反应核表面上、同时R达47 μm时，气泡就会上浮，可见气泡在熔体中上浮的趋势非常明显.

图7表明，随气泡长大，其上浮速率增大，当气泡半径从500 μm增加到1000 μ mm时，气泡上浮速率从0.019 m/s增加到0.068 m/s. ZrH2分解初始，

气体沿着未反应颗粒表面分散，发泡剂被吸附在气泡壁上，最终将未反应颗粒包围，形成图6的模式. 当气泡上浮趋势明显时，气泡上浮的同时必然带动剩余未反应核向上漂浮，进而导致泡沫区Zr元素含量多于无泡层. Ca元素在熔体中实际起增粘作用[18]，

其在铝液中主要以金属间化合物CaAl4和CaAl2存在[19]. 金属间化合物具有较高的熔点，在熔体中以半固态存在，颗粒细小. 添加发泡剂、ZrH2分解、直到气泡达到最终动态平衡的过程中，CaAl4和CaAl2颗粒也会吸附在气泡表面并随气泡上升，导致泡沫区Ca元素含量多于无泡层. 而随搅拌进行ZrH2颗粒分解也在持续发生，未分解的ZrH2颗粒易被

0.16

)

s

/0.14

m( 0.12y tic0.10o lev0.08 y

cn0.06

ay o0.04uB 0.02

0.00

02004006008001000120014001600

Radius (μm)

图7 上浮速率随气泡半径的变化

Fig.7 Variation of buoyancy velocity with the bubble radius

气泡捕捉而随气泡上升，导致泡沫体中的Zr元素是无泡层中的8倍. 可见气泡上浮是元素含量不同的主要原因.

为进一步验证该模型，在制备泡沫铝的过程中，转移熔体后采用瞬间骤冷方法[20]，

并取不同部位的样品进行Zr和Ca元素定量检测，结果发现元素含量较接近，

没有显著差异，这也表明气泡上浮是元素偏析的主要原因. 由于不同基体对泡沫铝性能有显著影响[21]，因而在泡沫铝性能实验研究中要考虑基体元素的影响.

4 结 论

以ZrH2为发泡剂，采用熔体发泡法制备小孔泡沫铝，产品平均孔径为1.3 mm. 分析了ZrH2分解过程中的动力学与热力学特征、发泡气体与熔体之间可能存在的反应及泡沫铝的孔径分布和不同部位的元素含量. 通过研究得出如下结论：

(1)ZrH2在500℃出现较小吸热峰，

在750℃时出现尖锐吸热峰，是熔体发泡法制备泡沫铝的理想发泡剂.

(2)升温速率对ZrH2热分解有较大影响，升温速率高时，熔体化过程中ZrH2的分解反应主要受固体产物层扩散控制.

(3)气体通过扩散沿着颗粒边界非均相形成气泡核，随气泡半径增大，气泡包裹未分解的颗粒上浮，导致泡沫铝产品中Zr和Ca元素分布出现差异.

参考文献：

[1] Banhart J. Manufacture, Characterisation and Application of Cellular

Metals and Metal Foams [J]. Prog. Mater. Sci., 2001, 46(6): 559 632. [2] Zeppelin F V, Hirscher M, Stanzick H, et al. Desorption of Hydrogen

from Blowing Agents Used for Foaming Metals [J]. Compos. Sci. Technol., 2003, 63(16): 2293 2300.

[3] 罗洪杰，吉海宾，杨国俊，等. 氢化钛的分解行为及其在制备泡

沫铝中的应用 [J]. 东北大学学报, 2007, 28(1): 87 90.

[4] Cao Z K, Li B, Yao G C, et al. Fabrication of Aluminum Foam

Stabilized by Copper-coated Carbon Fibers [J]. Mater. Sci. Eng. A, 2008, 486(1/2): 350 356.

[5] 郭志强，姚广春，尉海军，等. 泡沫铝材的泡体演化过程 [J]. 过

程工程学报, 2006, 6(6): 978 982.

[6] 王兵. 新型泡沫铝材料日前在东北大学研制成功 [J]. 功能材料信

息, 2006, 3(4): 41.

[7] Matijasevic B, Oliver G, Helmut S. Zirconium Hydride A Possible

Blowing Agent for Making Aluminium Alloy Foams [A]. Nakajima H, Kanetake N. Porous Metals and Metal Foaming Technology [C]. Sendai: The Japan Institute of Metals, 2006. 107 110.

[8] Gergely V, Curran D C, Clyne T W. The Foamcarp Process: Foaming

of Aluminium Mmcs by the Chalk Aluminium Reaction in Precursors [J]. Compos. Sci. Technol., 2003, 63(16): 2301 2310. [9] Nakamura T, Gnyloskurenko S V, Sakamoto K, et al. Development of

New Foaming Agent for Metal Foam [J]. Mater. Trans., 2002, 43(5): 1191–1196.

第2期 李大武等：ZrH2颗粒热分解行为及对泡沫铝元素分布的影响 303

[10] Matijasevic L B, Banhart J, Fiechter S, et al. Modification of

Titanium Hydride for Improved Aluminium Foam Manufacture [J]. Acta Mater., 2006, 54(7): 1887–1900.

[11] 方吉祥，杨志懋，丁秉钧. SiO2/TiH2包覆粉体的制备及其释氢特

性 [J]. 高等学校化学学报, 2005, 26(7): 1225 1227.

[12] Shunji H, Shinji O, Jiro K, et al. Gas–Solid Reaction Model for a

Shrinking Spherical Particle with Unreacted Shrinking Core [J]. Chem. Eng. Sci., 2005, 60(18): 4971–4980.

[13] 莫鼎成. 冶金动力学 [M]. 长沙：中南工业大学出版社, 1987.

179–208.

[14] 周向阳，刘希泉，李劼，等. 泡沫铝泡体均匀性的定量表征 [J]. 中

国有色金属学报, 2008, 18(1): 85–89.

[15] 华一新. 冶金过程动力学导论 [M]. 北京：冶金工业出版社, 2004.

218–301.

[16] 李华昌，符斌. 实用化学手册 [M]. 北京：化学工业出版社, 2006.

222–247.

[17] Irfan A, Gulsen D. Calcination Kinetics of High Purity Limestones

[J]. J. Chem. Eng., 2001, 83(2): 131–137.

[18] 戴戈，何德坪，尚金堂. 铝合金熔体泡沫化过程中粘度的变化 [J].

材料研究学报, 2005, 19(1): 35–41.

[19] Babcsan N, Leitlmeier D, Banhart J. Metal Foams High

Temperature Colloids: Part I. Ex situ Analysis of Metal Foams [J]. Colloids Surf. A, Physicochem. Eng. Aspects, 2005, 261(1/3): 123–130.

[20] 杨东辉. 氢化钛热分解反应动力学与铝合金熔体泡沫化过程研

究 [D]. 南京：东南大学, 2005. 70–78.

[21] 许玲，黄笑梅，程和法. 几种不同性质基体泡沫铝的压缩性能研

究 [J]. 合肥工业大学学报(自然科学版), 2003, 26(5): 138–141.

Thermal Decomposition Behavior of ZrH2 Particles and Its Effect on

Distributions of Elements in Aluminum Foam

LI Da-wu1, WANG Ke1, SUN Ting1, YAO Guang-chun2, LI Jie1

(1. College of Sciences, Northeastern University, Shenyang, Liaoning 110004, China;

2. School of Materials and Metallurgy, Northeast University, Shenyang, Liaoning 110004, China)

Abstract: Thermal decomposition behavior of zirconium hydride was studied by using temperature-programmed thermogravimetry. The thermodynamic and kinetic characteristics and potential reactions in the foaming process were analyzed. The aluminum foam with small pore diameter was prepared. The effect of ZrH2 particles dispersion on elemental distributions in aluminum foam was investigated. The results indicated that decomposition behavior of ZrH2 was controlled by chemical reaction process under low heating rate, but controlled by diffusion of solid product under high heating rate. The distributions of metal elements were impacted by thermal decomposition of ZrH2, the bubbles floating upward led to the non-uniform distribution of Zr and Ca elements. Key words: zirconium hydride; thermal decomposition; aluminum foam; gas–solid reaction

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