泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備方法
2023-05-17 07:56:11 2
專利名稱：泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備方法
技術領域：
本發明屬於多孔金屬材料領域，特別是泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備工 藝方法。
背景技術：
通常方法製備的泡沫鋁的外觀多為板材、棒材圓柱體等規則形狀，需要對其進一 步加工來獲得實際應用所需要的形狀。傳統的機加工會導致工件表面的扭曲或破壞，而精 密電切削、化學碾磨和水射流切削等方法同樣會在切割面留有開孔和粗糙的表面，造成局 部的損壞，既影響泡沫鋁的性能又提高了成本。泡沫鋁異形件的淨成型製備，可簡化製備工 序，提高生產效率，降低泡沫鋁異形件的製備成本，滿足特殊用途需要。目前公知的泡沫鋁異形件製備方法是二次發泡法(Two step foaming processing)，其主要工藝過程為通過粉末冶金方法或熔鑄方法獲得含一定比例發泡劑 TiH2的發泡先驅體，發泡先驅體在一定溫度下在型模中進行二次發泡得到泡沫鋁異形件。 其共同點是(1)首先必須獲得發泡先驅體再進行二次發泡，都採用了較昂貴的TiH2作為 發泡劑。從熔鑄途徑獲得發泡先驅體的方法，由於發泡劑TiH2必須在高溫熔體中進行攪拌 分散，存在TiH2分散困難及TiH2過早、過快分解等問題，給泡沫鋁異形件的孔結構控制帶來 不便；從粉末冶金途徑獲得發泡先驅體的方法，受粉末原料成本及加工工藝本身的限制，存 在成本高、產量低、難以製備大體積構件等缺陷。另(2) 二次發泡前需要對發泡先驅體進行 機械加工，以獲得以發泡型模相適應的基本形狀，也是高製作成本的原因之一。本發明不需製備發泡先驅體，也不需要發泡劑，可在短時間內通過一次性發泡製 備泡沫鋁/鋁合金異形件，具有短流程、低成本、高效率的特點。
發明內容
本發明提供了一種泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備方法，其技術方案包括 以下工藝步驟(1)鋁/鋁合金熔體的增粘採用的原料為鋁/鋁合金，鋁/鋁合金加熱到其熔點 以上20-100°C熔化、保溫30min.，後在鋁/鋁合金熔體中添加鋁/鋁合金熔體重量5-15% 的SiC顆粒，以1500轉/分的攪拌速度攪拌10-30分鐘，使鋁/鋁合金熔體的粘度提高到 1. 4-1. 8mPas ；(2)初始氣體的引入及均勻化處理往增粘的鋁/鋁合金熔體中注入熔體體積 5-10%的氣體，以1000-3000轉/分的攪拌速度攪拌3-6分鐘，使氣體以微小氣孔的形式均 勻分散在增粘的鋁/鋁合金熔體中；(3)真空型模發泡將增粘的、含微小均布氣孔的鋁/鋁合金熔體澆鑄入減壓倉中 的發泡型模內，抽氣10-20秒使減壓倉內的氣壓減小到10_3-10_4atm，鋁/鋁合金熔體中的 初始微小氣孔膨脹使鋁/鋁合金熔體發泡並充滿發泡型模，水冷卻凝固後，得到泡沫鋁/鋁 合金異形件。
所述的鋁/鋁合金中的鋁為工業純鋁，鋁合金為鋁基體與合金元素Si、Cu、Mg、Zn 構成的合金。所述的SiC顆粒的粒度為5-20 μ m。本發明工作原理1、真空發泡原理在真空條件下，隨著外壓的減小，初始氣孔的體積會急劇快速膨脹。根據理想氣體狀態方程，對於等溫過程有P1V1 = P2V2(1)(1)式中，P「大氣壓(atm)，義常壓下微小氣孔的體積(mm3)，P2-減壓倉氣壓 (atm)，V2-真空下氣孔的體積(mm3)。將氣孔視為球體，則(1)式變形為P^13 = p2r23(2)(2)式中，rr常壓下微小氣孔的半徑(mm)，r2真空下氣孔的半徑(mm)利用(2)即可計算初始氣孔的體積膨脹量，減壓倉氣壓越低，則氣孔體積膨脹越 大，但由於氣孔存在合併現象，因此，實際值大於理論值。設有一直徑為0. Imm的初始氣孔， 大氣壓為latm，當氣壓減小到0. OOlatm時，該初始氣孔會膨脹為直徑Imm的氣孔；當氣壓 減小到0. OOOlatm時，則該初始氣孔會膨脹為直徑2. 15mm的氣孔。2、初始氣孔的均勻化原理鋁/鋁合金熔體中添加SiC顆粒攪拌使鋁/鋁合金熔體粘度提高，初始氣孔及膨 脹的氣孔才能在鋁/鋁合金熔體中存留，形成穩定的熔體泡沫，並通過較快的水冷凝固使 熔體泡沫結構保留下來形成泡沫鋁/鋁合金。為使熔體泡沫能夠進行充分的的充型，熔體 粘度應稍低於常規發泡熔體的粘度，控制在1. 4-1. SmPas的範圍內。另外，通過初始氣體的引入、攪拌，使引入的初始氣體在增粘熔體中呈細小、均勻 的狀態分布，為均勻泡沫結構的獲得提供了保證，初始氣孔越細小均勻，則充型發泡越充 分，初始氣孔的均勻化的攪拌時間控制在3-6分鐘。3、熔體泡沫的真空發泡充型原理根據⑴式可得出熔體體積與環境壓強的關係
權利要求
一種泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備方法，其特徵在於包括以下工藝步驟(1)鋁/鋁合金熔體的增粘採用的原料為鋁/鋁合金，鋁/鋁合金加熱到其熔點以上20 100℃熔化、保溫30min.，後在鋁/鋁合金熔體中添加鋁/鋁合金熔體重量5 15％的SiC顆粒，以1500轉/分的攪拌速度攪拌10 30分鐘，使鋁/鋁合金熔體的粘度提高到1.4 1.8mPas；(2)初始氣體的引入及均勻化處理往增粘的鋁/鋁合金熔體中注入熔體體積5 10％的氣體，以1000 3000轉/分的攪拌速度攪拌3 6分鐘，使氣體以微小氣孔的形式均勻分散在增粘的鋁/鋁合金熔體中；(3)真空型模發泡將增粘的、含微小均布氣孔的鋁/鋁合金熔體澆鑄入減壓倉中的發泡型模內，抽氣10 20秒使減壓倉內的氣壓減小到10 3 10 4atm，鋁/鋁合金熔體中的初始微小氣孔膨脹使鋁/鋁合金熔體發泡並充滿發泡型模，水冷卻凝固後，得到泡沫鋁/鋁合金異形件。
2.根據權利要求1所述的泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備方法，其特徵在於 所述的鋁/鋁合金中的鋁為工業純鋁，鋁合金為鋁基體與合金元素Si、Cu、Mg、Zn構成的合金。
3.根據權利要求1所述的泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備方法，其特徵在於 所述的SiC顆粒的粒度為5-20 μ m。
全文摘要
本發明公開了一種泡沫鋁/鋁合金異形件的真空發泡製備方法，屬於多孔金屬材料領域。本發明針對目前泡沫鋁/鋁合金異形件製備存在的孔結構均勻性控制、工藝複雜、發泡時間長效率低、TiH2發泡劑成本高及分散困難的不足，採用真空發泡填充型模的方法製備泡沫鋁/鋁合金異形件，具有孔結構均勻、高效、低成本、可實現工業生產的特點。
文檔編號C22C1/08GK101948963SQ20101028639
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月19日 優先權日2010年9月19日
發明者劉榮佩, 周芸, 左孝青, 楊濱, 陸建生, 陳冬華, 陳顯寧 申請人:昆明理工大學