泡沫金屬的鑄軋連續生產方法
2023-04-27 02:50:11 2
專利名稱：泡沫金屬的鑄軋連續生產方法
技術領域：
該發明涉及一種泡沫金屬夾層板(表面為金屬板，芯部為泡沫金屬的板材)及泡沫金屬的製備、連續生產方法，屬於多孔泡沫金屬材料製備領域。
背景技術：
泡沫金屬夾層板及泡沫金屬具有輕量、高比鋼度、消音、減震、保溫、絕熱等特性，在建築、裝飾、航空、船舶、消音減震器、體育用品等領域都有巨大的市場潛力。
目前，公知的泡沫金屬夾層板的製備過程是通過以下兩種方法(1)粉末軋制獲得粉末板，粉末板再與金屬板複合後進行發泡而得；(2)用其他方法獲得的泡沫金屬加工為板材，再與金屬板進行連接而得。該兩種方法都存在(1)製備工藝周期長；(2)泡沫金屬與金屬板的結合不理想的兩個缺陷。與公知技術相比，本發明的夾層板的技術特點在於1)在鑄軋複合時，由於兩種純淨液態金屬短暫的相互接觸熔結，避免了金屬的表面氧化問題，快速冷卻到半固態時在壓力作用下進行半固態軋制，可形成牢固而細小組織的冶金結合，提高板-芯的結合強度；2)由於採用了半固態的鑄軋方法，降低了能耗；3)板芯複合先驅體的一次性成型，實現了短流程淨成型加工，可實現規模化、連續化工業生產；4)由於夾層板的面板是直接由液態金屬製備而來，從而降低了成本。
公知的泡沫金屬的製備過程主要有(1)粉末冶金髮泡法；(2)熔體發泡法而得。該兩種方法中，目前最具有工業應用前景的是熔體發泡法，該方法的研究已經基本成熟，但該方法的規模化、連續化生產還處於探索階段。
鑄軋法製備泡沫金屬夾層板及泡沫金屬是在泡沫金屬熔體及粉體發泡、軋制複合、金屬半固態加工技術的基礎上獲得的，具有泡沫金屬(近)淨型製備加工的特點，可實現泡沫金屬夾層板及泡沫金屬的低成本、連續化工業生產，具有很好的市場應用前景。
發明內容
1、目的本發明的目的是採用金屬(複合)鑄軋、發泡的方法實現泡沫金屬夾層板及泡沫金屬的連續化生產，並可提高泡沫金屬芯與金屬板的結合強度，簡化工藝流程。製品技術指標夾層板及泡沫板厚度8-110毫米，面板厚度0.1-2毫米，界面結合冶金結合，(芯部)泡沫金屬孔徑0.1～5mm，(芯部)泡沫金屬孔隙率40～90％。
2、技術方案(1)工藝圖1及圖2是本發明的連續生產工藝流程圖，圖3是4檔板軋機軋輥配置示意圖。
泡沫金屬夾層板是一種三層結構的複合板材，其芯部為泡沫金屬、兩個外表面為金屬板。鑄軋-發泡法生產泡沫金屬夾層板的工藝過程為用兩種不同的金屬，分別熔化後在鑄軋機上進行複合鑄軋得到夾層板先驅體，將該軋制先驅體加熱發泡後，得到要求的整體型金屬夾層板。
鑄軋-發泡法生產泡沫金屬的工藝過程為單一金屬熔化後在鑄軋機上進行鑄軋得到泡沫金屬先驅體，將先驅體加熱發泡後，得到要求的泡沫金屬。
採用鑄軋的生產方法，其優點是能夠實現生產過程的連續化。本發明中，夾層板先驅體或泡沫金屬先驅體是通過鑄軋的方法進行生產的，因此，將實現了連續化鑄軋生產的夾層板先驅體或泡沫金屬先驅體直接送入保溫發泡爐進行發泡處理，即可得到連續的夾層板或泡沫金屬產品，從而實現夾層板或泡沫金屬的整個生產過程的連續化。
以上的泡沫金屬夾層板及泡沫金屬採用同樣的工藝及設備配置進行生產，所不同的是泡沫金屬夾層板在鑄軋時進行的是複合鑄軋-發泡，而泡沫金屬則是單一金屬的鑄軋-發泡，使用2檔板、4檔板分別可以軋制泡沫金屬先驅體、泡沫金屬夾層板先驅體。
(2)主要設備1)感應加熱爐；2)專用立式鑄軋機；3)保溫發泡爐；4)葉片攪拌器。
(3)技術條件1)夾層板泡沫金屬芯及泡沫金屬用金屬原料(發泡用金屬原料)鋁、鋁合金中的一種；2)夾層板面板用金屬原料鋁、銅、銅合金、鋼中的一種；3)增粘劑金屬鈣(粒度0.5-3毫米)、碳化矽(粒度100-500目)、鋁矽合金粉(粒度100-500目)中的一種，比例(佔發泡用金屬原料量的質量百分比)金屬鈣1-4％，碳化矽1-5％，鋁矽合金1-6％；4)發泡劑氫化鈦(粒度100-500目)、碳酸鈣中的一種(粒度100-500目)，比例(佔發泡金屬原料量的質量百分比)氫化鈦0.5-3％，碳酸鈣0.8-5％；5)金屬熔化溫度高於所用金屬熔點50-300℃；6)增粘攪拌條件轉速300-1000轉/分鐘，時間2-20分鐘，溫度550-750℃；7)發泡劑均勻混合攪拌條件轉速400-2000轉/分鐘，時間20-300秒，溫度550-750℃；8)鑄軋機形式兩輥立式；9)立式鑄軋機由檔板1、和一對軋輥2組成，軋制力1-100噸，軋輥直徑50-800毫米，輥縫5-30毫米，軋輥輥身長200-1600毫米，軋輥冷卻強度1℃/秒-100℃/秒，軋後強制冷卻強度5℃/秒-200℃/秒，軋制速度10毫米/分鐘-100米/分鐘，檔板材料陶瓷。當軋輥轉動時，金屬液在檔板、重力和軋輥摩擦力的作用下咬入軋輥，同時進行冷卻，在半固態狀態下進行連續軋制，獲得夾層板或泡沫金屬的發泡先驅體；10)發泡條件發泡溫度，高於(夾層板芯)金屬熔點20-200℃；發泡時間1-30分鐘；11)感應加熱爐加熱溫度不低於1600℃，容量5-100公斤；12)保溫發泡爐加熱方式 電加熱或燃氣爐，加熱溫度不低於1100℃，爐膛尺寸(根據產量及產品尺寸)可選；13)攪拌器葉片式，最大轉速3000轉/分鐘，葉片尺寸以坩堝尺寸匹配；14)設備配置原則依據連續生產時，進、出物流量相等的原則進行配置。
3、與公知技術相比，本發明具備的優點及積極效果(1)可低成本、一次性短流程、淨成型地實現了板-芯結合強度好、結構可控的泡沫金屬夾層板的連續生產；(2)可以在同一生產線上實現泡沫金屬夾層板和泡沫板的規模化、連續生產，適應性強。
四
圖1及圖2是本發明的連續生產工藝流程圖。圖3是4檔板軋機軋輥配置示意圖，圖3中，1是用於分隔金屬液的檔板，2是帶冷卻水的軋輥。
五具體實施例方式
實施例一鋁-泡沫鋁-鋁夾層板面板用純鋁、泡沫金屬芯用AlSi6鋁合金為原料，分別在720℃和650℃進行熔化，在AlSi6鋁合金熔體中加入金屬鈣(用量為AlSi6鋁合金質量的2％，粒度1-1.5毫米)，用攪拌器進行攪拌增粘(轉速500轉/分，時間15分鐘)，後加入200目氫化鈦(用量為AlSi6鋁合金質量的1.2％)，用攪拌器進行發泡劑均勻混合攪拌(轉速1000轉/分，時間120秒)。純鋁以及經過增粘、發泡劑混合均勻的AlSi6鋁合金澆入4檔板的立式兩輥軋機(軋輥直徑300毫米，輥身長800毫米，輥縫10毫米)，採用3噸軋制力及1米/分鐘的速度進行軋制，軋輥及軋後冷卻強度分別為20℃/秒和50℃/秒，可連續性地獲得厚度10毫米(中間鋁合金為8毫米、兩外層純鋁各為1毫米)、寬度600毫米的鋁-鋁合金-鋁夾層板發泡先驅體帶材，該帶材在620℃溫度下發泡10分鐘，可獲得厚度40毫米，表面層厚度1毫米，泡沫芯孔徑2-3毫米，孔隙率70％-75％的鋁-泡沫鋁-鋁夾層板。
實施例二鋼-泡沫鋁-鋼夾層板面板用45鋼、芯用純鋁為原料，分別在1450℃和720℃進行熔化，在純Al熔體中加入碳化矽(用量為Al質量的2％，粒度200目)，用攪拌器進行攪拌增粘(轉速600轉/分，時間12分鐘)，後加入300目碳酸鈣(用量為Al質量的2％)，用攪拌器進行發泡劑均勻混合攪拌(轉速1200轉/分，時間100秒)。45鋼、(經過增粘、發泡劑混合均勻的)純鋁澆入4檔板的立式兩輥軋機(軋輥直徑300毫米，輥身長800毫米，輥縫10毫米)，採用5噸軋制力及1.2米/分鐘的速度進行軋制，軋輥及軋後冷卻強度分別為30℃/秒和50℃/秒，可連續性地獲得厚度10毫米(中間純鋁8毫米、兩外層45鋼各為1毫米)、寬度600毫米的鋼-鋁-鋼夾層板發泡先驅體帶材，該帶材在720℃溫度下發泡6分鐘，可獲得厚度40毫米，表面層厚度1毫米，泡沫芯孔徑0.5-0.8毫米，孔隙率70％-75％的鋼-泡沫鋁-鋼夾層板。
實施例三泡沫鋁用純鋁為原料，在720℃進行熔化，在純Al熔體中加入碳化矽(用量為Al質量的2％，粒度300目)，用攪拌器進行攪拌增粘(轉速600轉/分，時間12分鐘)，後加入100目氫化鈦(用量為Al質量的1％)，用攪拌器進行發泡劑均勻混合攪拌(轉速1300轉/分，時間150秒)，(經過增粘、發泡劑混合均勻的)純鋁澆入2板的立式兩輥軋機(軋輥直徑300毫米，輥身長800毫米，輥縫10毫米)，採用2噸軋制力及3米/分鐘的軋制速度，軋輥及軋後冷卻強度分別為15℃/秒和20℃/秒，可獲得厚度10毫米寬度600毫米的發泡鋁先驅體帶材，後該帶材在720℃溫度下發泡4分鐘，可獲得厚度40-45毫米，泡沫芯孔徑3-4毫米，孔隙率75％-80％的泡沫鋁。
權利要求
1.泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，其特徵是單一金屬熔化後加入增粘劑、攪拌增粘，再加入發泡劑進行發泡劑均勻混合攪拌後，在鑄軋機上進行鑄軋，在保溫爐內發泡，得到要求的泡沫金屬。
2.跟據權利要求1所述的泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，其特徵是所述單一金屬是鋁、鋁合金中的一種。
3.跟據權利要求1所述的泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，其特徵是所述增粘劑是粒度0.5-3毫米的金屬鈣、粒度100-500目的碳化矽、鋁矽合金粉中的一種，其佔金屬原料量的質量百分比為金屬鈣1-4％，碳化矽1-5％，鋁矽合金1-6％。
4.跟據權利要求1所述的泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，其特徵是所述發泡劑是粒度100-500目的氫化鈦、碳酸鈣中的一種，佔金屬原料量的質量百分比氫化鈦為5-3％，碳酸鈣為8-5％。
5.據權利要求1述的泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，其特徵是所述金屬熔化溫度為高於金屬熔點50-300℃
6.跟據權利要求1所述的泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，其特徵是所述增粘攪拌條件轉速300-1000轉/分鐘，時間2-20分鐘，溫度550-750℃；發泡劑均勻混合攪拌條件轉速400-2000轉/分鐘，時間20-300秒，溫度550-750℃。發泡溫度高於金屬熔點20-200℃；發泡時間1-30分鐘；
7.跟據權利要求1所述的泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，其特徵是立式鑄軋機軋制力1-100噸，軋輥直徑50-800毫米，輥縫5-30毫米，軋輥輥身長200-1600毫米，軋輥冷卻強度1℃/秒-100℃/秒，軋後強制冷卻強度5℃/秒-200℃/秒，軋制速度10毫米/分鐘-100米/分鐘，當軋輥轉動時，金屬液在檔板、重力和軋輥摩擦力的作用下咬入軋輥，同時進行冷卻，在半固態狀態下進行連續軋制，獲得泡沫金屬先驅體，先驅體在保溫爐內720℃溫度下發泡4分鐘，獲得泡沫金屬鋁。
全文摘要
泡沫金屬的鑄軋連續生產方法，屬於多孔泡沫金屬材料的製備領域。將金屬熔化後加入增粘劑、攪拌增粘，再加入發泡劑進行發泡劑均勻混合攪拌後在鑄軋機上鑄軋，得到泡沫金屬先驅體，將先驅體送入感應加熱爐加熱發泡後，得到要求的泡沫金屬。被鑄軋的金屬是處於半固態狀態，具有能耗低，結構可控、成本低的特點，可以在同一生產線上實現泡沫金屬及泡沫金屬夾層板的規模化、連續化生產。
文檔編號B21B1/46GK1669688SQ200510052089
公開日2005年9月21日 申請日期2002年11月26日 優先權日2002年11月26日
發明者左孝青, 周芸, 史慶南, 孫加林 申請人:昆明理工大學