熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方法及其裝置的製作方法

2023-06-09 07:21:26 1

專利名稱：熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備多孔泡沫鋼的工藝方法，尤其是一種利用熔體發泡法製備多孔 泡沫鋼的方法，以及實現該方法的裝置，屬於多孔材料製備技術領域。
背景技術：
泡沫金屬是20世紀40年代發展起來的一種新型材料，目前對泡沫金屬的研究主要 集中在對低熔點金屬的研究上，對於高熔點多孔泡沫鋼的研究還處於起步階段。
現代工業的發展對材料的結構和性能要求越來越高，對於一些特殊材料不僅要求輕 質，而且對材料的強度要求也很高，如航天航空領域使用的材料等等。相對於目前研究
最為廣泛的泡沫鋁等低熔點泡沫金屬來說，泡沫鋼具有更突出的優點，比如高硬度、
低成本、高熔點及可與鋼結構共容等，尤其是泡沫鋼的屈服壓應力可以達到90MPa以 上，而泡沫鋁的屈服壓應力僅在30MPa以下，與泡沫鋁相比泡沫鋼具有明顯的高抗壓 強度，因此無論是在性能方面還是實際應用方面，泡沫鋼遠比泡沫鋁等低熔點泡沫金屬 具有更加廣闊的研究和實用前景，泡沫鋼的成功製備將對多孔材料的發展起到推動作 用。
目前，製備泡沫鋼的方法主要是採用粉末冶金燒結法，對於熔體發泡製備多孔泡沫 鋼主要存在以下難點(l)鋼液溫度高，澆鑄發泡時冷卻速度快，溫度在發泡劑發泡溫度 區間定留時間短；(2)鋼液澆鑄時，產生浮力較大，發泡劑與鋼液相比密度小，大量發泡 劑上浮到鋼液表面，導致發泡效果不好；(3)澆鑄時發泡劑與鋼液直接接觸，發泡劑迅速 升溫而達到分解溫度時，即迅速分解，導致鋼液粘度低，氣體大量逸出；(4)產生的氣泡 不穩定，由於鋼液粘度低，產生的氣泡在上升過程中受到的阻力小，導致產品出現大氣 泡和氣泡分布不均勻現象。由於這些技術難點，熔體發泡法製備多孔泡沫鋼的方法還一 直處於起步階段。

發明內容
本發明的目的在於提供一種多孔泡沫鋼的製備方法，該方法可以延長發泡劑在分解
溫度區間內的停留時間，以克服發泡劑在澆鑄時迅速上浮的現象，改善氣泡在產品中的 分布狀況，製備出具有一定孔隙率的泡沫鋼材料。
本發明的第二個目的在於提供一種製備多孔泡沫鋼的裝置。
本發明的第一個目的通過下列技術方案完成 一種熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方 法，其特徵在於包括下列工藝步驟-
A、 將發泡劑按鋼水質量的0.1~0.6%的加入量放於加熱爐底部，發泡劑用鋼網罩固
定；
B、 將加熱爐及其發泡劑以5 l(TC/min的升溫速度，升溫至發泡劑開始分解的溫度 以下50 100。C保溫；
C、 將熔融且澆注溫度為1450 1550。C的鋼水，澆鑄到加熱爐內，以200 800r/min 的轉速攪拌鋼水，並在發泡劑開始分解溫度以上250 35(TC範圍之內，保溫攪拌1 2min;
D、 取出鋼水空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。 所述A步驟的鋼網罩網目數為150 250目。
所述A步驟的發泡劑為Cr2N或者Mn4N或者其它，其中，Cr2N的開始分解溫度為 1055°C， Mn4N的開始分解溫度為1164°C。
所述C步驟的鋼水種類為普通碳鋼或者合金鋼。
本發明的第二個目的通過下列技術方案實現 一種製備多孔泡沫鋼的裝置，包括由 帶蓋的爐殼，設於爐殼內的爐襯、爐膽及加熱元件構成的加熱爐，其特徵在於在加熱爐 的爐膽底部設有防止發泡劑上浮的鋼網罩，爐膽內設有攪拌器，攪拌器穿過爐蓋與驅動 電機相連。以便鋼水澆入爐膽內時，在攪拌器的攪動作用下，使鋼水在發泡劑作用下形 成泡沫鋼，同時通過鋼網罩有效防止發泡劑上浮，延長發泡劑在分解溫度區間的停留時 間。
所述鋼網罩固定在爐膽底部的發泡劑上方，且鋼網罩的網目數設為150 250目， 具體目數的設置以能夠阻止發泡劑上浮為宜。
所述爐膽為石墨坩堝，或者陶瓷坩堝，或者為其它。 所述爐膽內還設有測溫器，並通過導線與溫控器電連接，用於控制爐溫。 所述攪拌器用普通碳鋼製成，並與電機相連，以便在電機帶動下轉動。 本發明具有下列優點和效果可以增大鋼液在發泡劑分解溫度區間停留的時間，有
效防止發泡劑上浮，改善了泡沫鋼的孔結構和孔的分布狀況，從根本上解決了多孔泡沫 鋼在製備時容易因發泡劑上浮迅速、氣泡過大等不足而影響泡沫鋼的質量問題，保證鋼 液的發泡質量，最終提高了泡沫鋼的質量，本發明提供的裝置結構簡單，操作方便。


圖l為本發明製備多孔泡沫鋼的裝置結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的裝置做進一步描述。
本發明提供的製備多孔泡沫鋼的裝置，其加熱爐的爐殼5頂部為爐蓋3，爐殼5內 設有爐襯4及爐膽6，加熱元件9置於爐襯4、爐底襯10與爐膽6之間，其中在加熱爐 的爐膽6底部設有防止發泡劑上浮的不鏽鋼鋼網罩7，鋼網罩7的網目數為150目，並 通過水玻璃砂8將鋼網罩7固定在爐膽6底部的發泡劑11上方，爐膽6內設有用普通 碳鋼製成的攪拌器2，攪拌器2穿過爐蓋3與驅動電機1相連，電機1通過導線16與變 頻控制器15電連接，用於將電機轉速控制在200 800r/min之間，爐膽6採用石墨坩堝， 其內還設有測溫器——熱電偶13，熱電偶13通過導線16與溫控器14電連接，用於將 爐溫控制在發泡劑開始分解溫度以下50 10(TC，防止發泡劑發生分解，如圖l。
下面通過實施例對本發明方法做進一步描述。
實施例l
A、 將發泡劑Cr2N按鋼水質量的0.1%的加入量平鋪於加熱爐的坩堝底部，用鋼網 罩罩在發泡劑上面，用水玻璃砂鋪在鋼網之上使之硬化，水玻璃砂中水玻璃的質量分數
為3%;
B、 含有發泡劑的坩堝置於加熱爐內，升溫至1005。C保溫，升溫速度控制在5°C/min， 保溫待澆注；
C、 將熔融且澆注溫度為145(TC的45鋼水，澆鑄到加熱爐內的坩堝內，將坩堝內 鋼水溫度調至1350'C進行保溫，以200r/min的轉速攪拌鋼水，保溫攪拌lmin;
D、 取出坩堝空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。 實施例2
A、將發泡劑Mn4N按鋼水質量的0.6M的加入量平鋪於加熱爐的坩堝底部，用鋼網 罩罩在發泡劑上面，用水玻璃砂鋪在鋼網之上使之硬化，水玻璃砂中水玻璃的質量分數
為5%;
B、 含有發泡劑的坩堝置於加熱爐內，升溫至1064'C保溫，升溫速度控制在1(TC/min， 保溫待澆注；
C、 將熔融且澆注溫度為155(TC的40Cr合金鋼鋼水，澆鑄到加熱爐內的坩堝內， 將坩堝內鋼水溫度調至1510。C進行保溫，以800r/min的轉速攪拌鋼水，保溫攪拌2min;
D、 取出塒堝空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。 實施結果
兩個實施例的試樣孔洞分布均勻，大小均在0.2 0.4mm之間，孔隙率可分別達 至lj 21.0%禾口 21.2%。
權利要求
1、一種熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方法，其特徵在於包括下列工藝步驟A、將發泡劑按鋼水質量的0.1～0.6％放於加熱爐底部，發泡劑用鋼網罩固定；B、將加熱爐及其發泡劑以5～10℃/min的升溫速度，升溫至發泡劑開始分解的溫度以下50～100℃保溫；C、將熔融且澆注溫度為1450～1550℃的鋼水，澆鑄到加熱爐內，以200～800r/min的轉速攪拌鋼水，並在發泡劑開始分解溫度以上250～350℃範圍之內，保溫攪拌1～2min；D、取出鋼水空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。
2、 根據權利要求1所述的熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方法，其特徵在於所述A步 驟的鋼網罩網目數為150 250目。
3、 根據權利要求l所述的熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方法，其特徵在於所述A步 驟的發泡劑為Cr2N或者Mn4N， Cr2N的開始分解溫度為1055°C， Mn4N的開始分解溫 度為1164°C。
4、 根據權利要求1所述的熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方法，其特徵在於所述C步 驟的鋼水種類為普通碳鋼或者合金鋼。
5、 一種如權利要求1所述的製備多孔泡沫鋼的裝置，包括由帶蓋的爐殼，設於爐 殼內的爐襯、爐膽及加熱元件構成的加熱爐，其特徵在於在加熱爐的爐膽底部設有防止 發泡劑上浮的鋼網罩，爐膽內設有攪拌器，攪拌器穿過爐蓋與驅動電機相連。
6、 根據權利要求5所述的製備多孔泡沫鋼的裝置，其特徵在於所述鋼網罩固定在 爐膽底部的發泡劑上方，且鋼網罩的網目數設為150 250目。
7、 根據權利要求5所述的製備多孔泡沫鋼的裝置，其特徵在於所述爐膽為石墨坩 堝，或者陶瓷坩堝。
全文摘要
本發明提供一種熔體發泡製備多孔泡沫鋼的方法及裝置。先將發泡劑平鋪於坩堝底部，將不鏽鋼鋼網罩在上面，以防止發泡劑上浮；然後將坩堝放入加熱爐內加熱至發泡劑開始分解溫度以下50～100℃，將熔化後的鋼水倒入坩堝內，利用保溫加熱裝置將坩堝內鋼水溫度調節在發泡劑開始分解溫度以上250～350℃範圍之內，保溫攪拌1～2min後，取出坩堝空冷至室溫，得到多孔泡沫鋼材料。本發明可以增大鋼液在發泡劑分解溫度區間停留的時間，防止發泡劑上浮，改善製備試樣的孔的結構特點和分布特點，工藝簡單，容易操作，實為一種理想的多孔泡沫鋼的製備方法。
文檔編號C22C1/08GK101381822SQ200810233460
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月20日 優先權日2008年10月20日
發明者榮 周, 張冬平, 李祖來, 蔣業華, 黎振華 申請人:昆明理工大學