二次泡沫化製備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法
2023-07-07 18:36:46
專利名稱：二次泡沫化製備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法
技術領域：
本發明屬於一種泡沫鋁合金的製備方法，特別涉及一種二次泡沫化製備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法。
背景技術：
現有技術以閉孔泡沫鋁為重點的超輕型金屬結構，由於特殊的孔隙結構，實現了結構材料輕質、多功能化，從而成為當前航天以及高技術的熱點。由於汽車等民用及高技術領域的需求，泡沫鋁異型件、三明治結構正成為泡沫金屬製備領域中的前沿，而可作為容器的泡沫鋁異型件更未見報導。通過二次泡沫化製備的中空異型件，可用於滿足各種高技術領域的應用。
發明內容
本發明提供一種二次泡沫化製備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，該方法主要被用於製備具有複雜外形的泡沫鋁合金中空異型件、各種泡沫鋁合金容器等多種製品，該方法簡單、成本低，方法可靠，製備的泡沫鋁合金製品孔結構均勻、孔隙率可控。
本發明的技術解決方案為一種二次泡沫化製備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，製備步驟為將鋁合金加熱至熔化，加入相當於鋁合金重量的0.5％～5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進行20～800秒增黏；再加入相當於鋁合金重量的0.5％～5％的氫化鈦，攪拌使得氫化鈦在熔體混合均勻；將實心可溶解的預製件置於泡沫鋁合金熔體中並完全浸入其中，形成閉合體；將閉合體冷卻獲得孔隙率低於65.5％的二次泡沫化鋁合金預製件；將上述含有實心可溶解預製件的二次泡沫化鋁合金預製件加熱至300℃～650℃的溫度下保溫10～50分鐘；放置於模具中，加熱至650℃～1200℃的溫度下保溫5～50分鐘使得鋁合金預製件泡沫化，然後將發泡後的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得二次泡沫化鋁合金異型件。將內含有可溶解預製件的二次泡沫鋁合金異型件上進行鑽孔至中心，通過溶劑清洗的方法將可溶解預製件去除，製備出泡沫鋁合金容器。
本發明獲得如下技術效果1.本發明利用因氫化鈦在一次泡沫化過程中分解不完全而殘餘的氫化鈦分解產生的氫氣，使得受熱熔化後的鋁合金熔體二次泡沫化，獲得泡沫鋁合金；本發明利用氫化鈦熱分解量與溫度緊密相關的特點，通過控制一次熱分解溫度為680℃及對氫化鈦做一定程度氧化處理從而控制了氫化鈦一次熱分解量，並保證了第二次泡沫化過程中的氫氣分解量，因而本發明可以實現中空異型件的製備。
2.本發明無需對一次泡沫化鋁合金預製件進行壓制，因而方法簡單，成本低。本發明中由於一次泡沫化鋁合金預製件已經具有一定均勻孔徑及孔隙率，再生的氣泡與原氣泡合併長大使得泡沫鋁合金的排液速度受到抑制，因而獲得的二次泡沫化鋁合金的孔結構比較均勻。
3.本發明在第一次發泡過程中就將實心可溶解的球、柱狀體及非標準尺寸物體等預製件置於泡沫鋁合金熔體中並完全浸入，這樣就保證在二次發泡過程後形成完全密封的內腔。
4.本發明通過控制一次泡沫化溫度和氫化鈦的氧化處理來控制氫化鈦熱分解量，在保證氫化鈦在泡沫鋁合金熔體中分散均勻前提下，再將實心可溶解的球、柱狀體及非標準尺寸物體等預製件置入，從而使得二次泡沫化製備的泡沫鋁合金製品孔結構均勻。
5.本發明可製備較高孔隙率及寬孔隙率範圍的二次泡沫化泡沫鋁合金不同內腔的中空異型件，同時通過對二次發泡模具內腔的形狀的改變而實現泡沫鋁合金製品外形輪廓的改變。這些二次泡沫化方法製備的泡沫鋁合金容器具有高強度，剛度、高能量吸收的特點，有重要應用前景。
6.本發明對二次發泡預製件進行表面處理，一般採用打磨的方法去除表面氧化皮，從而可製備出的球形容器表面有一層緻密均勻的表皮，可直接適用於各種工作環境。
7.對二次泡沫化鋁合金預製件加熱進行預熱，可使得二次泡沫化鋁合金預製件獲得均勻的溫度場，避免在製備大尺寸二次發泡鋁合金異型件容器時出現溫度梯度導致的二次發泡不均現象。
8.對較低孔隙率的一次泡沫化鋁合金預製件加熱，可使得二次泡沫化鋁合金預製件熔化，同時其中殘餘的氫化鈦分解產生氫氣使其二次泡沫化，獲得二次泡沫化泡沫鋁合金，提高加熱溫度，可使得預製件加熱速度提高，還可以進一步提高氫化鈦的分解量，進而提高泡沫鋁合金孔隙率，但溫度過高又會增加溫度梯度，不利於均勻發泡，且可能造成大量氫氣逃逸導致二次發泡失敗。
9.採用實心可溶解的內置物，可在將要製備的二次泡沫化中空異型件中形成固定內腔空間並維持其形狀。
四
圖1為二次泡沫化製備的泡沫鋁泡沫鋁合金球形容器製品圖，容器外徑10.90cm，內腔為球形，直徑5.78cm，孔隙率73.07％，孔徑1-3mm。
圖2為內置可溶解球的二次泡沫化製備的泡沫鋁合金球形容器製品及剖面圖，容器外徑12.2cm，內徑，孔隙率50％～90％，孔徑1-5mm。
圖3為製備可溶解預製件的原料工業鹽及碳酸鉀飽和溶液。
圖4為各種尺寸內置用可溶解預製件。
五具體實施例方式
實施例1實心可溶解預製件製備材料由工業鹽(NaCl)或者粘土經燒結而成。
實例a，用碳酸鉀飽和溶液作粘結劑，將工業鹽粉末團聚置於特定內腔的模具成型，經200-350度燒結，脫模，形成實心可溶解預製件。採用碳酸鉀飽和溶液粘接效果更好.加熱時避免開裂，且預製件表面光滑，有利於浸入泡沫鋁熔體。
實例b，可採用類似方法用水將粘土團聚燒結可達到同樣效果。
實施例2第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當於鋁合金重量的0.5％～5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進行20～800秒增黏；再加入相當於鋁合金重量的0.5％～5％的氫化鈦，以800～5000r/m的速度攪拌20～400秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然後提出攪拌槳；
第二步迅速將可溶解球置於泡沫鋁合金熔體中並保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內置鹽球的一次發泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低於65.5％的二次泡沫鋁合金預製件；第三步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件加熱至300℃～650℃的溫度下保溫10～50分鐘使得鋁合金預製件避免溫度梯度所引起的發泡時孔徑及孔隙率不均現象；第四步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件放置於球形中空模具的模腔中，加熱至650℃～1200℃的溫度下保溫5～50分鐘使得鋁合金預製件泡沫化，然後將發泡後的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鑽進行鑽孔至球心，直徑為3mm通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可製備出泡沫鋁合金球形容器。
實施例3第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當於鋁合金重量的0.5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進行20秒增黏；再加入相當於鋁合金重量的0.5％的氫化鈦，以800r/m的速度攪拌20秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然後提出攪拌槳；第二步迅速將可溶解球置於泡沫鋁合金熔體中並保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內置鹽球的一次發泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低於65.5％的二次泡沫鋁合金預製件；第三步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件加熱至300℃的溫度下保溫10分鐘使得鋁合金預製件避免溫度梯度所引起的發泡時孔徑及孔隙率不均現象；第四步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件放置於球形中空模具的模腔中，加熱至650℃的溫度下保溫5分鐘使得鋁合金預製件泡沫化，然後將發泡後的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鑽進行鑽孔至球心，直徑為3mm，通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可製備出泡沫鋁合金球形容器。
實施例4第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當於鋁合金重量的5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進行800秒增黏；再加入相當於鋁合金重量的5％的氫化鈦，以5000r/m的速度攪拌400秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然後提出攪拌槳；第二步迅速將可溶解球置於泡沫鋁合金熔體中並保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內置鹽球的一次發泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低於65.5％的二次泡沫鋁合金預製件；第三步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件加熱至650℃的溫度下保溫50分鐘使得鋁合金預製件避免溫度梯度所引起的發泡時孔徑及孔隙率不均現象；第四步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件放置於球形中空模具的模腔中，加熱至1200℃的溫度下保溫50分鐘使得鋁合金預製件泡沫化，然後將發泡後的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鑽進行鑽孔至球心，直徑為3mm，通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可製備出泡沫鋁合金球形容器。
實施例5第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當於鋁合金重量的3％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進行600秒增黏；再加入相當於鋁合金重量的3％的氫化鈦，以2000r/m的速度攪拌300秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然後提出攪拌槳；第二步迅速將可溶解球置於泡沫鋁合金熔體中並保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內置鹽球的一次發泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低於65.5％的二次泡沫鋁合金預製件；
第三步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件加熱至450℃的溫度下保溫30分鐘使得鋁合金預製件避免溫度梯度所引起的發泡時孔徑及孔隙率不均現象；第四步將上述內置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預製件放置於球形中空模具的模腔中，加熱至900℃的溫度下保溫30分鐘使得鋁合金預製件泡沫化，然後將發泡後的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鑽進行鑽孔至球心，直徑為3mm，通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可製備出泡沫鋁合金球形容器。
權利要求
1.一種二次泡沫化製備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，其特徵在於製備步驟為a.將鋁合金加熱至熔化，加入相當於鋁合金重量的0.5％～5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進行20～800秒增黏；再加入相當於鋁合金重量的0.5％～5％的氫化鈦，攪拌，使得氫化鈦在熔體混合均勻；b.將實心可溶解的預製件置於泡沫鋁合金熔體中並完全浸入其中，形成閉合體；將閉合體冷卻獲得孔隙率低於65.5％的二次泡沫化鋁合金預製件；c.將上述含有實心可溶解預製件的二次泡沫化鋁合金預製件加熱至300℃～650℃的溫度下保溫10～50分鐘；d.放置於模具中，加熱至650℃～1200℃的溫度下保溫5～50分鐘使得鋁合金預製件泡沫化，然後將其迅速冷卻，獲得二次泡沫化鋁合金異型件。e.將內含有實心可溶解預製件的二次泡沫鋁合金異型件上進行鑽孔至中心，通過溶劑清洗的方法將可溶解預製件去除，製備出泡沫鋁合金容器。
全文摘要
一種二次泡沫化製備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，將鋁合金加熱至熔化，加入鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻；再加入氫化鈦，攪拌使得氫化鈦在熔體混合均勻；將實心可溶解的預製件置於泡沫鋁合金熔體中並完全浸入其中，形成閉合體；將閉合體冷卻獲得二次泡沫化鋁合金預製件；將含有實心可溶解預製件的二次泡沫化鋁合金預製件加熱保溫；放置於模具中，加熱保溫使得鋁合金預製件泡沫化，然後將發泡後的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得二次泡沫化鋁合金異型件。將異型件上進行鑽孔至中心，通過溶劑清洗的方法將可溶解預製件去除，製備出泡沫鋁合金容器。採用實心可溶解的內置物，可在將要製備的二次泡沫化中空異型件中形成固定內腔空間並維持其形狀。
文檔編號C22C21/00GK101067173SQ20071002358
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月8日 優先權日2007年6月8日
發明者何德坪, 褚旭明, 何思淵, 劉偉偉 申請人:東南大學