[发明专利]一种泡沫金属制造方法

说明书

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种泡沫金属的制造方法。

泡沫金属统称为多孔金属。通常把孔隙率较高、孔径较大、孔隙间相互连通的轻质多孔金属称为泡沫金属。现有制备泡沫金属的方法有发泡法、电解法、铸造法、渗流法，其中发泡法是在金属溶液中加入Mg、Ti、Zr等金属氢化物的气体发生物，使其在熔体中产生大量气泡，冷凝后得到含大量独立孔洞的泡沫金属，该方法虽然可制备高孔隙率的泡沫金属，但由于熔体各部位温度及凝固速度不一致，其孔隙数量及尺寸均匀性的控制很困难，而且形成的独立孔隙还需要采用特殊的轧制工艺使其连通，方可应用在吸声产品中，其工艺流程复杂，质量稳定性差；电解法是以高孔隙的泡沫聚氨脂为骨架经过导电预处理后，在其骨架表面电镀一层金属，经过高温焙烧去掉聚氨脂骨架，即形成网络状泡沫金属，该方法虽然能制备高孔隙率的泡沫金属，而且孔隙连通，但目前只限于Ni、Fe等高熔点金属的应用，其厚度尺寸受到很大的限制；铸造法又称熔模铸造法，也是以泡沫聚氨脂为骨架，首先在骨架孔隙中灌入耐高温、水溶性陶瓷浆料，待浆料固化后高温焙烧去掉聚氨脂骨架，将多孔陶瓷体放入可抽真空的特定模具中，浇入金属液后抽真空，使金属液在负压下渗入多孔陶瓷体的孔隙中，凝固后将金属—陶瓷复合体放入水中脱溶，最后得到孔隙均匀的泡沫金属，但该方法工艺流程十分复杂，实用性差。渗流法又称加压渗流法，是用加压(正压或负压)的方法将液体金属渗入预制的多孔体中，冷凝后去除多孔体材料，而获得具有独特孔隙结构的泡沫金属，该泡沫金属制造方法简单，孔隙间相互连通、尺寸可调、孔隙率为60-80％，并可加工成任意形体，这是上述方法所不具备的。但该渗流法存在多孔体紧实度不均匀，浇注时上方颗粒易上浮问题，使得泡沫金属中孔隙大小及分布不均匀；同时，多孔体孔隙深处的某些残存的物质不易清洗干净，从而导致泡沫金属表面有白斑等腐蚀引起的缺陷产生，影响其正常使用。其中负压控制的渗流法由于孔隙连通性较差，孔隙的清洗和净化就更为困难。

本发明的目的在于提出一种能使泡沫金属孔隙尺寸及分布更加均匀，工艺流程更为简化，并能有效地消除白斑等缺陷，从而可明显提高泡沫金属表面质量和整体性能的泡沫金属制造方法。

本发明提出的泡沫金属制造方法，具体步骤如下：多孔体材料预制、金属熔化处理、加压复合成型、机械加工定形、后处理。其中：

1、多孔体材料的预制，具体工序为：(1)筛分，以得到所需尺寸大小的颗粒，(2)加热烘烤，以去除水份，(3)过筛去粉，去除小于所需尺寸的颗粒以及粉末，(4)预热，其温度在该多孔体材料自身熔点以下250-450℃为宜。得到预制颗粒。

这里的多孔体材料是指构成泡沫金属孔隙的填充材料，该填充材料要求具有优良的耐热性和水溶性，即首先能承受高温金属液的冲刷，在高温下颗粒不软化、不碎裂；其次，在水、水溶液或某些酸溶液中溶解度高，易于去除。根据金属不同的种类及熔点，可选择不同的填充材料。一般可在KCl、NaCl、Na₂CO₃、K₃PO₄、MgO等无机盐或氧化物中选取。

2、金属熔化处理，具体工序为：将金属或合金锭放入熔炉中进行熔化，加入无污染的精炼剂和细化剂，去除金属液中的气体及渣质，并使晶粒细化，达到规定的成型温度后，在炉中保温待用。一般其浇铸温度控制在该金属的熔点以上100-250℃范围内为宜。金属液在炉内保温及使用过程中，要确保温度及晶粒细化效果的稳定。

另外，金属或合金锭在入炉前需清除表面油污和水分，减少杂质混入。

本发明中，适合于制作泡沫金属的金属种类主要选择Al、Cu、Mg、Zn、Pb、Sn及其合金。

3、加压复合成型。具体工序为：模具预热、多孔预制颗粒充填和预压、浇注液体金属、加压成型、脱模。其中模具预热温度一般为150-350℃，以保证成型过程中温度的均匀性。多孔预制颗粒填充、预压，首先将多孔预制颗粒充填到模具的型腔中，然后在颗粒表面进行预压，使充填颗粒紧实、均匀，一般预压力为0.1-3Mpa。浇注液体金属，即在规定的浇注温度下将金属液一次浇入模具型腔中；然后在液面上方施加压力，使金属熔体在压力下渗入预制颗粒间隙中，凝固后形成金属-预制颗粒复合体。这里的成型压力一般为2-15Mpa，具体按预制颗粒粒度大小及渗流高度来确定。

4、机械加工定形，即采用常规机械加工方法(如车、刨、铣、锯、钻等)，将金属——颗粒复合体加工成需要的形状及尺寸大小，如圆柱体、圆筒体、锥体、多面体、正方体、板形或其他异形体等。这里，加工比较方便，得到的加工件表面平整。