[发明专利]泡沫铝及铝合金的增黏发泡制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于一种闭孔多孔泡沫铝及铝合金的制造方法，尤其涉及泡沫铝及铝合金的增黏发泡制备方法。

二、背景技术

现有技术：熔体发泡法因设备简单，生产成本相对低廉，是目前生产闭孔泡沫铝材首选工艺。传统的泡沫铝熔体发泡法制备工艺均采用增黏剂如钙、碳化硅、氧化铝粉末、铝粉等对熔融铝液进行增黏处理，然后加入专用发泡剂氢化钛等，发泡剂受热分解释放气体并在熔体中产生气泡，利用搅拌等方法使气泡均匀弥散分布于金属基体中，冷却后孔洞滞留于金属内部形成泡沫金属的制备方法。金属熔体在增黏，发泡两个相对独立的过程中完成，但专门制备或购买的增黏剂、发泡剂成本较高，未经处理的氢化钛在340℃即开始分解，400℃以上分解明显，在铝熔体(660℃)中气泡形成迅速，并迅速长大、上浮或破碎、合并，气孔相互挤压变形，使孔结构的均匀性和一致性较难控制。因此氢化钛发泡剂在使用前需进行物理研磨，加热氧化，凝胶包裹，金属包裹等人工钝化处理，其处理技术要求高，工艺参数较难掌握，进一步增加了生产成本。因此有必要寻找泡沫铝的新型增黏发泡制备方法，以生产出成品率高，孔隙均匀，孔隙率可控，生产成本较低的泡沫铝材料。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种闭孔小孔径球形孔泡沫铝及铝合金的制备方法，以生产出成品率高，孔隙均匀，孔隙率可控，生产成本较低的泡沫铝材料。

本发明的技术解决方案为：一种泡沫铝及铝合金的增黏发泡制备方法，制备工艺步骤为：配制质量浓度为5～15％的硫酸盐或氟化盐的水溶性盐溶液，搅拌使其充分溶解；向上述盐溶液中加入占水质量分数30～80％的碳酸盐粉末，充分搅拌后放入烘箱烘干，将烘干后所得混合物碾碎呈粉末状，备用；取一定量碳酸盐粉末，向其中加入占碳酸盐质量分数2～15％的氢化钛粉末，混合均匀，备用；将纯铝或铝合金铝锭加热至665～700℃，保温至铝锭完全熔化，铝液温度均匀稳定；加入占铝液质量分数1.0％～2.0％的碳酸盐粉末，以300～500r/min转速搅拌5～10min；加入占铝液质量分数1.0％～3.0％经处理过的碳酸盐粉末或者占铝液质量分数1.0％～3.0％处理过的复合发泡剂粉末，转速800～1200r/min，搅拌时间1.5～5.0min；停止搅拌后炉内保温15～150s，使泡沫铝缓慢生长；为防止孔结构塌陷，生长至接近目标尺寸时迅速出炉采用多向水冷系统降温固化。硫酸盐为硫酸钠，氟化盐为氟化钠。碳酸盐为碳酸钙或碳酸氢钙。

本发明产生的有益效果为：图1是增黏发泡剂和传统发泡剂氢化钛的升温热分解释气特性曲线，发泡剂出气量远低于氢化钛。但相对于传统发泡剂，发泡剂在用量没有大幅增加的情况下也能得到孔隙率相近且均匀无缺陷的泡沫铝制品，且主要为小孔径球形孔泡沫铝。主要原因有以下几方面：1.加入的增黏剂和发泡剂反应分解温区较高，在泡沫铝制备温区中不会完全分解，熔体中存在及生成多种固相颗粒如Al₂O₃，Al₄C₃等成为泡沫非均匀形核核心，悬浮在熔体中提高了熔体的黏度，增强了泡沫的稳定性，使大量微小泡沫得以形成，并在高速搅拌的铝熔体黏液中留存下来。而传统发泡剂在铝液中以极快的速度剧烈分解(钝化处理亦无法完全解决此问题)，分解产生的氢气与铝熔体比重差巨大，在搅拌过程中大量气体破碎选出或与氧元素结合而损耗掉；2.发泡剂热稳定性高，分解平缓，故可延长搅拌时间使发泡剂在铝基体中充分混匀；对碳酸钙发泡剂的处理方法简单有效。3.发泡剂分解产生的气体性质稳定但会部分溶解于铝基体中，使气泡内压降低，维持最低表面能形态，形成小孔径泡沫，不易发生畸变，从而形成球形孔。

采用CaCO₃等发泡技术与现有TiH₂发泡技术对比有如下优势：

1.TiH₂价格高昂，制备困难，碳酸盐如CaCO₃价格低廉，制备、存储方便。

2.TiH₂热稳定性差，400℃以上即发生明显分解，需要进行物理研磨，加热氧化，凝胶包裹，金属包裹等复杂的人工钝化处理，其处理参数、工艺较难掌握，即使采用同样的处理工艺，不同批次处理的TiH₂发泡性能、均匀性均有差别。碳酸盐中CaCO₃发泡剂则无需进行任何前期处理，或只需进行简单处理。