[发明专利]一种基于熔体发泡法生产泡沫铝的改进工艺

说明书

技术领域： 

本发明属金属材料加工工艺领域，尤其涉及一种基于熔体发泡法生产泡沫铝的改进工艺。

背景技术： 

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。它具有密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强等特点，在航天舰船、汽车防撞、道路隔音、建筑防火等领域得到了应用。

泡沫铝的吸能具有良好的速率应变特性，即，应变速率越大，单位体积泡沫铝所能吸收的能量就越大，最高可达8～30J/cm³。泡沫铝的这种性能，使其成为最理想的吸能、防撞和防爆材料。目前，奔驰、宝马和本田等汽车大厂已经在汽车防撞梁、A柱、B柱等处使用泡沫铝材料，用于车体的防撞吸能。韩国今年派出的国际维和部队，其兵营所用材料也是泡沫铝，用于防止流弹和冷枪等。我国近期新疆维和行动中，也为部队配备了泡沫铝兵营，并为运兵车配备了泡沫铝防护板。

泡沫铝传统制备方法中，熔体发泡法工艺如下：在铝液中加入增粘剂，搅拌均匀后加入发泡剂，放入到一定温度的模具中进行发泡而成。其具体的工具参数为：增粘剂采用钙粒，其添加温度对熔体的粘度有很大影响，温度越高粘度越大，在660℃添加2%Ca粒搅拌10min可以获得合适的熔体发泡粘度。折叶桨式搅拌器的搅拌效果理想，采用边加入边提高转速的方法添加TiH2易于将发泡剂分散均匀。选用粒度为74μmTiH2颗粒可以得到较高孔隙率的泡沫。氢化钛添加量宜在1.0～1.6%范围，发泡温度选择620～630℃范围，冷却方式在空气中自然缓冷，并使发泡槽温度高于熔体10℃。可以实现不同厚度500mm×1000mm×X的铝合金泡沫铝板材的制备。熔体发泡法制备泡沫铝的工艺过程和工艺流程图见图1。

传统的熔体发泡法生产泡沫铝的制备过程中，在保温发泡环节，由于受重力影响，泡沫铝中的气泡形成后自然上浮，而铝液下沉，很容易形成沿竖直方向分布的密度梯度，即，底部铝液多，密度大，而顶部气泡多，密度小。熔体发泡法的这种特性，限制了其成品率，从而提高了生产成本，限制了泡沫铝在工程上的大批量应用。

为了解决间隙式泡沫铝密度不均匀、生产成本高的问题，美国专利US.pat6984356B2 描述了一种泡沫铝的连续制备方法，但该专利不能根据需要量对熔体进行在线增粘，也没有指出如何根据需要量来在线调整发泡剂从而得到具有不同孔隙率的泡沫铝产品。为了解决美国专利US.pat6984356B2 所存在的问题，中南大学周向阳等申请的专利CN100422363C、CN102312117A、CN201210499401.7A等提出了一系列基于熔体发泡法的连续生产泡沫铝板材的方法。该方法利用竖直方向的连续生产，避开了泡沫铝成品中密度梯度的问题。该方法效率高、设备复杂，并且由于对传统生产工艺进行了彻底的改变，设备的设计、各环节的工艺控制、各工序之间的匹配等尚存在一些问题，因此目前无法在工业生产领域批量投产。也就是说，目前已经投产的泡沫铝生产工艺中，尚没有成熟的办法解决密度梯度的问题。

发明内容：

为了解决以上方法存在的问题，本发明提出了一种基于熔体发泡法生产泡沫铝的改进工艺，在保温发泡成型环节所用的发泡池底部，预置一层的发泡剂。搅拌发泡后的铝液由搅拌桶中倾倒进入发泡池中后，底层发泡剂与底部的铝液发生反应，在底部产生气泡并慢慢上浮。控制上浮时机，可以使气泡在完全上浮之前即凝固，从而形成一个底部多气泡、上部少气泡的梯度，抵消了重力对原有气泡的影响。

发泡池1为矩形，发泡池底部预先铺洒一定量的发泡剂3。发泡池底部安装有石棉材料的密封垫5，在搅拌发泡环节，底部中空的搅拌桶2放置于石棉密封垫上方。生产时，将熔炼完成的铝液倾倒至搅拌桶中，添加增粘剂、发泡剂，然后启动搅拌器4对铝液进行搅拌，增粘后的铝液与发泡剂充分接触，完成发泡。然后，将底部中空的搅拌桶向上提起，发泡好的铝液进入发泡池，开始保温、成型。在保温成型的过程中，底部预置的发泡剂继续发泡，气泡上浮并停止，抵消了铝液下沉造成的影响，从而获得密度均一的泡沫铝材料。

所用发泡剂为TiH₂，添加量为1~1.5%。发泡池底部所用发泡剂，其加入量为发泡环节加入量的5~20%。

  搅拌桶内温度控制在650~670°C，搅拌时间为10min。发泡池内温度控制在550~650°C。

有益效果：