[发明专利]一种小孔径泡沫铝的熔体连续发泡制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种小孔径泡沫铝的熔体连续发泡制备技术，属于多孔金属材料技术领域。

背景技术

泡沫铝是一种兼具结构与功能双重属性的多孔金属材料，在冲击能量吸收、高比刚度及高比强度结构件、阻尼、吸音等领域有广泛的应用前景。目前，公知的泡沫铝主流制备方法有常规熔体发泡法、粉末冶金发泡法和喷吹气体连续制备法，存在的主要问题是所制备泡沫铝的性价比较低。基于TiH₂分解发泡的常规熔体发泡法可制备大尺寸泡沫铝，但制备方法为非连续的批处理模式，生产效率较低，所制备泡沫铝的孔径较大（平均孔径3~6mm）；粉末冶金发泡法采用的是粉末原料，成本较高，受粉末冶金方法本身的限制，其产品尺寸和产量较低，所制备泡沫铝的孔径较大（平均孔径3~6mm）；喷吹气体连续制备法具有低成本、高效率的特点，但存在泡沫铝孔结构不均匀、脆性高的不足。研究表明，在孔隙率相同的情况下，当泡沫铝平均孔径由目前的3~6mm减小到1mm左右时，其力学性能会显著提高。

为获得高性价比的泡沫铝，本发明提出了一种基于一定液压作用下小孔径泡沫铝（平均孔径0.6~1.4mm，孔隙率65~75%的工业纯铝或铝合金泡沫）的熔体双温连续发泡方法，通过液压差保证熔体及熔体泡沫的连续流动性，通过T1温度下的搅拌发泡实现熔体泡沫孔结构的细化，通过T2（T1-T2=10~20℃）温度下的低温增粘发泡实现小孔径泡沫铝的获得，最终实现小孔径泡沫铝的熔体连续发泡制备。

发明内容

本发明提出了一种液压作用下小孔径泡沫铝（平均孔径0.6~1.4mm，孔隙率65~75%的铝或铝合金泡沫）的双温熔体连续发泡制备方法：将铝或铝合金在T1温度熔化、增粘，增粘的熔体引入保温炉并与发泡型模保持一定的液面高度差△H，连续加入经预氧化处理的发泡剂TiH₂进行搅拌发泡，获得含大量微细均匀气泡的熔体泡沫，该熔体泡沫在液压（ρg△H）作用下连续流入温度为T2的双带式连续发泡型模中进行低温增粘发泡（泡沫化温度T2，T1>T2，T1-T2=10~20℃），发泡体冷却后获得小孔径泡沫铝。

本发明所述小孔径泡沫铝的熔体连续发泡制备方法，具体步骤包括：

（1）将铝或铝合金在高于其熔点（铝合金液相线温度点）30~40℃的温度T1下熔化，保温30~60分钟，并使铝或铝合金熔体的液面与双带式连续发泡型模之间的高度差△H为100~1000mm，铝或铝合金熔体与发泡型模之间用通液管连接；

（2）在步骤（1）得到的铝或铝合金熔体中添加Ca，在1000~2000rpm的搅拌速度下搅拌10~15分钟，获得增粘的铝或铝合金熔体，并保持液面高度差△H不变，其中，Ca的添加量为铝或铝合金熔体质量的1~3%；

（3）采用螺旋送进的方式，在通液管的出口处向步骤（2）获得的流动的增粘铝或铝合金熔体中加入经预氧化处理的发泡剂TiH₂，发泡剂TiH₂的加入量为铝或铝合金熔体质量的0.5~2%；

（4）将步骤（3）获得的增粘铝或铝合金熔体与TiH₂的混合物在1000~3000rpm的搅拌速度下搅拌30~100秒，进行搅拌发泡，得到具有微细孔结构的熔体泡沫；

（5）将步骤（4）获得的微细孔结构熔体泡沫在液压差作用下连续流入温度为T2的双带式连续发泡型模中进行低温增粘发泡2~20分钟获得小孔径泡沫铝，其中，T1-T2=10~20℃。

优选的，本发明所述铝为工业纯铝，铝合金为铝与Si、Cu、Mg、Zn、Mn元素构成的二元或多元铝合金。

优选的，本发明所述发泡剂TiH₂颗粒的粒度范围为37~74μm；发泡剂TiH₂的预处理方法为：在大气环境中，在400℃保温6h，然后将温度升至470~520℃保温1h进行氧化处理（400℃,6h+（470~520℃）,1h）。

发明原理：

（1）搅拌发泡原理