[发明专利]泡沫铝铸造成形方法

说明书

本发明提出了一种制备闭孔泡沫铝合金异形件的方法，该方法采用浇注和发泡工艺，涉及到发泡剂氢化钛颗粒的预处理、合金体系的选择、发泡剂在熔体中的分散和预制熔体的浇注与发泡。具体步骤如下：首先将氢化钛颗粒在一定温度范围和空气气氛中进行热处理，获得表面改性；然后选择铝硅镁近共晶成分合金作为基体材料，将铝合金加热熔化后在空气气氛中搅拌增粘；在一定熔体温度范围内加入预处理后的氢化钛颗粒搅拌分散，制备出含有氢化钛颗粒的预制熔体；最后将预制熔体按照一定量浇注到在一定温度范围内保温的模具内，保温发泡一定时间后获得泡沫铝合金的异形件产品。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种基于预制熔体，采用浇注和发泡工艺制备闭孔泡沫铝合金异形件的方法。

背景技术

闭孔泡沫铝由于其独特的气孔结构和铝合金基体性质，是一种轻质结构材料，兼具吸音降噪、吸能减震、电磁屏蔽、隔热保温等特性，因此在交通运输、航空航天、建筑装饰、防爆防弹等领域有广阔的应用前景。

由于泡沫铝的孔隙率较高，其力学特性受到气孔结构的影响，受压变形时表现为变形带的形成、扩展和沿变形带的逐层坍缩，因此泡沫铝无法采用传统金属压力加工的方式实现成形；较高的孔隙率也导致泡沫铝在液态下表观粘度很高而难以流动，因此无法采用传统铸造的方式实现成形。

在常见的三种泡沫铝制备方法中，熔体发泡法是一种成本低、易于大规模生产、产品结构较均匀、回炉废料也可重复利用的发泡方法。但熔体发泡法制备的泡沫铝既无法通过铸造等方法获得近净成形的产品，也很难通过压力加工获得复杂形状的产品，极大限制了泡沫铝的应用和发展。目前熔体发泡法生产的泡沫铝均是先生产出大块泡沫铝，然后切割成泡沫铝板材使用，生产效率不高，且应用受到限制。

现有的泡沫铝异形件的制备方法主要包括：粉末压实熔化发泡法、FORMGRIP法和二次泡沫化法。它们的共同点是将发泡剂颗粒(通常是氢化钛)分散在铝合金基体中，通过热压或挤压实现密实化，获得含发泡剂的固态预制体，将预制体切块后放置在模具内加热发泡充型获得异形件。粉末压实熔化发泡法采用金属粉体作为原材料，具有成本高、工艺复杂、加热时温度场不均匀导致工艺不稳定等缺陷。FORMGRIP法和二次泡沫化法采用金属熔体替代了金属粉体，降低了成本，但仍存在工艺流程复杂、固态预制体加热时温度场不均匀、固态预制体发泡充型能力较弱等缺点。

目前尚未有泡沫铝异形件获得工业化应用。

发明内容

本发明提出一种含发泡剂的预制熔体通过浇注和发泡的方式制备泡沫铝异形件的方法，其思路是制备一种含氢化钛颗粒的铝合金熔体，控制氢化钛在熔体内缓慢分解甚至不分解，通过浇注的方式将预制体熔体注入高温模具内使熔体升温，进而发泡剂分解实现熔体发泡充型，最终获得具有表面封闭层的泡沫铝异形件。

本发明创造性的提出了一类新的泡沫铝铸造成形法，实现了熔体浇注与发泡一体化，可以实现泡沫铝复杂异形件的制备。本发明与现有的二次泡沫化相比，省去了预制体凝固、密实化和切块、二次加热熔化等步骤，实现了短流程并提高了能源利用率，同时具有预制熔体升温时间短，温度场更加均匀、预制熔体流动性好等优点。

本发明的技术方案包括以下步骤：

第一步：将325～500目的氢化钛颗粒在400～450℃热处理0.5～1.5h，然后升温至480～520℃热处理0.5～1.5h，冷却后备用。