[发明专利]一种层级密度泡沫铝生产设备及方法

说明书

本发明公开了一种层级密度泡沫铝生产设备及方法。生产设备包括螺杆和套筒，套筒上设有增稠铝液上料口，第一发泡剂上料装置和第二发泡剂上料装置，螺杆设置于套筒内，螺杆位于套筒前段，套筒前端设有发泡段，增稠铝液上料口设置于套筒前端上部，第一发泡剂上料装置设置于增稠铝液上料口下游，第二发泡剂上料装置设置于第一发泡剂上料装置之后。生产方法包括发泡，挤压与成型；将铝溶液加入套筒对铝液进行搅拌和推进，套筒前段设有发泡段，加入发泡剂的铝液在发泡段完成发泡、膨胀，接着进入到发泡仓。本发明使铝液发泡后搅碎生成更细小的气泡，改善了泡沫铝的成型性能，提高发泡均匀度和成品率，精密可控的生产出不同密度梯度的泡沫铝板。

技术领域

本发明属于泡沫铝生产设备及工艺技术领域，具体涉及一种层级密度泡沫铝生产设备及方法。

背景技术

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入发泡剂之后，经过发泡工艺而成，同时具有金属和气泡特性。泡沫铝是一种高孔隙率的多功能材料，具有轻质、高强韧、耐撞性、高比强度、高比刚度、阻燃隔热、减振降噪、耐腐蚀和电磁屏蔽多功能复合特性，在电子、通讯、冶金、化工、建筑、交通运输和航空航天等领域得到了广泛的应用。

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力就越大，最高可达到8～30J/cm3。目前，奔驰、宝马和本田等汽车公司已经在汽车防撞梁，A柱、B柱等处使用泡沫铝材料，用于车体的防撞吸能。

梯度泡沫铝是指泡沫铝的某一尺寸方向上密度、孔径以及成分连续变化的泡沫铝结构，它克服了传统匀质泡沫铝材料的不足，可以用低孔隙率区作为承载，高孔隙率区实现功能特性，因此，梯度泡沫铝是一种先进的结构功能一体化材料结构。目前，梯度泡沫铝的制备方法有渗流铸造法、占位体烧结法、搅拌摩擦加工法以及化学铣削法等。

渗流铸造法是以铝锭、NaCl为原材料，首先将NaCl放置在模具当中，利用压机制备NaCl坯料，通过控制压力控制NaCl在坯料中的体积分数，然后将铝锭、不同NaCl体积分数的坯料按一定的顺序叠放在一起，并置于渗流铸造设备当中，在气压的作用下，铝锭的熔体将注入到NaCl坯料的孔隙当中，冷却室温后，再将其放入水中，坯料中的NaCl将会溶解于水中，从而制备出梯度泡沫铝结构。

占位体烧结法是以铝粉、占位体(NaCl)为原材料，首先将铝粉、占位体(不同粒径、不同质量比)以及少量的增粘剂进行充分的混合，将不同的混合粉按一定的顺序铺放在模具当中，利用压机进行致密化处理各种坯料，然后将坯料置入水中，其中占位体将会溶解进水中，最后再进行高温烧结完成梯度泡沫铝结构的制备。

搅拌摩擦加工法是以铝板为原材料，以氢化钛为发泡剂，将氢化钛置于两块铝板之间，通过搅拌摩擦焊将两块铝板连接在一起，在此过程中氢化钛均匀分布于铝合金当中，应用同样的方法制备出不同氢化钛含量的坯料，然后将这些坯料按一定的顺序排放，并利用搅拌摩擦焊将其连接再一起，最后通过高温发泡制备出梯度泡沫铝结构。

用化学铣削法是将己经制备好的开孔泡沫铝浸入在NaOH或HCI溶液中，通过控制NaOH或HCI溶液的液面高度，控制泡沫铝在溶液中的侵蚀时间，从而获得梯度泡沫铝结构。

目前，梯度泡沫铝的制备方法都存在不足之处，渗流铸造法和占位体烧结法制备过程中需采用压力机来制备坯料，所制备的梯度泡沫铝外形尺寸受限于压机的吨位、台面尺寸且还要专门配备与之相适应的水溶解容器，操作复杂，模具繁多，成本较高。搅拌摩擦加工法过程中需大量的使用搅拌摩擦过程，这包括发泡剂分散以及不同特征坯料之间的连接，且需要高温装置处理，存在加工效率低、成本高的问题；化学铣削法过程中使用酸、碱等溶液，且需要特殊的装置来完成，因此其环境友好性差，成本较高。

发明内容

针对目前梯度泡沫铝生成设备及生成工艺存在的不足，本发明的目的是提供一种层级密度泡沫铝生产设备及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种层级密度泡沫铝生产设备，包括：