[发明专利]特殊预制块法制造通孔泡沫铝合金

说明书

本发明是一种制造通孔泡沫铝合金的新工艺，属铸造铝合金技术领域。

铸造泡沫多孔金属与母金属相比有小的比重（0.1～0.6倍），大的表面积（50～80倍），及高的孔隙率（40～90%），分为通孔及不通孔两大类。通孔泡沫金属在热工（热交换），声学（消声、吸声），电子（提高信噪比），能源技术（核、氢、电池、太阳能），化工，机械力学减振等领域都有广泛的应用，与粉末冶金多孔金属相比有较大的孔隙直径，高的通孔隙率，工艺简单，成本低廉。现有的制造泡沫金属的方法主要有三类，金属熔体发泡法，U.S.Patent    3843353（1974）所述及，但气泡在金属中分布不均匀，工艺复杂，控制材料质量，形成高的通孔率及提高生产率等方面都存在一定困难，熔模铸造法，Jpn.Ind.Tech.Bull.8（1980）19。该方法用流态耐火材料填充海绵状塑料中的孔隙待耐火材料硬化后，加热使塑料气化，获得具有海绵状孔隙结构铸型。将液体金属浇入铸型冷却凝固后除去耐火材料获得泡沫金属，该法在简化工艺，提高生产率等诸方面还有待改善;颗粒法是将金属浇入装有粒状颗粒的铸型中，凝固以后除去颗粒形成孔洞，特公昭62-30253，特公昭62-30254分别采用可熔性氯化钠及无机物粒子制成多孔体后，压入液体金属制取泡沫金属，颗粒法的共同点是颗粒的熔点必须高于熔体，该法不足之处是控制孔隙率、孔径大小，去除颗粒及提高生产率诸方面都存在困难。

根据现有制造泡沫金属方法的不足，本发明提出一种制造通孔泡沫铝合金的新工艺，以解决控制泡沫铝合金制造质量难，工艺复杂，生产率不高等缺点。

本发明根据预期通孔泡沫铝合金的结构要求（孔大小、形状、分布、孔隙率），用可燃性塑料颗粒和粒结剂混合形成特殊预制块在适当工艺条件下铝合金熔体渗流入预制块成为复合体，再加热复合体，形成通孔泡沫铝合金。可燃性颗粒是聚苯乙烯粒子及一些塑料粒子，这类颗粒熔点或燃烧气化温度低于铝合金熔点，形状可以是球形、多角形、大小可从0.5mm～5mm或以上（由泡沫铝合金孔隙结构决定），且颗粒周围涂以碳灰水以提高耐热温度，在环氧类树脂粘结剂中加入一定比例的固化剂聚酰胺树酯，（10∶1～5∶1）与上述颗粒混合，50°～120℃加热5～30分钟固化形成预制块，铝合金熔体0.5～10秒内，压力在9.8～49兆帕下渗流入预制件中可燃性粒子周围的粘结剂，在颗粒周围的粘结剂其熔点与气化温度低于颗粒，从而形成通孔泡沫铝合金相互连通的铝合金骨架和可燃物复合体。在极短的渗流凝固过程中，缺少可燃性粒子燃烧三个必要条件，温度、氧气、时间中的后两个条件，所以在铝合金熔体渗入可燃性粒子周围粘结剂中形成多孔铝合金骨架的同时，可燃性颗粒并不燃烧。而使预期泡沫铝合金通孔结构不发生变化，在预制块中还可放置铝合金构件（管、型、板），以形成金属构件泡沫金属复合体。在低于铝合金熔点200℃～500℃加热复合体，使可燃性颗粒熔化流出或燃烧气化，获得期望通孔结构的泡沫铝合金。

本发明与现有制造工艺相比，整个通孔泡沫铝合金由特殊预制块、渗流凝固控制及后热处理三道工序完成，工艺简单，生产速度高，可采用机械化生产，同时由预制块中颗粒的形状、大小、分布的控制可 形成各种预期通孔结构的泡沫铝合金。

下面是本发明的三个实施例：三种铝合金99%的Al;Al-4.5Mg%合金，Al-12Si%合金，均按下列步骤实施。

1.将形状不规则，尺寸2.5mm～5.5mm的聚苯乙烯粒子与环氧树酯和聚酰胺树酯以10∶1充分混合，在园柱形模具（尺寸为φ50×50mm）中形成预制块，70℃加热10～20分钟，固化后脱模。

2.将制得的预制块，放入专用的压力机模具里（尺寸为φ60×300mm及φ70×300mm，铝合远熔体温度750℃，浇注时施加20兆帕的压力，8秒内将铝合金熔体渗流入预制块内，再用顶杆推出通孔泡沫金属骨架及预制块复合体。如需加工成需要的形状尺寸，在复合体阶段加工。

3.将复合体在炉子中加热至350℃，可燃性粒子即燃烧形成通孔泡沫铝合金。获得的通孔铝泡沫金属的孔径大小为1.5～5.5mm，通孔孔隙率是75～85%。