[發(fā)明專利]一種用金屬熔體充氣法制備多孔泡沫金屬的設備及其方法

無效

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• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101818278A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 高玉周;劉世永;張會臣;許曉磊
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發(fā)明屬于機械工程領域的金屬材料制備技術，特別是一種用金屬熔體充氣法制備多孔泡沫金屬的設備及其方法。

背景技術

具有泡沫結構的多孔金屬材料由于其特殊的結構形式，不僅具有可焊性、可導電、可延展等一般的金屬屬性，而且在吸能減震、高阻尼性、消聲降噪、隔熱換熱、電磁屏蔽、透氣透水等方面更顯示出自身的特色，已經廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑行業(yè)、環(huán)保事業(yè)以及高新科技等領域。根據(jù)制備過程中金屬的狀態(tài)來分，多孔泡沫金屬的制備方法主要有液相法、固相法和金屬沉積法。液態(tài)金屬的發(fā)泡可以通過直接吹氣發(fā)泡法、金屬氫化物分解發(fā)泡法等方法實現(xiàn)；固態(tài)金屬的發(fā)泡可以通過粉末冶金法、粉末發(fā)泡法、金屬空心球法和金屬粉末纖維燒結法等方法實現(xiàn)；金屬沉積法是采用化學或物理的方法實現(xiàn)的。但這些方法都存在一些問題：

1、金屬氫化物分解發(fā)泡法由于金屬氫化物分解過程難于控制，其形成的氣泡與直接吹氣法發(fā)泡法同樣存在成本較高的問題；又由于H的存在容易形成氫脆，惡化金屬的力學性能，僅適合于Al、Mg金屬的發(fā)泡，對Ti金屬及其合金則不適用。

2、Al金屬的發(fā)泡只能使用直接充氣發(fā)泡法制備泡沫金屬，但在制備工藝過程中，由于氣泡的聚集、合并，Al泡沫金屬中的孔隙大小難于控制，氣孔尺寸大小不一，從而對材料的性能產生不利的影響。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的目的是要提出一種制備工藝簡單、成本低廉、可以適用于多種金屬發(fā)泡且氣孔尺寸可以控制的用金屬熔體充氣法制備多孔泡沫金屬的設備及其方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：一種用金屬熔體充氣法制備多孔泡沫金屬的設備，包括金屬熔體槽、發(fā)泡室、流體孔、隔離墻、泄氣閥、金屬結晶器，所述的金屬熔體槽通過帶流體孔的隔離墻與發(fā)泡室分開，所述的發(fā)泡室上部有泄氣閥、側面與金屬結晶器相連，所述的金屬結晶器的中部安裝有高頻超聲振動器，所述的高頻超聲振動器與用于調節(jié)其振動頻率、振幅及功率大小的高頻超聲電源連接。

本發(fā)明所述的金屬結晶器與高頻超聲振動器采用螺栓連接。

本發(fā)明所述的高頻超聲振動器的實驗功率為400～500W，振動頻率為21.8kHz，振幅為1.4～2.0×10^-5m，實驗時磁化電流為6～10A，屏極電流為1～2A。

一種用金屬熔體充氣法制備多孔泡沫金屬的方法，包括以下步驟：

A、將金屬熔體槽中的金屬加熱到熔點以上約200-300℃，形成金屬熔體；

B、對金屬熔體通過氣管充入空氣；

C、啟動高頻超聲振動器，使含有氣泡的金屬熔體通過金屬結晶器時，在高頻超聲振動作用下，氣泡被超聲振動發(fā)生碎化，一個氣泡碎化為幾個更為細小的氣泡；調整高頻超聲振動器的振動頻率和振幅，使氣泡的碎化程度和氣泡尺寸符合要求；

D、使含有細小氣孔的金屬熔體在金屬結晶器的尾部凝固結晶，形成多孔泡沫金屬材料。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、由于本發(fā)明采用高頻超聲振動對金屬熔體進行熱振動，使金屬熔體產生大量氣泡，溶解于液體中的氣體可以擴散到氣泡中；對于直接吹氣法發(fā)泡法，在高頻超聲振動條件下，氣泡產生碎化效應，較大氣泡碎化為大量的小氣泡。高頻超聲振動形成的氣泡大小、分布均勻，此方法工藝簡單，成本低，適合大規(guī)模生產推廣應用。

2、本發(fā)明對所采用的氣體沒有嚴格的限制，采用惰性氣體Ar、He、N₂、CO₂等等，對金屬組織結構及力學性能無不良影響，克服了金屬氫化物分解發(fā)泡法中H元素對Ti金屬及其合金、鋼鐵等金屬組織結構及力學性能的不良影響，可適用于多種金屬的發(fā)泡。

3、本發(fā)明通過調整高頻超聲振動的頻率、振幅，可以調整超聲波對氣泡的作用力，控制氣泡的碎化程度和氣泡尺寸，使零件的孔徑尺寸大小可以在很大的范圍內變化，適合大規(guī)模工業(yè)應用。

附圖說明

本發(fā)明僅有附圖1張，其中：

圖1用金屬熔體充氣法制備多孔泡沫金屬的設備的結構示意圖。

圖中，1、金屬熔體槽，2、發(fā)泡室，3、流體孔，4、隔離墻，5、泄氣閥，6、金屬結晶器，7、高頻超聲振動器，8、高頻超聲電源，9、金屬熔體，10、氣管，11、氣泡，12、泡沫金屬材料。

具體實施方式