[發明專利]一種泡沫鋁/鋁合金的真空發泡制備方法

有效

• 申請號: 201010286385.4
• 申請日: 2010-09-19
• 公開（公告）號: CN101948962A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 左孝青;陸建生;周蕓;劉榮佩;陳冬華;楊濱;陳顯寧
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C21/00
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明屬于多孔金屬材料領域，特別是泡沫鋁/鋁合金的熔體真空發泡制備工藝方法。

背景技術

泡沫鋁/鋁合金具有輕質、高比強度、高比剛度、能量吸收、吸音減噪、阻尼減振等特性，在航天航空、艦艇、汽車、高層建筑、噪音控制等高技術及民用領域有巨大的市場潛力。

目前，公知的熔體發泡法制備泡沫鋁/鋁合金，采用的是TiH₂作為發泡劑，通過TiH₂的分解產生氣體使鋁熔體發泡而獲得。該方法存在：(1)由于TiH₂的開始分解溫度(450℃)低于鋁/鋁合金的熔點，因而使TiH₂在攪拌分散時過早過快分解而使其分散困難，通常TiH₂的攪拌分散時間不能超過100s，是泡沫鋁/鋁合金結構均勻性控制困難的原因所在；(2)TiH₂的價格較貴，是導致泡沫鋁/鋁合金生產成本高的原因之一；(3)公知的熔體發泡法的發泡時間為5-10分鐘，時間長、效率低。因而，提高泡沫鋁/鋁合金的結構均勻性及孔結構的可控性、采用非TiH₂發泡劑發泡、縮短發泡時間提高發泡效率，是改善泡沫鋁/鋁合金制備工藝、促進泡沫鋁/鋁合金的工業應用的重要途徑。

發明內容

本發明提供了一種泡沫鋁/鋁合金的真空發泡制備方法，其技術方案包括以下工藝步驟：

(1)鋁/鋁合金熔體的增粘：采用的原料為鋁/鋁合金，鋁/鋁合金加熱到其熔點以上20-100℃熔化、保溫30min.，后在鋁/鋁合金熔體中添加鋁/鋁合金熔體重量2-3％的鈣，以1500轉/分的攪拌速度攪拌8-20分鐘，使鋁/鋁合金熔體的粘度提高到1.8-2.5mPas；

(2)初始氣體的引入及均勻化處理：往增粘的鋁/鋁合金熔體中注入熔體體積5-10％的氣體，以1000-3000轉/分的攪拌速度攪拌2-5分鐘，使氣體以微小氣孔的形式均勻分散在增粘的鋁/鋁合金熔體中；

(3)真空發泡：將增粘的、含微小均布氣孔的鋁/鋁合金熔體置入減壓倉中，抽氣5-20秒使減壓倉內的氣壓減小到10^-3-10^-4atm，鋁/鋁合金熔體中的初始微小氣孔膨脹使鋁/鋁合金熔體發泡，鋁/鋁合金熔體泡沫水冷卻凝固后，得到泡沫鋁/鋁合金。

所述的鋁/鋁合金中的鋁為工業純鋁，所述鋁合金為鋁基體與合金元素Si、Cu、Mg、Zn構成的合金。

發明原理：

(1)真空發泡原理

在真空條件下，隨著外壓的減小，初始氣孔的體積會急劇快速膨脹。

根據理想氣體狀態方程，對于等溫過程有：

p₁V₁＝p₂V₂????(1)

(1)式中，P₁-大氣壓(atm)，V₁-常壓下微小氣孔的體積(mm³)，P₂-減壓倉氣壓(atm)，V₂-真空下氣孔的體積(mm³)。

將氣孔視為球體，則(1)式變形為：

p₁r₁³＝p₂r₂³????????(2)

(2)式中，r₁-常壓下微小氣孔的半徑(mm)，r₂-真空下氣孔的半徑(mm)

利用(2)即可計算初始氣孔的體積膨脹量，減壓倉氣壓越低，則氣孔體積膨脹越大，但由于氣孔存在合并現象，因此，實際值大于理論值。設有一直徑為0.1mm的初始氣孔，大氣壓為1atm，當氣壓減小到0.001atm時，該初始氣孔會膨脹為直徑1mm的氣孔；當氣壓減小到0.0001atm時，則該初始氣孔會膨脹為直徑2.15mm的氣孔。

(2)初始氣孔的均勻化原理

鋁/鋁合金熔體中添加鈣并攪拌，通過鈣的氧化在熔體中生成CaO、CaAl₂O₄等氧化物而使鋁/鋁合金熔體粘度提高，初始氣孔及膨脹的氣孔才能在鋁/鋁合金熔體中存留，形成穩定的熔體泡沫，并通過較快的水冷凝固使熔體泡沫結構保留下來形成泡沫鋁/鋁合金。

另外，通過初始氣體的引入、攪拌，使引入的初始氣體在增粘熔體中呈細小、均勻的狀態分布，為均勻泡沫結構的獲得提供了保證。