[發明專利]一種采用超聲波的熔體發泡法生產泡沫鋁改進工藝

無效

• 申請號: 201410651668.2
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104451230A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 聶剛;謝峰;龍海敏
• 申請（專利權）人: 界首市一鳴新材料科技有限公司
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C21/00
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技術領域：

本發明屬金屬材料加工工藝領域，尤其涉及一種采用超聲波的熔體發泡法生產泡沫鋁改進工藝。?

背景技術：

泡沫鋁是在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經過發泡工藝而成，同時兼有金屬和氣泡特征。它具有密度小、高吸收沖擊能力強、耐高溫、防火性能強、抗腐蝕、隔音降噪、導熱率低、電磁屏蔽性高、耐候性強等特點，在航天艦船、汽車防撞、道路隔音、建筑防火等領域得到了應用。?

泡沫鋁的吸能具有良好的速率應變特性，即，應變速率越大，單位體積泡沫鋁所能吸收的能量就越大，最高可達8～30J/cm³。泡沫鋁的這種性能，使其成為最理想的吸能、防撞和防爆材料。目前，奔馳、寶馬和本田等汽車大廠已經在汽車防撞梁、A柱、B柱等處使用泡沫鋁材料，用于車體的防撞吸能。韓國今年派出的國際維和部隊，其兵營所用材料也是泡沫鋁，用于防止流彈和冷槍等。我國近期新疆維和行動中，也為部隊配備了泡沫鋁兵營，并為運兵車配備了泡沫鋁防護板。?

泡沫鋁傳統制備方法中，熔體發泡法工藝如下：在鋁液中加入增粘劑，攪拌均勻后加入發泡劑，放入到一定溫度的模具中進行發泡而成。其具體的工具參數為：增粘劑采用鈣粒，其添加溫度對熔體的粘度有很大影響，溫度越高粘度越大，在660℃添加2%Ca粒攪拌10min可以獲得合適的熔體發泡粘度。折葉槳式攪拌器的攪拌效果理想，采用邊加入邊提高轉速的方法添加TiH2易于將發泡劑分散均勻。選用粒度為74μmTiH2顆粒可以得到較高孔隙率的泡沫。氫化鈦添加量宜在1.0～1.6%范圍，發泡溫度選擇620～630℃范圍，冷卻方式在空氣中自然緩冷，并使發泡槽溫度高于熔體10℃。可以實現不同厚度500mm×1000mm×X的鋁合金泡沫鋁板材的制備。?

在傳統的熔體發泡法生產泡沫鋁的制備工藝中，對氣泡大小的控制一直是一個關鍵的工藝問題。鋁合金的熔化溫度在580～650℃左右，而TiH₂發泡劑在550～580℃即開始分解，釋放氫氣。發泡劑發泡溫度低于鋁合金溶液的溫度，因此造成了粉末狀發泡劑在尚未充分彌散時就已經開始劇烈分解，釋放氣體，進而影響了粉末顆粒的進一步彌散，造成發泡劑集中，導致產生的氣泡過大。氣泡過大時，會造成鋁合金材料應力過于集中，從而?降低了泡沫鋁材料的機械性能。同時，在發泡過程中，產生的較大氣泡更容易在鋁溶液中上浮，從而造成泡沫鋁密度、孔隙率不均勻，降低了成品率，提高了生產過程中的成本。如何在不降低孔隙率的情況下，盡量得到細小、致密、均勻的氣泡，一直是一個難以解決的問題。?

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫學、軍事、工業、農業上有很多的應用。超聲波因其頻率下限大于人的聽覺上限而得名。當超聲波在介質中傳播時，由于超聲波與介質的相互作用，使介質發生物理的和化學的變化，從而產生一系列力學的、熱學的、電磁學的和化學的超聲效應，包括以下4種效應：①機械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質中形成駐波時，懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時，由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化。②空化作用。超聲波作用于液體時可產生大量小氣泡。一個原因是液體內局部出現拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化。空洞內為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產生高溫、高壓，同時產生激波。與空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷，并在氣泡內因放電而產生發光現象。在液體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。③熱效應。由于超聲波頻率高，能量大，被介質吸收時能產生顯著的熱效應。④化學效應。超聲波的作用可促使發生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經超聲處理后產生過氧化氫；溶有氮氣的水經超聲處理后產生亞硝酸；染料的水溶液經超聲處理后會變色或退色。這些現象的發生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質的水溶液經超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結構發生了改變。?

發明內容：