[實用新型]一種用于熔體注氣法制備泡沫鋁的發(fā)泡坩堝

有效

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• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN204369954U
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 胡正飛;蔡振武;張振;童慧;何大海;莫凡;蔣凱雁
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;B22D41/00
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權代理有限公司 31204
• 代理人: 陳龍梅

技術領域

本實用新型涉及一種用于熔體注氣法制備泡沫鋁的發(fā)泡坩堝,屬于結(jié)構功能材料制備裝置發(fā)泡爐－坩堝的技術領域。

背景技術

泡沫金屬兼具結(jié)構材料和功能材料特性，因其特殊的力學和物理性能而受到廣泛關注。由于鋁及其合金具有熔點低、鑄造性能優(yōu)異等特點，泡沫金屬的研究與開發(fā)多以輕金屬鋁為主。泡沫鋁是一種由鋁或鋁合金基體和氣孔復合而成的新型結(jié)構功能材料。孔洞若是相互連接，三維貫通的，則為開孔泡沫鋁；如果孔洞之間是自行封閉，完全隔開的，則為閉孔泡沫鋁。泡沫鋁特殊的結(jié)構決定了其具有輕質(zhì)、高比表面積、高孔隙率等優(yōu)點，具有致密金屬所不具備的特殊性能。作為結(jié)構材料，閉孔泡沫鋁高比強度、高比剛度的特點使其可以作為輕質(zhì)結(jié)構、減振、填充介質(zhì)而應用于汽車、航空航天等領域；作為功能材料，泡沫鋁具有隔熱、阻燃、阻尼、減振、吸聲、電磁屏蔽等特性，在國防裝備與電子等領域具有廣闊的應用前景。泡沫鋁的制備方法較多，常見的有熔體注氣法、熔體發(fā)泡法、粉末冶金法等。

熔體注氣法是指向鋁熔體中通入壓縮氣體使鋁液形成氣泡，經(jīng)過冷卻、收集過程得到閉孔泡沫鋁。在熔體注氣過程中，為了提高氣泡的穩(wěn)定性，需向鋁液內(nèi)添加3-20％的增粘劑(碳化硅、粉煤灰或其它合金元素)。壓縮氣體通過中空攪拌軸桿，經(jīng)分布在攪拌葉片間的出氣孔進入鋁熔體底部，利用機械攪拌或振動使鋁熔體中產(chǎn)生渦流場，對入射的壓縮氣體進行擾動和剪切，進而在鋁熔體中形成具有一定尺寸的氣泡。氣泡上浮到熔體表面后經(jīng)過冷卻和收集，通過成型模具的連續(xù)牽引便制備得到閉孔泡沫鋁型材。熔體注氣法制備的泡沫鋁孔隙率可以達到體積百分比98％，泡沫孔徑大小可以控制在1-20mm范圍內(nèi)。熔體注氣法制備成本相對較低，還可以實現(xiàn)泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)。

熔體注氣法制備泡沫鋁的過程可以分為三個階段，即氣泡在鋁熔體中的形成、分布和上升過程；氣泡在鋁熔體表面的聚集、析液過程；泡沫的冷卻、凝固和收集過程。而這三個過程又是相互關聯(lián)、密切耦合的。因此，泡沫鋁的制備過程相對復雜，其性能也受幾何、物理條件以及工藝參數(shù)的相互影響。泡沫孔洞的結(jié)構對于泡沫鋁的性能起著決定性的作用，泡沫的穩(wěn)定性也是連續(xù)制備閉孔泡沫鋁最基本的工藝要求，不僅要求在熔體中產(chǎn)生的泡沫尺寸均勻可控，在收集過程中也要保證其不破碎，最終才可以制備出合格的泡沫鋁產(chǎn)品。泡沫的冷卻、凝固和收集過程對于最終泡沫鋁的制備起到至關重要的作用，在泡沫上浮、收集的過程中，只有將尺寸均勻的泡沫完整、連續(xù)、高效地收集起來，才能制備得到性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

按照傳統(tǒng)的熔爐結(jié)構，由于坩堝(發(fā)泡爐)出料口平整，所形成的泡沫一般只能通過縱向傳送帶向下引導、縱向傳送帶向上引導、鉤子提拉、輥輪提拉等方式進行收集，這種收集裝置比較復雜，操作較難控制，因而會影響出料速度，生產(chǎn)效率較低。而泡沫鋁出料速度慢的話會導致坩堝內(nèi)上層泡沫堆積；上部泡沫受到擠壓，產(chǎn)生變形；下部的氣泡又在不斷的形成，導致部分氣泡發(fā)生合并；最終得到的泡沫鋁孔徑偏大，結(jié)構不均勻。如果泡沫增長太快，超過坩堝的高度，又會造成泡沫導出困難，鋁液外溢，不僅導致泡沫鋁生產(chǎn)成品率下降，原料利用率不高，而且影響連續(xù)操作和安全生產(chǎn)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型目的是設計一種用于熔體注氣法制備閉孔泡沫鋁的發(fā)泡爐-發(fā)泡坩堝，實現(xiàn)方便快捷、安全高效地制備質(zhì)量穩(wěn)定的泡沫鋁。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的設計思路如下：發(fā)泡坩堝由坩堝體和在坩堝體上端端口的一側(cè)開設的一個作為出料口的凹槽構成，凹槽的形狀和大小與目標產(chǎn)物泡沫鋁的橫截面形狀大小相同。

上述的凹槽為方形凹槽，或梯形凹槽，或三角形凹槽，或圓形凹槽。

上述的坩堝體上端端口與凹槽連接處平滑過渡。

與現(xiàn)有坩堝相比，本實用新型具有以下顯著優(yōu)點：

(1)帶有一定形狀且具有成型功能的凹槽作為出料口的發(fā)泡坩堝可以提升泡沫鋁出料和收集速度。鋁熔體注氣后產(chǎn)生氣泡形成的泡沫鋁在熔體表面可以順暢地從坩堝出料口通向收集裝置，提高泡沫鋁制備效率。

(2)凹槽相對較大，泡沫出料速度易于和注氣速度匹配，可避免泡沫在發(fā)泡坩堝內(nèi)的堆積，從而避免泡沫相互擠壓、合并引起的孔徑大小分布不均，因此，本實用新型裝置制得的泡沫鋁孔徑大小均勻，改善泡沫鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)帶有一定形狀且具有成型功能的凹槽的發(fā)泡坩堝可以避免因發(fā)泡過程中泡沫增長過快造成的外溢，在節(jié)約原料的同時，便于連續(xù)操作，保證生產(chǎn)安全。

(4)泡沫鋁從發(fā)泡坩堝上端的凹槽出料口流向收集裝置，有利于熱量釋放，降低表面溫度，促進泡沫鋁凝固與成型，減少后續(xù)冷卻過程消耗，節(jié)約能耗成本。