[發(fā)明專利]一種高效吸能復(fù)合發(fā)泡新材料的鑄造工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711013660.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN107855500A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚誠(chéng)德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 界首市菁華科技信息咨詢服務(wù)有限公司
• 主分類號(hào): B22D25/00
• 分類號(hào): B22D25/00;C22C1/08
• 代理公司: 安徽信拓律師事務(wù)所34117
• 代理人: 李德勝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)泡鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效吸能復(fù)合發(fā)泡新材料的鑄造工藝。

背景技術(shù)

泡沫鋁具有良好的吸能特性，在車輛碰撞防護(hù)、落體保護(hù)和爆炸防護(hù)等方面具有廣闊發(fā)展前景。

但現(xiàn)有泡沫鋁材料在吸能應(yīng)用上還存在兩方面問題：一是由于泡沫金屬冶煉加工工藝不夠成熟，存在著許多難題尚未很好地解決，突出地表現(xiàn)在：在金屬冶煉發(fā)泡過程中，由于熔融金屬流動(dòng)性好，氣泡和金屬密度懸殊大，常規(guī)是從外部冷卻熔體，冷卻速度緩慢，導(dǎo)致金屬有機(jī)會(huì)下沉、氣泡容易上浮，結(jié)果泡體和固體分層明顯，冶煉出的泡沫體密度呈現(xiàn)上小下大的梯度變化，造成成品率極低，每次冶煉只有不足三分之一的金屬得到發(fā)泡，產(chǎn)品返工率高，導(dǎo)致冶煉能耗高、發(fā)泡劑消耗多，生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價(jià)格居高不下，大大限制了吸能性能推廣應(yīng)用。二是泡沫鋁泡體壁薄硬度不夠，在車輛高速碰撞防護(hù)和高空墜落防護(hù)時(shí)吸能不夠，需要進(jìn)一步提升壓縮屈服強(qiáng)度。

我們研發(fā)出一種低成本高效吸能復(fù)合發(fā)泡新材料的鑄造工藝。該工藝通過均勻添加發(fā)泡陶球，不僅解決了泡沫鋁均勻發(fā)泡復(fù)合難題，而且利用陶球攜帶冷量實(shí)現(xiàn)從內(nèi)部快速冷卻鋁熔體，克服了從熔體外部冷卻慢的弊端，避免了氣泡上浮導(dǎo)致的泡體和固體分層，實(shí)現(xiàn)了均勻發(fā)泡，減少了產(chǎn)品返工二次冶煉，大大降低了能耗，特別是通過廉價(jià)輕質(zhì)陶球的添加，大大降低了復(fù)合發(fā)泡材料的生產(chǎn)成本，也利用輕質(zhì)陶球良好的壓縮屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提升了發(fā)泡材料的吸能效果，尤其對(duì)解決未來電動(dòng)汽車碰撞防護(hù)具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺陷提供一種高效吸能復(fù)合發(fā)泡新材料的鑄造工藝，可以有效地解決泡沫鋁發(fā)泡不均勻難題，降低發(fā)泡材料的生產(chǎn)成本，提升發(fā)泡材料的壓縮屈服強(qiáng)度。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種高效吸能復(fù)合發(fā)泡新材料的鑄造工藝，是在鋁發(fā)泡過程中通過整體壓入浸沒技術(shù)將發(fā)泡陶球添加到泡沫鋁中，保證了陶球能夠均勻地分布在泡沫鋁中，提高了發(fā)泡材料的抗壓強(qiáng)度和隔熱性能，大大降低了產(chǎn)品成本。為解決泡沫鋁氣泡漂浮產(chǎn)生的分層不均勻難題，發(fā)泡陶球通過內(nèi)冷外熱方式添加，通過發(fā)泡陶球攜帶冷量進(jìn)入熔體達(dá)到從內(nèi)部快速冷卻發(fā)泡熔體，有效控制了氣泡上浮和密度梯度變化，實(shí)現(xiàn)了均勻發(fā)泡。

具體鑄造方法如下：

(1)將選定密度、粒徑的發(fā)泡陶球通體冷卻至設(shè)定的低溫待用。

(2)按鋁發(fā)泡常規(guī)工藝在容器中將發(fā)泡劑投入鋁熔體攪拌均勻后倒入到發(fā)泡模具中；

(3)將無底金屬網(wǎng)箱倒成底朝上盛滿步驟(1)備好的低溫發(fā)泡陶球，用浸了水的可燃性繩網(wǎng)將無底金屬網(wǎng)箱封底后倒轉(zhuǎn)還原成繩網(wǎng)底朝下，將該箱迅速移到步驟(2)同步備好的發(fā)泡熔體上方，使金屬網(wǎng)箱的底部繩網(wǎng)接觸高溫熔體表面，并同步加熱使陶球表面溫度瞬間升到接近熔體溫度(陶球內(nèi)部仍保持低溫)。待網(wǎng)箱底麻繩網(wǎng)被烘干燃斷后，將該網(wǎng)箱連同發(fā)泡陶球慢慢壓入浸沒到發(fā)泡熔體中進(jìn)行靜置發(fā)泡，此間低溫發(fā)泡陶球從周邊吸熱使熔體從內(nèi)部得到迅速冷卻，降低了鋁熔體的流動(dòng)性，避免發(fā)泡劑產(chǎn)生的氣泡向上漂浮，待熔體流動(dòng)性下降到氣泡流不動(dòng)時(shí)提出無底金屬網(wǎng)狀箱即可；

(4)冷卻后，將模具中發(fā)泡完成的復(fù)合泡沫體取出即可得到低成本高效吸能復(fù)合發(fā)泡新材料。

進(jìn)一步的，上述泡沫鋁也可以是泡沫鋁合金。

進(jìn)一步的，上述發(fā)泡陶球選擇粒徑、密度、孔隙率大體一致符合設(shè)計(jì)要求的輕質(zhì)陶球，最佳粒徑區(qū)間在0.5-1cm。

進(jìn)一步的，上述泡沫鋁與發(fā)泡陶球的體積比為1：0.5-1.5。

進(jìn)一步的，上述金屬網(wǎng)筐采用外部壓力自上而下壓入浸沒到鋁發(fā)泡熔體過程中，發(fā)泡陶球間的空氣被熔體自然擠出。

進(jìn)一步的，所述發(fā)泡陶球的加熱方式通過高溫?zé)犸L(fēng)吹拂實(shí)現(xiàn)表面快速加熱。

進(jìn)一步的，所述發(fā)泡陶球冷卻設(shè)定的低溫?cái)?shù)值是個(gè)可變量，要根據(jù)泡沫鋁熔體溫度高低和泡沫鋁熔體凝固臨界溫度以及發(fā)泡陶球添加量來確定，既可以通過模擬測(cè)算，也可通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定。

經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明工藝所生產(chǎn)的一種低成本高效吸能復(fù)合發(fā)泡新材料，壓縮屈服強(qiáng)度大于5M Pa，吸能密度可達(dá)40～80MJ/cm³，比純泡沫鋁提高40％，成本比泡沫鋁降低50％以上。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的技術(shù)方案改變傳統(tǒng)泡沫鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)，通過添加發(fā)泡陶球，強(qiáng)化了空間結(jié)構(gòu)和立體支撐，使陶球的硬性與泡沫鋁的軟性相互更好地結(jié)合，制備的復(fù)合新材料吸能效果更好；

(2)通過對(duì)陶球采用特殊的處理方式，最終制成的發(fā)泡材料均勻性大大提升；