[發明專利]泡沫鋁或鋁合金材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910768617.0
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110438360B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 賀會軍;林卓賢;王志剛;劉希學;劉建;趙朝輝;朱捷;張煥鹍;朱學新;安寧
• 申請（專利權）人: 北京康普錫威科技有限公司
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C21/00
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 董李欣

本發明涉及一種泡沫鋁合金材料的制備方法，包括：將金屬鋁或鋁合金加熱到液相線以上溫度，使其完全熔化，形成液相鋁或者鋁合金熔體；分批次將氣體通入液相鋁或者鋁合金熔體中，其中，每次氣體通入均需對氣流進行高速剪切乳化分散，使得熔體內產生固定直徑且具有固定初始運動加速度的運動氣泡，進而使熔體轉化為均勻分散有氣泡的懸濁液；將懸濁液進行后續冷卻加工處理，制成泡沫鋁合金材料。本發明的泡沫鋁合金材料的制備方法，成功解決了傳統方法中存在的氣泡容易團聚長大且氣泡彌散不均勻的問題，同時該方法原料易得，設備簡單，工藝流程短，效率高，成本低，適合工業化生產。

技術領域

本發明涉及泡沫金屬材料的制備技術領域，特別涉及一種泡沫鋁或鋁合金材料的制備方法。

背景技術

泡沫鋁是一種高孔隙率的多孔材料，它比重小、耐熱、吸音、抗震、有特殊的物理和化學性能，既可以作為功能材料，又可作為結構材料；在機械、電子、建筑、交通運輸、輕化工、軍工等領域有廣泛的應用前景，如用作輕質裝潢建筑材料、輕化工填料及催化劑、熱交換器、阻燃材料、隔音消聲、減震抗沖、電磁屏蔽等。

泡沫鋁的傳統制備方法主要有下述幾種：

1.粉末冶金法：將發泡劑與金屬粉末混合制成預制塊，經過成型燒結使金屬粉末熔化、發泡劑分解，從而得到多孔結構；該方法成本較高，適合于鑄造加工一些小零件，不適合大規模工業生產。

2.電解沉積法：以聚氨基甲酸乙酯等有機發泡材料為骨架，進行鋁電解沉積，然后加熱去除有機發泡材料而制得泡沫鋁；該方法因發泡材料價格昂貴，技術復雜，應用有限。

3.滲流鑄造法：將一定尺寸的固體顆粒如可溶鹽、玻璃、陶瓷等，堆積在一起，然后使熔融的金屬液在壓力作用下注入到固體顆粒的縫隙中，冷卻后通過燒結或溶解將固體顆粒去除得到金屬泡沫材料；該方法生產的泡沫金屬材料孔徑的均勻性較好，但工藝復雜且成本較高。

4.熔體發泡法：在鋁液中加入增粘劑，攪拌均勻后，向金屬熔體中加入TiH2、ZrH2、CaCO3等發泡劑，通過攪拌使其混合均勻，放入到一定溫度的模具中，發泡劑受熱分解出氣體，冷卻后形成泡沫金屬材料；該方法工藝簡單，成本較低，適用于工業化生產。

在傳統的熔體發泡法生產泡沫鋁的制備工藝中，對氣泡大小的均勻性控制一直是一個關鍵的工藝問題。現有的熔體發泡方法大多采用機械攪拌，通過攪拌槳使熔體內增粘劑和發泡劑分散。在發泡過程中，由于采用單純的機械攪拌，其攪拌力從熔體的中心向邊緣逐漸降低，使熔體邊緣得不到充分攪拌，發泡劑無法混合均勻，因而制得的泡沫鋁孔結構均勻性降低；又鋁合金的熔化溫度在580～650℃，發泡劑在550～580℃即開始分解釋放氣體，因發泡劑的發泡溫度低于鋁合金的熔化溫度，造成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，造成鋁合金材料應力過于集中，從而降低材料的機械性能。同時在保溫發泡環節，由于受重力影響，泡沫鋁中的氣泡形成后自然上浮，而熔體下沉，很容易形成沿豎直方向分布的密度梯度，底部熔體多密度大，頂部氣泡多密度小，造成泡沫鋁密度、孔隙率不均勻，降低成品率，提高生產成本。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。

已公開的中國發明專利申請201610051526.1提出一種采用熔體液面剪切工藝制備泡沫鋁合金的方法，將熔體通過表面剪切分散，制造氣液混合泡沫體，以獲得泡沫鋁合金結構材料。從實用性角度考慮,利用表面剪切制造的氣液混合泡沫體僅僅會在混合熔體的上表面部位,對于熔體的下部很難引入氣液混合泡沫體,在實際產業應用中還存在實用性問題；另外，該方法與傳統的熔體發泡法同樣需要向熔體中加入增粘劑，且要求嚴格控制熔體粘度，粘度過低氣體逸出增加，同時氣泡部分聚集形成大小不一的孔，粘度過高則發泡劑在熔體中難以均勻分散，提高了工藝復雜程度且引入雜質。另外，該方法還需利用牽引或機械傳動的方式將氣液混合泡沫體中的泡沫引出，影響氣泡分散的均勻性。

發明內容