[發明專利]泡沫鋁鑄造成形方法

有效

• 申請號: 202011322674.5
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112427622B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李言祥;苑光照;周旭;胡磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B22D25/00
• 分類號: B22D25/00;C22C1/08;C22C21/00
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 張靜娟;陳霽

本發明提出了一種制備閉孔泡沫鋁合金異形件的方法，該方法采用澆注和發泡工藝，涉及到發泡劑氫化鈦顆粒的預處理、合金體系的選擇、發泡劑在熔體中的分散和預制熔體的澆注與發泡。具體步驟如下：首先將氫化鈦顆粒在一定溫度范圍和空氣氣氛中進行熱處理，獲得表面改性；然后選擇鋁硅鎂近共晶成分合金作為基體材料，將鋁合金加熱熔化后在空氣氣氛中攪拌增粘；在一定熔體溫度范圍內加入預處理后的氫化鈦顆粒攪拌分散，制備出含有氫化鈦顆粒的預制熔體；最后將預制熔體按照一定量澆注到在一定溫度范圍內保溫的模具內，保溫發泡一定時間后獲得泡沫鋁合金的異形件產品。

技術領域

本發明涉及金屬材料領域，特別是涉及一種基于預制熔體，采用澆注和發泡工藝制備閉孔泡沫鋁合金異形件的方法。

背景技術

閉孔泡沫鋁由于其獨特的氣孔結構和鋁合金基體性質，是一種輕質結構材料，兼具吸音降噪、吸能減震、電磁屏蔽、隔熱保溫等特性，因此在交通運輸、航空航天、建筑裝飾、防爆防彈等領域有廣闊的應用前景。

由于泡沫鋁的孔隙率較高，其力學特性受到氣孔結構的影響，受壓變形時表現為變形帶的形成、擴展和沿變形帶的逐層坍縮，因此泡沫鋁無法采用傳統金屬壓力加工的方式實現成形；較高的孔隙率也導致泡沫鋁在液態下表觀粘度很高而難以流動，因此無法采用傳統鑄造的方式實現成形。

在常見的三種泡沫鋁制備方法中，熔體發泡法是一種成本低、易于大規模生產、產品結構較均勻、回爐廢料也可重復利用的發泡方法。但熔體發泡法制備的泡沫鋁既無法通過鑄造等方法獲得近凈成形的產品，也很難通過壓力加工獲得復雜形狀的產品，極大限制了泡沫鋁的應用和發展。目前熔體發泡法生產的泡沫鋁均是先生產出大塊泡沫鋁，然后切割成泡沫鋁板材使用，生產效率不高，且應用受到限制。

現有的泡沫鋁異形件的制備方法主要包括：粉末壓實熔化發泡法、FORMGRIP法和二次泡沫化法。它們的共同點是將發泡劑顆粒(通常是氫化鈦)分散在鋁合金基體中，通過熱壓或擠壓實現密實化，獲得含發泡劑的固態預制體，將預制體切塊后放置在模具內加熱發泡充型獲得異形件。粉末壓實熔化發泡法采用金屬粉體作為原材料，具有成本高、工藝復雜、加熱時溫度場不均勻導致工藝不穩定等缺陷。FORMGRIP法和二次泡沫化法采用金屬熔體替代了金屬粉體，降低了成本，但仍存在工藝流程復雜、固態預制體加熱時溫度場不均勻、固態預制體發泡充型能力較弱等缺點。

目前尚未有泡沫鋁異形件獲得工業化應用。

發明內容

本發明提出一種含發泡劑的預制熔體通過澆注和發泡的方式制備泡沫鋁異形件的方法，其思路是制備一種含氫化鈦顆粒的鋁合金熔體，控制氫化鈦在熔體內緩慢分解甚至不分解，通過澆注的方式將預制體熔體注入高溫模具內使熔體升溫，進而發泡劑分解實現熔體發泡充型，最終獲得具有表面封閉層的泡沫鋁異形件。

本發明創造性的提出了一類新的泡沫鋁鑄造成形法，實現了熔體澆注與發泡一體化，可以實現泡沫鋁復雜異形件的制備。本發明與現有的二次泡沫化相比，省去了預制體凝固、密實化和切塊、二次加熱熔化等步驟，實現了短流程并提高了能源利用率，同時具有預制熔體升溫時間短，溫度場更加均勻、預制熔體流動性好等優點。

本發明的技術方案包括以下步驟：

第一步：將325～500目的氫化鈦顆粒在400～450℃熱處理0.5～1.5h，然后升溫至480～520℃熱處理0.5～1.5h，冷卻后備用。