熔模铸造制备通孔泡沫铝的方法与流程

本发明涉及通孔泡沫铝材料制备技术领域，特别是涉及一种利用熔模铸造制备通孔泡沫铝材料的方法。

背景技术：

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。泡沫铝属于泡沫材料泡沫金属类，泡沫铝按照孔形孔结构大致分为通孔型泡沫铝和闭孔型泡沫铝。

现有技术通孔泡沫铝的制备工艺主要采用渗流铸造法，一般以食盐(NaCl)粒子作为填料，在熔融金属中蒸发获得泡沫铝。公布号为CN104550867A的中国专利申请公开了一种“泡沫铝合金的渗流铸造工艺”，以食盐粒子作为造孔剂，经预热筛分后的食盐粒径为2～3mm，选用ZL102铝硅合金，铝合金在井式电阻炉内熔制；把处理好的食盐装入模具中，在箱式电炉中升温预热到一定温度；取出后把铝合金液浇入模内，加压，迫使金属液进入粒子空隙中去：凝固后脱去工装，按照预定形状进行切削加工；溶去食盐粒子，获得泡沫铝。但这种方法存在着孔径和孔结构不够均匀、孔隙贯通率不好、易腐蚀、工艺局限性大等缺点，并且渗流铸造法制备的通孔泡沫铝通孔率在60～70％之间，用于热交换、流体过滤、流体均布效果不太理想。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是采用熔模铸造制备通孔泡沫铝，提供一种能够提高通孔泡沫铝的孔隙率且能够使性能更加优良稳定的制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种融模铸造制备通孔泡沫铝材料的方法，包括以下步骤：

A步骤,聚氨酯海绵熔模制备

A1.熔模准备，选择平均孔径在1.5～2.0mm，孔隙均匀、连通性好的三维聚氨酯网状海绵，

A2.喷涂，使用喷涂机将聚氨酯漆料均匀喷涂到聚氨酯海绵表面，

A3.固化，将喷涂后的聚氨酯海绵放入经过预热60～70℃的加热炉中，匀速升温到110～120℃，并保温0.5～1h，

A4.聚氨酯结构增强、粗化,重复A2～A3的步骤，直至获得满足要求的聚氨酯结构尺寸和强度；

B步骤，石膏模型的制备

B1.石膏选用，选用流动性好、耐火度强、易清除的α型半水石膏，

B2.石膏型的成分和配比，选定α型半水石膏做耐火材料,耐火材料的基体成分按质量百分比为40～45％石膏、30～35％缓凝剂、10～15％无机粘结剂、15～20％水，

B3.制模，将处理好的聚氨酯海绵固定在模具中,把配比完成的耐火材料浆液注入缓慢注入到模具中,并将模具置于振动机上振动,使耐火材料浆液充分渗入到聚氨酯海绵孔隙中,待浆液硬化后,放入200～220℃的烘干箱中烘干,然后脱模,最后置于焙烧炉中焙烧，获得石膏型；

C步骤，熔融态铝液体注型

C1.熔炼，熔炼ZAlSi7Mg铝液，

C2.浇注温度，铝液体浇注温度一般为700～730℃，

C3.石膏型预热温度，石膏型的预热温度为400～450℃为宜，

C4.真空度，真空度一般为-0.02～-0.05MPa，

C5.将石膏型放入真空系统中，在符合步骤C1、C2、C3选择设定的参数时开始浇注铝液体；

D步骤，通孔泡沫铝成型

1.将石膏型和凝固的铝从真空系统装置中取出，并放置于15～20℃的水中进行冷却，然后通过射流技术清除石膏型，获得通孔泡沫铝。

2.根据权利要求1所述的通孔泡沫铝材料，其特征在于，所述的通孔泡沫铝材料孔隙率为91％～97.5％，孔径为0.42mm～1.5mm。

本发明的有益效果是：采用融模铸造法，通过控制聚氨酯海绵的粗化处理次数进而控制并获得预期的通孔泡沫铝的孔隙率、孔径和屈服强度，所得到的全通孔泡沫铝主要技术指标和参数为，孔隙率大于91％、孔径范围0.42mm～1.5mm、屈服强度最高可达58.6KPa。通过进一步选择优化铝液体浇注温度、石膏型预热温度和真空度，使得通孔泡沫铝的性能更加优良和稳定。

附图说明

图1为本发明融模铸造方法在模具中向石膏型浇注铝液体示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明：

融模铸造制备孔隙率为91％～97.5％，孔径为0.42mm～1.5mm的通孔泡沫铝材料，包括以下步骤：

A步骤,聚氨酯海绵熔模制备

A1.熔模准备，选择平均孔径在1.5～2.0mm、孔隙均匀、连通性好的三维聚氨酯网状海绵，

A2.喷涂，使用自动喷涂机将聚氨酯漆料均匀喷涂到聚氨酯海绵表面，

A3.固化，将喷涂后的聚氨酯海绵放入经过预热60～70℃的加热炉中，匀速升温到110～120℃，并保温0.5～1h，

A4.聚氨酯结构增强、粗化,重复A2～A3的步骤，直至得到满足要求的聚氨酯结构尺寸和强度；

B步骤，石膏模型的制备

B1.石膏选用，选用流动性好、耐火度强、易清除的α型半水石膏，

B2.石膏型的成分和配比，选定α型半水石膏做耐火材料,并确定耐火材料的基体成分按质量百分比为40～45％石膏,30～35％缓凝剂,10～15％无机粘结剂,15～20％水，

B3.制模，将处理好的聚氨酯海绵固定在模具中,把配比完成的耐火材料浆液注入缓慢注入到模具中,并将模具置于振动机上振动,使耐火材料浆液充分渗入到聚氨酯海绵孔隙中,待浆液硬化后,放入200～220℃的烘箱中烘干,然后脱模,最后置于焙烧炉中焙烧，获得石膏型；

C步骤，熔融态铝液体注型

C1.熔炼ZAlSi7Mg铝液，这种铝合金熔炼后的铝液体具有良好的流动性，更易与石膏型融合，

C2.铝液体浇注温度，铝液体浇注成型时，温度过高容易形成泄露并使操作难度增加，温度过低则容易凝固导致成型不好，孔贯通率差。所以一般温度选取为700～730℃，

C3.石膏型预热温度，石膏型的预热温度过高过低都会对成型造成不良影响，温度过高容易形成泄露并使操作难度增加；温度过低则容易凝固导致成型不好，孔贯通率差。所以选取温度在400～450℃为宜，

C4.真空度的影响，抽真空度是为了使铝液体顺利进入到石膏型中，但真空度过大过小都会对成型造成不良影响，真空度过高会使铝液体渗出模具，真空度过低会使铝液体无法完全融入孔隙中，导致成型体孔隙不贯通。所以真空度一般为-0.02～-0.05MPa，

C5.将石膏型放入真空系统中，在符合步骤C1、C2、C3选择设定参数时开始浇注铝液体；

D步骤，通孔泡沫铝成型

将石膏型和凝固的铝从真空系统装置中取出，并放置于15～20℃的水中进行冷却，然后通过射流技术清除石膏型，从而获得最终所要的通孔泡沫铝。

在模具1向石膏型3浇注铝液体2如图1所示，在浇注过程中通过抽真空系统5提高模具1内部的真空度，一般在石膏型3的底部设置透气层4。

实施例一

A步骤，聚氨酯海绵熔模制备

选用孔隙率为97～98％，孔径为1.45～1.5mm的孔隙均匀、连通性好的三维聚氨酯网状海绵，将准备好的聚氨酯海绵放入自动喷涂机中，调整机器将聚氨酯漆料均匀喷洒到聚氨酯海绵表面；将加热炉预热到55℃，再将喷涂后的聚氨酯海绵放入经过预热后的加热炉中，匀速升温到110℃，并保温0.5h。未对聚氨酯海绵结进行粗化处理。

B步骤，石膏模型的制备

将A步骤中准备好的聚氨酯海绵放入模具中，然后按照质量百分比配比α型半水石膏，石膏粉：缓凝剂：无机粘结剂：水＝40:30:10:20，并将石膏浆原料均匀搅拌，直至石膏浆中没有气泡为止。然后把石膏浆缓慢注入到模具中，并将模具置于振动机上进行振动，使石膏浆与聚氨酯海绵更好融合到一起，待浆液硬化后,放入200℃的烘干箱中烘干后进行脱模,置于焙烧炉中焙烧获得石膏型。

C步骤，熔融态铝液体注型

将石膏型在加热炉中进行预热，温度为400℃、时间为5～6h,同时熔炼ZAlSi7Mg铝液体，将透气层放置在模具的最底层，用于排除铝液体及石膏型中的气体，使铝液体与石膏型融合的更饱和。然后将熔炼后的铝液体注入石膏型中，浇注温度为700℃，然后密闭模具，真空系统开始吸压，真空度为—0.05MPa；

D步骤，通孔泡沫铝成型

熔融态铝液体浇注10min之后，将石膏型和凝固的铝从真空系统装置中取出，并放置于15℃的水中进行冷却，然后通过射流技术清除石膏型，从而获得最终所要的通孔泡沫铝。

所制备的通孔泡沫铝参数如下：

孔隙率：97.5％；

平均孔径：1.42mm；

屈服强度：17.6KPa。

实施例二

对聚氨酯海绵结进行1次粗化处理，其余步骤、参数与实施例一相同。

所制备的通孔泡沫铝参数如下：

孔隙率：96.2％；

平均孔径：1.38mm；

屈服强度：21.5KPa。

实施例三

A步骤，聚氨酯海绵熔模制备

选用孔隙率为97～98％，孔径为1.45～1.5mm的孔隙均匀、连通性好的三维聚氨酯网状海绵，将准备好的聚氨酯海绵放入自动喷涂机中，调整机器将聚氨酯漆料均匀喷洒到聚氨酯海绵表面；将加热炉预热到57℃，再将喷涂后的聚氨酯海绵放入经过预热后的加热炉中，匀速升温到115℃，并保温0.7h。对聚氨酯海绵进行2次粗化处理得到满足要求的聚氨酯结构尺寸和强度。

B步骤，石膏模型的制备

将A步骤中准备好的聚氨酯海绵放入模具中，然后按照质量百分比配比α型半水石膏，石膏粉：缓凝剂：无机粘结剂：水＝43:30:10:17，并将石膏浆原料均匀搅拌，直至石膏浆中没有气泡为止。然后把石膏浆缓慢注入到模具中，并将模具置于振动机上进行振动，使石膏浆与聚氨酯海绵更好融合到一起，待浆液硬化后,放入210℃的烘干箱中烘干后进行脱模,置于焙烧炉中焙烧获得石膏型。

C步骤，熔融态铝液体注型

将石膏型在加热炉中进行预热，温度为430℃、时间为5.5h,同时熔炼ZAlSi7Mg铝液体，将透气层放置在模具的最底层，用于排除铝液体及石膏型中的气体，使铝液体与石膏型融合的更饱和。然后将熔炼后的铝液体注入石膏型中，浇注温度为720℃，然后密闭模具，真空系统开始吸压，真空度为-0.03MPa；

D步骤，通孔泡沫铝成型

熔融态铝液体浇注12min之后，将石膏型和凝固的铝从真空系统装置中取出，并放置于17℃的水中进行冷却，然后通过射流技术清除石膏型，从而获得最终所要的通孔泡沫铝。

所制备的通孔泡沫铝参数如下：

孔隙率：97％；

平均孔径：1.25mm；

屈服强度：27.8KPa。

实施例四

对聚氨酯海绵结进行3次粗化处理，其余步骤、参数与实施例三相同。

所制备的通孔泡沫铝参数如下：

孔隙率：93.1％；

平均孔径：1.12mm；

屈服强度：37.9KPa。

实施例五

对聚氨酯海绵结进行4次粗化处理，其余步骤、参数与实施例三相同。

所制备的通孔泡沫铝参数如下：

孔隙率：92.5％；

平均孔径：1.07mm；

屈服强度：45.6KPa。

实施例六

A步骤，聚氨酯海绵熔模制备

选用孔隙率为97～98％，孔径为1.45～1.5mm的孔隙均匀、连通性好的三维聚氨酯网状海绵，将准备好的聚氨酯海绵放入自动喷涂机中，调整机器将聚氨酯漆料均匀喷洒到聚氨酯海绵表面；将加热炉预热到60℃，再将喷涂后的聚氨酯海绵放入经过预热后的加热炉中，匀速升温到120℃，并保温1h。未对聚氨酯海绵结进行粗化处理。对聚氨酯海绵进行5次粗化处理得到满足要求的聚氨酯结构尺寸和强度。

B步骤，石膏模型的制备

将A步骤中准备好的聚氨酯海绵放入模具中，然后按照质量百分比配比α型半水石膏，石膏粉：缓凝剂：无机粘结剂：水＝45:30:10:15，并将石膏浆原料均匀搅拌，直至石膏浆中没有气泡为止。然后把石膏浆缓慢注入到模具中，并将模具置于振动机上进行振动，使石膏浆与聚氨酯海绵更好融合到一起，待浆液硬化后,放入220℃的烘干箱中烘干后进行脱模,置于焙烧炉中焙烧获得石膏型。

C步骤，熔融态铝液体注型

将石膏型在加热炉中进行预热，温度为450℃、时间为6h,同时熔炼ZAlSi7Mg铝液体，将透气层放置在模具的最底层，用于排除铝液体及石膏型中的气体，使铝液体与石膏型融合的更饱和。然后将熔炼后的铝液体注入石膏型中，浇注温度为700℃，然后密闭模具，真空系统开始吸压，真空度为-0.02MPa；

D步骤，通孔泡沫铝成型

熔融态铝液体浇注15min之后，将石膏型和凝固的铝从真空系统装置中取出，并放置于20℃的水中进行冷却，然后通过射流技术清除石膏型，从而获得最终所要的通孔泡沫铝。

所制备的通孔泡沫铝参数如下：

孔隙率：91％；

平均孔径：1.01mm；

屈服强度：58.6KPa。

实施例一～六中不同工艺所得通孔泡沫铝参数对比如表1：

表1

通过上表中的数据可以表明，聚氨酯海绵的粗化处理次数将影响通孔泡沫铝的孔隙率及孔径和屈服强度，可以根据调整粗化的次数来控制最终想要得到的通孔泡沫铝尺寸结构，通孔泡沫铝具备更优良的性能，应用更加广泛。