一种加快内部冷却提高泡沫铝发泡均匀度的生产工艺的制作方法

本发明涉及材料制造领域，具体地说涉及一种加快内部冷却提高泡沫铝发泡均匀度的生产工艺。

背景技术：

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入发泡剂后，经过发泡工艺而成的材料，其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。

现有泡沫铝的制备工艺是先将铝屑颗粒和发泡剂混合制备泡沫铝坯料，然后将泡沫铝坯料熔化后倒入成型模具中，并对成型模具进行降温处理，冷却得到泡沫铝材料。

目前泡沫铝常用的发泡剂是tih2，tih2因过早分解使得泡沫铝难以均匀，而且进行降温处理时，只能从外向内逐渐冷却，这需要一段时间，在这段时间内，气泡上浮，也导致泡沫铝的孔结构均匀性较差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，可降低生产成本，提高泡沫铝的孔结构均匀性的加快内部冷却提高泡沫铝发泡均匀度的生产工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种加快内部冷却提高泡沫铝发泡均匀度的生产工艺，包括以下步骤：

(1)将铝或铝合金熔化成液体，得到铝液；

(2)向铝液中加入粘稠剂，混合均匀后，得到增粘液；

(3)在搅拌条件下，向增粘液中加入液氮或干冰，当增粘液被冷却至高于凝固点25～35℃时，得到发泡料；

(4)将发泡料倒入成型模具中，凝固成型。

进一步地，所述粘稠剂为mno2、ca、mg、sic、al2o3、pb、木炭中的任意一种或多种，加入量为铝液质量的1.8～2.3％。

进一步地，步骤(3)中，在向增粘液中加入液氮或干冰的同时，还向增粘液中加入发泡剂，所述发泡剂的加入量不超过增粘液质量的5％。

进一步地，在发泡料倒入成型模具时以及发泡料倒入成型模具之后15～25s内，对成型模具进行超声波振动处理。

进一步地，液氮或干冰通过搅拌器加入到增粘液中，所述搅拌器包括搅拌轴以及固定在所述搅拌轴上的一个以上的搅拌叶，所述搅拌轴上沿其轴向开有液氮或干冰通道，至少一个所述搅拌叶为空心结构且与所述液氮或干冰通道连通，且该空心结构的所述搅拌叶上设有多个出气孔。

进一步地，所述出气孔位于所述搅拌叶的背风面。

进一步地，所述液氮或干冰通道壁上喷涂有隔热材料。

本发明的有益效果体现在：

本发明工艺简单，容易实施，以液氮或干冰代替现有发泡剂，安全环保，成本低，而且加入液氮或干冰时，液氮或干冰吸热气化，从铝液的内部进行冷却，这种方式降温快且均匀，从而减少气泡的上浮和铝液的下沉，解决发泡梯度变化导致的不均匀的难题，提高泡沫铝的孔结构均匀性，另外，本发明无需预先制备泡沫铝坯料，大大简化了泡沫铝的生产工艺，降低了生产成本，具有非常好的应用前景。

附图说明

图1是实施本发明的生产设备的第一种结构示意图。

图2是实施本发明的生产设备的第二种结构示意图。

图3是a处放大图。

附图中各部件的标记为：1混料罐、2铝液储罐、3粘稠剂储罐、4液氮或干冰储罐、5发泡剂储罐、61搅拌轴、611液氮或干冰通道、62搅拌叶、621出气孔、63电动机、7成型模具、71石棉、8混料罐升降机构、9搅拌器升降机构、10阀门。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明加快内部冷却提高泡沫铝发泡均匀度的生产工艺，包括以下步骤：

(1)将铝或铝合金熔化成液体，得到铝液；

(2)在650～680℃条件下，向铝液中加入粘稠剂，混合均匀后，得到增粘液；

(3)在搅拌条件下，向增粘液中加入液氮或干冰，当增粘液被冷却至高于凝固点25～35℃时，得到发泡料；

(4)将发泡料倒入成型模具中，凝固成型。

本发明向增粘液中加入液氮或干冰，液氮或干冰吸热气化，在铝液中形成大的气泡，这些大的气泡又被搅拌而形成小的气泡，这就是本发明的发泡原理，而液氮或干冰吸热又可以快速地对铝液进行降温，这种降温方式从铝液的内部进行，降温快且均匀，从而减少气泡的上浮和铝液的下沉，解决发泡梯度变化导致的不均匀的难题，提高泡沫铝的孔结构均匀性，另外，本发明无需预先制备泡沫铝坯料，大大简化了泡沫铝的生产工艺。

在一实施例中，所述粘稠剂为mno2、ca、mg、sic、al2o3、pb、木炭中的任意一种或多种，加入量为铝液质量的1.8～2.3％。粘稠剂一方面可以增大铝液的粘度，保证气泡的滞留，另一方面可降低铝液的凝固点。

在一实施例中，步骤(3)中，在向增粘液中加入液氮或干冰的同时，还向增粘液中加入发泡剂，所述发泡剂的加入量不超过增粘液质量的5％。本发明中，虽然已有液氮或干冰作为发泡剂使用，但在具体实施中也可以另加现有使用的发泡剂，如tih2，可增加发泡效果，加入量不超过增粘液质量的5％即可达到现有的发泡效果。

在一实施例中，在发泡料倒入成型模具时以及发泡料倒入成型模具之后15～25s内，对成型模具进行超声波振动处理。在超声波的作用下，气泡自聚成球状，且气泡的分散性得到进一步的提高，从而提高泡沫铝的孔结构均匀性。

在一实施例中，液氮或干冰通过搅拌器加入到增粘液中，所述搅拌器包括搅拌轴以及固定在所述搅拌轴上的一个以上的搅拌叶，所述搅拌轴上沿其轴向开有液氮或干冰通道，至少一个所述搅拌叶为空心结构且与所述液氮或干冰通道连通，且该空心结构的所述搅拌叶上设有多个出气孔。这种添加方式，充分利用了已有设备，操作方便，且发泡效果可靠。

采用本发明生产工艺所制得的泡沫铝，孔结构均匀度比现有技术生产的要高，整体结构强度更好，稳定性更高。

下面，提供一种实施本发明的生产设备，参见图2和图3，它包括：

混料罐1，作为原料的混合场所；

铝液储罐2，与所述混料罐1连通，用于向所述混料罐1中加入铝液；

粘稠剂储罐3，与所述混料罐1连通，用于向所述混料罐1中加入粘稠剂；

液氮或干冰储罐4，与所述混料罐1连通，用于向所述混料罐1中加入液氮或干冰；

搅拌器，用于对所述混料罐1内的原料进行搅拌处理，所述搅拌器包括搅拌轴61以及固定在所述搅拌轴61上的一个以上的搅拌叶62，所述搅拌轴61的上端与所述液氮或干冰储罐4的出料口转动配合连接，且两者间设有轴封件，所述搅拌轴61上沿其轴向开有液氮或干冰通道611，至少一个所述搅拌叶62为空心结构且与所述液氮或干冰通道611连通，且该空心结构的所述搅拌叶62上设有多个出气孔621；

以及成型模具7，用于成型泡沫铝，所述混料罐1的底部敞口设计，所述成型模具7的底部内壁设有环形凹槽，所述混料罐1的底部插入所述环形凹槽内，且两者间设有密封件。

使用本发明生产泡沫铝时，在铝液储罐2内将固体铝原料加热融化成铝液，然后将铝液加入到混料罐1中，之后在650～680℃条件下，将粘稠剂储罐3中的粘稠剂加入到混料罐1中，待铝液与粘稠剂混合均匀后，开启搅拌器并将搅拌器伸入混料罐1，打开液氮或干冰储罐4的出料口，液氮或干冰储罐4内的液氮或干冰吸热气化，形成压力，进入搅拌轴61内的液氮或干冰通道611，并通过空心结构的搅拌叶62及其上的出气孔621排出，液氮或干冰流出液氮或干冰储罐4后，继续逐渐吸热而气化，在铝液中形成大的气泡，这些大的气泡又被搅拌器打碎而形成小的气泡，这就是本发明的发泡原理，而液氮或干冰吸热又可以快速地对铝液进行降温，这种降温方式从铝液的内部进行，降温快且均匀，从而减少气泡的上浮和铝液的下沉，在快接近铝液凝固点(高于凝固点25～35℃)时，将混料罐1和搅拌器提出，铝液流入成型模具7，之后按照现有方法成型即可。

注意的是，在提出和冷却搅拌器时，保持液氮或干冰的流出，便于下次使用。

优选地，所述密封件为填充在所述混料罐1的底部与所述环形凹槽之间的石棉。采用这种设计，方便实施，而且密封效果可靠；轴封件选用现有常用的机械轴封即可。

优选地，还包括混料罐升降机构8，用于将所述混料罐1从所述成型模具7中提出。具体实施中，混料罐升降机构8可以选用卷扬机，电动伸缩杆或液压缸等常用升降设备。

优选地，还包括搅拌器升降机构9，用于将所述搅拌器从所述混料罐1中提出。具体实施中，搅拌器升降机构9可以选用卷扬机，电动伸缩杆或液压缸等常用升降设备。具体实施中，搅拌器升降机构9与液氮或干冰储罐4连接，避免干涉搅拌轴61的转动。

优选地，所述搅拌器还包括电动机63，所述电动机63的输出轴与所述搅拌轴61之间连接有链带传动结构。也即在电动机63的输出轴上安装主动轮，在搅拌轴61上安装从动轮，在主动轮和从动轮间绕设传动链或传动带，以此通过电动机63带动搅拌轴61转动。

参见图1，本发明还可以在电动机63的底部安装气缸或液压缸11来驱动电动机63升降，从而带动所述搅拌器升降，省去搅拌器升降机构9。

优选地，所述搅拌轴61上设有两层以上的所述搅拌叶62，其中最下层的所述搅拌叶62为空心结构且与所述液氮或干冰通道611连通。这样设计，氮气和二氧化碳气体从最下侧排出，发泡效率高，最下层的所述搅拌叶62既可排气又可搅拌，其它各层所述搅拌叶62的不设出气孔，只起到搅拌粉碎气泡的作用，所述搅拌叶62的竖向截面外端要大于内端，以增加对铝液外周的扰动，以减少铝液的离心运动。

当然，根据需要，本设备还包括超声波震荡器，用于对所述成型模具7进行超声振动处理；发泡剂储罐5，所述发泡剂储罐5与所述混料罐1连通，用于向所述混料罐1中加入发泡剂。

在一实施例中，所述液氮或干冰通道611壁上喷涂有隔热材料。这样可以防止液氮或干冰过于快速的气化，保证出气顺畅。

在一实施例中，所述出气孔621位于所述搅拌叶62的背风面。这样设计，同样也可以防止液氮或干冰过于快速的气化，而且不容易堵入铝液。

具体实施中，铝液储罐2、粘稠剂储罐3和发泡剂储罐5的出料口均连接有出料管，出料管伸入混料罐1内，铝液储罐2、粘稠剂储罐3、发泡剂储罐5和液氮或干冰储罐4的出料口处均安装有阀门10，便于安全的控制各原料的加入过程。

具体实施中，所述混料罐1外包覆有保温材料，防止在倒出铝液时铝液快速冷却。

具体实施中，液氮或干冰储罐4的罐体上设有可调控的加热设备，方便控制液氮和干冰的流出。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。