一种用于熔体注气法制备泡沫铝的发泡坩埚的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于熔体注气法制备泡沫铝的发泡坩祸，属于结构功能材料制备装置发泡炉一坩祸的技术领域。
【背景技术】
[0002]泡沫金属兼具结构材料和功能材料特性，因其特殊的力学和物理性能而受到广泛关注。由于铝及其合金具有熔点低、铸造性能优异等特点，泡沫金属的研宄与开发多以轻金属铝为主。泡沫铝是一种由铝或铝合金基体和气孔复合而成的新型结构功能材料。孔洞若是相互连接，三维贯通的，则为开孔泡沫铝；如果孔洞之间是自行封闭，完全隔开的，则为闭孔泡沫铝。泡沫铝特殊的结构决定了其具有轻质、高比表面积、高孔隙率等优点，具有致密金属所不具备的特殊性能。作为结构材料，闭孔泡沫铝高比强度、高比刚度的特点使其可以作为轻质结构、减振、填充介质而应用于汽车、航空航天等领域；作为功能材料，泡沫铝具有隔热、阻燃、阻尼、减振、吸声、电磁屏蔽等特性，在国防装备与电子等领域具有广阔的应用前景。泡沫铝的制备方法较多，常见的有熔体注气法、熔体发泡法、粉末冶金法等。
[0003]熔体注气法是指向铝熔体中通入压缩气体使铝液形成气泡，经过冷却、收集过程得到闭孔泡沫铝。在熔体注气过程中，为了提高气泡的稳定性，需向铝液内添加3-20%的增粘剂(碳化硅、粉煤灰或其它合金元素)。压缩气体通过中空搅拌轴杆，经分布在搅拌叶片间的出气孔进入铝熔体底部，利用机械搅拌或振动使铝熔体中产生涡流场，对入射的压缩气体进行扰动和剪切，进而在铝熔体中形成具有一定尺寸的气泡。气泡上浮到熔体表面后经过冷却和收集，通过成型模具的连续牵引便制备得到闭孔泡沫铝型材。熔体注气法制备的泡沫铝孔隙率可以达到体积百分比98%，泡沫孔径大小可以控制在l-20mm范围内。熔体注气法制备成本相对较低，还可以实现泡沫铝的连续生产。
[0004]熔体注气法制备泡沫铝的过程可以分为三个阶段，即气泡在铝熔体中的形成、分布和上升过程；气泡在铝熔体表面的聚集、析液过程；泡沫的冷却、凝固和收集过程。而这三个过程又是相互关联、密切耦合的。因此，泡沫铝的制备过程相对复杂，其性能也受几何、物理条件以及工艺参数的相互影响。泡沫孔洞的结构对于泡沫铝的性能起着决定性的作用，泡沫的稳定性也是连续制备闭孔泡沫铝最基本的工艺要求，不仅要求在熔体中产生的泡沫尺寸均匀可控，在收集过程中也要保证其不破碎，最终才可以制备出合格的泡沫铝产品。泡沫的冷却、凝固和收集过程对于最终泡沫铝的制备起到至关重要的作用，在泡沫上浮、收集的过程中，只有将尺寸均匀的泡沫完整、连续、高效地收集起来，才能制备得到性能优异的产品。
[0005]按照传统的熔炉结构，由于坩祸(发泡炉)出料口平整，所形成的泡沫一般只能通过纵向传送带向下引导、纵向传送带向上引导、钩子提拉、辊轮提拉等方式进行收集，这种收集装置比较复杂，操作较难控制，因而会影响出料速度，生产效率较低。而泡沫铝出料速度慢的话会导致坩祸内上层泡沫堆积；上部泡沫受到挤压，产生变形；下部的气泡又在不断的形成，导致部分气泡发生合并；最终得到的泡沫铝孔径偏大，结构不均匀。如果泡沫增长太快，超过坩祸的高度，又会造成泡沫导出困难，铝液外溢，不仅导致泡沫铝生产成品率下降，原料利用率不高，而且影响连续操作和安全生产。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型目的是设计一种用于熔体注气法制备闭孔泡沫铝的发泡炉-发泡坩祸，实现方便快捷、安全高效地制备质量稳定的泡沫铝。
[0007]为实现上述目的，本实用新型的设计思路如下:发泡坩祸由坩祸体和在坩祸体上端端口的一侧开设的一个作为出料口的凹槽构成，凹槽的形状和大小与目标产物泡沫铝的横截面形状大小相同。
[0008]上述的凹槽为方形凹槽，或梯形凹槽，或三角形凹槽，或圆形凹槽。
[0009]上述的坩祸体上端端口与凹槽连接处平滑过渡。
[0010]与现有坩祸相比，本实用新型具有以下显著优点:
[0011](I)带有一定形状且具有成型功能的凹槽作为出料口的发泡坩祸可以提升泡沫铝出料和收集速度。铝熔体注气后产生气泡形成的泡沫铝在熔体表面可以顺畅地从坩祸出料口通向收集装置，提高泡沫铝制备效率。
[0012](2)凹槽相对较大，泡沫出料速度易于和注气速度匹配，可避免泡沫在发泡坩祸内的堆积，从而避免泡沫相互挤压、合并引起的孔径大小分布不均，因此，本实用新型装置制得的泡沫铝孔径大小均匀，改善泡沫铝型材产品质量。
[0013](3)带有一定形状且具有成型功能的凹槽的发泡坩祸可以避免因发泡过程中泡沫增长过快造成的外溢，在节约原料的同时，便于连续操作，保证生产安全。
[0014](4)泡沫铝从发泡坩祸上端的凹槽出料口流向收集装置，有利于热量释放，降低表面温度，促进泡沫铝凝固与成型，减少后续冷却过程消耗，节约能耗成本。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的带方形凹槽的发泡坩祸立体示意图。
[0016]图2为图1的正视图。
[0017]图3为图2的A-A剖视图。
[0018]图4为本实用新型的熔体注气法制备闭孔泡沫铝的工艺流程示意图。
[0019]图中，
[0020]I 一坩祸体；2 —方形凹槽。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型进行进一步的阐述说明。
[0022]请看图1?3。熔体注气法制备闭孔泡沫铝的发泡装置发泡坩祸，由坩祸体I和在坩祸体I上端端口的一侧开设的一个凹槽作为出料口，凹槽具体形状和大小根据泡沫铝型材的横截面进行设计，凹槽可以是方形凹槽2，或梯形凹槽，或三角形凹槽，或圆形凹槽等。
[0023]坩祸体上端端口与凹槽连接处平滑过渡。
[0024]工作原理
[0025]请看图4，将铝合金放入熔铝炉中熔融后，加入一定体积分数的增粘剂(碳化硅、氧化铝等)进行增粘，熔融铝液从熔铝炉的下端流入保温发泡炉中间的发泡坩祸。然后压缩气体(空气、氮气、氢气等)通过中空搅拌轴杆，经分布在搅拌叶片间的出气孔进入发泡坩祸的铝熔体底部，利用搅拌器进行机械搅拌，使铝熔体中产生涡流场，对注入的压缩气体进行扰动和剪切，从而在铝熔体中形成具有一定尺寸的气泡。气泡上浮到铝熔体表面后，从发泡坩祸上端作为出料口的凹槽流出，形成截面跟凹槽形状相同的泡沫铝型材，然后通过传输辊道的连续牵引并进行进一步的冷却、凝固，从而实现连续生产制备闭孔泡沫铝。
[0026]本实用新型的一侧带有凹槽作为出料口的发泡坩祸，由于凹槽与发泡坩祸一体化设计，使泡沫铝从发泡坩祸顺畅流出，提高生产效率；易于收集泡沫铝，方便连续生产；避免熔体注气过程中产生的泡沫铝在出料口处塞积，造成型材泡沫结构不均匀，保证质量；并可防止发泡过程中泡沫增长过快造成外溢，影响生产安全。为工业化大规模生产奠定基础。
[0027]使铝熔体在搅拌、发泡过程中产生的泡沫能较快的经过凹槽流出，然后进行收集、冷却。本实用新型将发泡坩祸设计为自身带有凹槽结构，不仅可以避免铝熔体在搅拌、发泡过程中的外溢，还可以使上升的气泡较快的从凹槽出料口流出及成型，然后进入收集装置进行冷却，实现了闭孔泡沫铝的高效制备，且孔径大小均匀，性能优异。
【主权项】
1.一种用于熔体注气法制备泡沫铝的发泡坩祸，其特征在于:由坩祸体(I)和在坩祸体(I)上端端口的一侧开设的一个作为出料口的凹槽构成，凹槽的形状与目标产物泡沫铝的横截面形状相同。
2.根据权利要求1所述的一种用于熔体注气法制备泡沫铝的发泡坩祸，其特征在于:所述的凹槽为方形凹槽(2)，或梯形凹槽，或三角形凹槽，或圆形凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种用于熔体注气法制备泡沫铝的发泡坩祸，其特征在于:所述的坩祸体(I)上端端口与凹槽连接处平滑过渡。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于熔体注气法制备泡沫铝的发泡坩埚。由坩埚体(1)和在坩埚体(1)上端端口的一侧开设的一个作为出料口的凹槽构成，凹槽的形状与目标产物泡沫铝的横截面形状相同。凹槽为方形凹槽(2)，或梯形凹槽，或三角形凹槽，或圆形凹槽。泡沫铝经凹槽流出冷却成型，凹槽具有成型的功能。本实用新型可以避免泡沫在熔体上部堆积，导致气泡挤压、合并，使泡沫铝的孔径大小不均匀，或阶梯型分布；还可防止在搅拌、吹气过程中，泡沫快速上升而造成外溢，实现闭孔泡沫铝快速、高效制备，降低能耗与原料费，有助于泡沫铝、铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、钛合金、铁合金等低密度复合材料的规模化连续生产或铸造成型。
【IPC分类】C22C1-08, B22D41-00
【公开号】CN204369954
【申请号】CN201420745652
【发明人】胡正飞, 蔡振武, 张振, 童慧, 何大海, 莫凡, 蒋凯雁
【申请人】同济大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月2日