专利名称：一种泡沫铝/铝合金的真空发泡制备方法
技术领域：
本发明属于多孔金属材料领域，特别是泡沫铝/铝合金的熔体真空发泡制备工艺 方法。
背景技术：
泡沫铝/铝合金具有轻质、高比强度、高比刚度、能量吸收、吸音减噪、阻尼减振等 特性，在航天航空、舰艇、汽车、高层建筑、噪音控制等高技术及民用领域有巨大的市场潜 力。目前，公知的熔体发泡法制备泡沫铝/铝合金，采用的是TiH2作为发泡剂，通过 TiH2的分解产生气体使铝熔体发泡而获得。该方法存在(1)由于TiH2的开始分解温度 (4500C )低于铝/铝合金的熔点，因而使TiH2在搅拌分散时过早过快分解而使其分散困难， 通常TiH2的搅拌分散时间不能超过100s，是泡沫铝/铝合金结构均勻性控制困难的原因所 在；(2) TiH2的价格较贵，是导致泡沫铝/铝合金生产成本高的原因之一；(3)公知的熔体发 泡法的发泡时间为5-10分钟，时间长、效率低。因而，提高泡沫铝/铝合金的结构均勻性及 孔结构的可控性、采用非TiH2发泡剂发泡、缩短发泡时间提高发泡效率，是改善泡沫铝/铝 合金制备工艺、促进泡沫铝/铝合金的工业应用的重要途径。
发明内容
本发明提供了一种泡沫铝/铝合金的真空发泡制备方法，其技术方案包括以下工 艺步骤(1)铝/铝合金熔体的增粘采用的原料为铝/铝合金，铝/铝合金加热到其 熔点以上20-100°C熔化、保温30min.，后在铝/铝合金熔体中添加铝/铝合金熔体重量 2-3%的钙，以1500转/分的搅拌速度搅拌8-20分钟，使铝/铝合金熔体的粘度提高到 1. 8-2. 5mPas ；(2)初始气体的引入及均勻化处理往增粘的铝/铝合金熔体中注入熔体体积 5-10%的气体，以1000-3000转/分的搅拌速度搅拌2-5分钟，使气体以微小气孔的形式均 勻分散在增粘的铝/铝合金熔体中；(3)真空发泡将增粘的、含微小均布气孔的铝/铝合金熔体置入减压仓中，抽气 5-20秒使减压仓内的气压减小到10_3-10_4atm，铝/铝合金熔体中的初始微小气孔膨胀使铝 /铝合金熔体发泡，铝/铝合金熔体泡沫水冷却凝固后，得到泡沫铝/铝合金。所述的铝/铝合金中的铝为工业纯铝，所述铝合金为铝基体与合金元素Si、Cu、 Mg、Zn构成的合金。发明原理(1)真空发泡原理在真空条件下，随着外压的减小，初始气孔的体积会急剧快速膨胀。根据理想气体状态方程，对于等温过程有
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P1V1 = P2V2 (1)(1)式中，P1-大气压(atm)，V1-常压下微小气孔的体积(mm3)，P2-减压仓气压 (atm)，V2-真空下气孔的体积(mm3)。将气孔视为球体，则(1)式变形为P^13 = p2r23(2)(2)式中，rr常压下微小气孔的半径(mm)，r2-真空下气孔的半径(mm)利用(2)即可计算初始气孔的体积膨胀量，减压仓气压越低，则气孔体积膨胀越 大，但由于气孔存在合并现象，因此，实际值大于理论值。设有一直径为0. Imm的初始气孔， 大气压为latm，当气压减小到0. OOlatm时，该初始气孔会膨胀为直径Imm的气孔；当气压 减小到0. OOOlatm时，则该初始气孔会膨胀为直径2. 15mm的气孔。(2)初始气孔的均勻化原理铝/铝合金熔体中添加钙并搅拌，通过钙的氧化在熔体中生成CaO、CaAl2O4等氧 化物而使铝/铝合金熔体粘度提高，初始气孔及膨胀的气孔才能在铝/铝合金熔体中存留， 形成稳定的熔体泡沫，并通过较快的水冷凝固使熔体泡沫结构保留下来形成泡沫铝/铝合
^^ ο另外，通过初始气体的引入、搅拌，使引入的初始气体在增粘熔体中呈细小、均勻 的状态分布，为均勻泡沫结构的获得提供了保证。本发明的有益效果是在熔体增粘提高泡沫结构稳定性的基础上，通过初始气孔 的引入及均勻化处理，利用气体在低压下的膨胀特性制备泡沫铝/铝合金，解决公知熔体 发泡技术中TiH2发泡剂高成本、TiH2发泡剂分散困难、泡沫铝/铝合金结构均勻性控制及 发泡效率低等问题。
图1为本发明工艺流程图。
具体实施例方式为了更好的理解本发明，下面通过实例对本发明做进一步的阐述，但本发明的内 容并不限于此。(1)铝/铝合金熔体的增粘采用的原料为工业纯铝(以下简称铝)/铝合金，铝/ 铝合金加热到其熔点以上20-100°C熔化、保温30min.，后在铝/铝合金熔体中添加铝/铝 合金熔体重量2-3%的钙，以1500转/分的搅拌速度搅拌8-20分钟，使铝/铝合金熔体的 粘度提高到1. 8-2. 5mPas ；(2)初始气体的引入及均勻化处理往增粘的铝/铝合金熔体中注入熔体体积 5-10%的气体，以1000-3000转/分的搅拌速度搅拌2-5分钟，使气体以微小气孔的形式均 勻分散在增粘的铝/铝合金熔体中；(3)真空发泡将增粘的、含微小均布气孔的铝/铝合金熔体置入减压仓中，抽气 5-20秒使减压仓内的气压减小到10_3-10_4atm，铝/铝合金熔体中的初始微小气孔膨胀使铝 /铝合金熔体发泡，铝/铝合金熔体泡沫水冷却凝固后，得到泡沫铝/铝合金。实施例1
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采用工业纯铝为原料，将工业纯铝加热到700°C熔化、保温30min.得到铝熔体；在 铝熔体中添加铝熔体重量2%的钙，以1500转/分的搅拌速度搅拌10分钟，使铝熔体粘度 提高到1. 9mPas ；往增粘的铝熔体中引入熔体体积含量5%的气体，以1000转/分的搅拌速 度搅拌2分钟使初始气体分散均勻；将增粘后的、含有微小气孔的铝熔体置入减压仓中，抽 气6秒使减压仓内的气压减小到0. OOlatm，初始气孔膨胀使铝熔体发泡，铝熔体泡沫水冷 却凝固后得到孔隙率75%、平均孔径1. 4mm的泡沫铝。实施例2 采用Al-Si 12合金为原料，Al-Si 12合金加热到650°C熔化、保温30min.得 Al-Si 12合金熔体；在Al-Si 12合金熔体中添加Al-Si 12合金熔体重量2. 5%的钙，以1500 转/分的搅拌速度搅拌12分钟，使Al-Sil2合金熔体粘度提高到2. ImPas ；往增粘的铝熔 体中引入熔体体积含量7%的气体，以1500转/分的搅拌速度搅拌4分钟使初始气体分散 均勻；将增粘后的、含微小气孔的Al-Sil2合金熔体置入减压仓中，抽气8秒使减压仓内的 气压减小到0. OOlatm，初始气孔膨胀使Al-Si 12熔体发泡，Al-Si 12熔体泡沫冷却凝固后得 到孔隙率80%、平均孔径2. 2mm的Al_Sil2合金泡沫。实施例3 采用2024铝合金为原料，2024铝合金加热到680°C熔化、保温30min.得到2024 铝合金熔体；在2024铝合金熔体中添加2024铝合金熔体重量3%的钙，以1500转/分的 搅拌速度搅拌15分钟，使2024铝合金熔体粘度提高到2. 4mPas ；往增粘的2024铝合金熔 体中引入熔体体积含量9%的气体，以2500转/分的搅拌速度搅拌5分钟使初始气体分散 均勻；将增粘后的、含微小气孔的2024铝合金熔体置入减压仓中，抽气15秒使减压仓内的 气压减小到0. 0001，初始气孔膨胀使2024铝合金熔体发泡，2024铝合金熔体泡沫水冷却凝 固后得到孔隙率89%、平均孔径3. 4mm的2024铝合金泡沫。
权利要求
一种泡沫铝/铝合金的真空发泡制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤(1)铝/铝合金熔体的增粘采用的原料为铝/铝合金，铝/铝合金加热到其熔点以上20 100℃熔化、保温30min.，后在铝/铝合金熔体中添加铝/铝合金熔体重量2 3％的钙，以1500转/分的搅拌速度搅拌8 20分钟，使铝/铝合金熔体的粘度提高到1.8 2.5mPas；(2)初始气体的引入及均匀化处理往增粘的铝/铝合金熔体中注入熔体体积5 10％的气体，以1000 3000转/分的搅拌速度搅拌2 5分钟，使气体以微小气孔的形式均匀分散在增粘的铝/铝合金熔体中；(3)真空发泡将增粘的、含微小均布气孔的铝/铝合金熔体置入减压仓中，抽气5 20秒使减压仓内的气压减小到10 3 10 4atm，铝/铝合金熔体中的初始微小气孔膨胀使铝/铝合金熔体发泡，铝/铝合金熔体泡沫水冷却凝固后，得到泡沫铝/铝合金。
2.根据权利要求1所述的泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备方法，其特征在于 所述的铝/铝合金中的铝为工业纯铝，所述铝合金为铝基体与合金元素Si、Cu、Mg、Zn构成 的合金。
全文摘要
本发明公开了一种泡沫铝/铝合金的真空发泡制备方法，属于多孔金属材料领域。本发明针对目前熔体发泡法制备泡沫铝/铝合金存在的孔结构均匀性控制、发泡时间长效率低、TiH2发泡剂成本高及分散困难的不足，采用真空发泡的方法制备泡沫铝/铝合金，具有孔结构均匀、高效、低成本、可实现工业生产的特点。
文档编号C22C21/00GK101948962SQ20101028638
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者刘荣佩, 周芸, 左孝青, 杨滨, 陆建生, 陈冬华, 陈显宁 申请人:昆明理工大学