一种泡沫铝管棒型线材的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及泡沫金属制备方法，属于冶金铸造与材料加工技术领域，尤其涉及一种高精度泡沫金属管棒型线材的制备方法。
【背景技术】
[0002]密实金属是工业、农业、国防、海洋运输、航空航天等所有领域中，广泛应用的金属结构材料。在自然界，多孔材料是进化最成功，分布最广的材料。所有草本植物、木本植物的根、茎、枝、叶、花等均属于多孔材料。所有动物的骨骼，包括人类、哺乳动物、爬行动物、飞禽走兽、鱼虾虫体等的骨骼都是多孔材料。与多孔材料相比，密实材料的密度大、比强度低、结构重量大、生产成本高。同体积的密实材料的质量是多孔材料的5-10倍，制备同样体积的结构件，密实材料所耗费的原料成本是多孔材料的5-10倍。在交通运输领域，改进结构和使用轻量化材料是提高车辆燃油效率的最佳方法，使用泡沫金属直接制造汽车零部件是十分有效的汽车减重手段。目前，所有车体结构材料均是采用密实材料制备的，导致车体结构重量大，运行能效低，运行成本极高。一辆自驾车的自重在2000kg左右，在核载3人的情况下(两个成人外加一个小孩)，有效载荷不足200kg，有效能量利用率不足10%。一节自重60000kg的火车车皮，有效载货量仅为60000kg，有效能量利用率不足50%。在航空航天领域，一枚发射重量为250000kg的火箭，其有效载货量不足1500kg，有效能量利用率不足1%。采用多孔泡沫材料作为制备车体和火箭箭体的结构材料，可以大大减轻车体和火箭箭体的自重，提高这些设备的运行的能量利用率。
[0003]目前，仅能利用泡沫铝板材制作车辆地板、车门、侧部内衬、隔墙板、车顶板、空调风道内衬等。由于泡沫铝基本都是由金属基、陶瓷颗粒和气孔组成的复合材料，陶瓷颗粒能够增加气泡的稳定性，同时也使泡沫体具有脆性。无法制备成分合格的纯净的泡沫铝及铝合金，产品机械性能、耐蚀性能不能满足使用要求。发泡法和吹气法只能铸造大规格泡沫块，通过切割加工方式将泡沫块加工成泡沫板，由于泡沫金属极难切割，生产加工困难、生产成本高、生产效率低。粉冶法制备泡沫铝的生产成本极高，也无法制备规格尺寸较大的泡沫件。目前，国内外尚无法制备具有较好的塑性加工性能的泡沫铝，也无法对泡沫金属进行二次塑性加工，将泡沫铝金属坯料加工成泡沫铝型材。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述不足，提出一种高精度泡沫铝管棒型线材的制备方法。
[0005]上述目的是通过下述方案实现的:
一种泡沫铝管棒型线材的制备方法，其特征在于，所述方法包括:
(1)在铸造过程中，向结晶器的铝液前沿吹送压缩气体，形成固-液-气三相区，当固-液-气三相区凝固时得到泡沫铝锭；
(2)使用均温方法对泡沫铝锭加热，加热温度控制在0.4T1-0.9T1°C之间，其中Tl是泡沫铝锭的熔点温度； (3)将步骤(2)得到的铝锭切成预定长度，并进行挤压成型、冷却、热处理、表面涂覆加工制成成品。
[0006]根据上述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的加热采用电阻炉单独加热，或者感应加热和电阻炉加热两段加热的方式。
[0007]根据上述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用电阻炉单独加热，加热温度为470 0C -490 °C，升温速度为40 °C /分钟。
[0008]根据上述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用电阻炉单独加热，加热温度为410°C -440°C，升温速度为50°C /分钟。
[0009]根据上述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的冷却采用一次高压气保水套冷却和二次喷淋冷却。
[0010]根据上述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的热处理是在在炉压可以控制的保护炉中进行，炉压的高低随泡沫铝管材的温度的升高而升高，具体关系为:炉压Ρ=κτ，式中P为炉压，T为泡沫铝温度，K为与泡沫铝气泡中气体分子量和胞孔体积有关的常数，K=(nR)/V, η为单个泡沫铝胞孔中所含气体的摩尔数，R为气体常数，V为单个胞孔所含气体的体积。
[0011]本发明的有益效果:本发明以不含异质增粘剂的泡沫铝铸锭为坯料，采用特殊加热、加工和热处理工艺，在现有常规挤压、乳制、拉伸和热处理设备上，对泡沫铝铸锭进行塑性加工，制备高精度泡沫金属管棒型线材。所制备的管棒型线材既具有密实金属的高强度，良好的塑性、韧性、耐蚀性、导电性、导热性，又具有泡沫金属的低密度、高比强度等优点。利用泡沫金属管棒型线与板带材制造机械设备能够减轻设备重量，吸收设备运行造成的震动，能够降低设备制造成本，提高设备加工精度；利用泡沫金属管棒型线材安装建筑结构具有施工方便、耐热、耐蚀、隔热、保温、阻燃的优点；利用泡沫金属管棒型线材制造交通运输工具，能够显著降低车辆、舰船、飞机、导弹重量，降低运输成本，新型的泡沫金属管棒型线材是传统密实金属材的理想替代升级产品。
【附图说明】
[0012]图1为正向挤压泡沫金属管棒材装置示意图；
图2为利用泡沫铝铸锭制备泡沫铝型材加工工艺流程。
【具体实施方式】
[0013]本发明以不含异质增粘剂的泡沫铝铸锭为坯料，采用加热、加工和热处理工艺，在现有常规挤压、乳制、拉伸和热处理设备上，对泡沫铝铸锭进行塑性加工，制备高精度泡沫铝管棒型线材。所制备的管棒型线材既具有密实金属的高强度，良好的塑性、韧性、耐蚀性、导电性、导热性，又具有泡沫金属的低密度、高比强度等优点。
[0014]在对泡沫销铸锭进行塑性加工前，需要对泡沫销铸锭进行性能检测，重点是铸锭最低熔化温度Tl (泡沫锭熔点)，泡沫锭熔点检测可以用量热分析、差热分析、热重联用仪进行分析，分析设备包括DSC、DTA、TGA等，检测指标作为制定铸锭热加工工艺的依据。
[0015]泡沫铝铸锭的加热温度Τ2—般控制在0.4Τ1-0.9T1°C之间。铸锭加热方式可以采用火焰炉加热，或者电阻炉加热，或者感应炉加热。在采用感应加热时，推荐采用感应加热加火焰炉均热或者电阻炉均热的两段式炉体结构。无论采用什么加热方式，铸锭加热工艺均采用均温工艺，推荐采用预热、加热、均温的三段式加热工艺，在预热和加热过程中，需要控制铸锭升温速度。火焰炉加热和电阻炉加热时，要控制超温加热工艺，一般预热段超温(铸锭表面温度与炉温的差值)不超过450°C，加热段超温不超过300°C，均热段超温不超过200°C，超温超限易于出现铸锭表面熔化的现象。感应加热要控制升温速度，升温速度一般控制在5-350°C /min，加热过程中，随着铸锭表面温度的升高，升温速度相应的要逐渐降低。
[0016]泡沫铝铸锭采用长锭加热、热剪分切工艺，避免冷锭锯切时易于出现的锯片、锯条损耗大，锯切生产效率低，锯切成本高的问题。
[0017]泡沫铝管棒型线材的挤压推荐采用反向挤压工艺，反向挤压时，变形主要集中在模口区域，挤压过程变形相对均匀，不存在变形死区，能避免铸锭中气泡在局部区域偏聚，确保挤压制品中气泡分布均匀。采用正向挤压技术挤压泡沫铝管棒型线材时，应采用图1所示的锥形挤压筒和锥形挤压模，以最大限度消除挤压变形铝流动死区。图1为正向挤压泡沫铝管棒材装置示意图，图中，挤压杆1、锥形挤压筒2、锥形挤压模3、模口 3a、挤压垫4、挤压垫运送机5、铸锭运输机6、泡沫铝铸锭7、陶瓷绝热垫8、制品挤出通道8a、一次高压气保冷却水套9、一次水套进水口 9a、一次水套出水口 ％、高压保护气体加入口 9c、二次喷淋冷却水套10、二次水套进水口 10a、二次水套喷嘴10b、出料装置11、出料辊道12、水箱13。在锥形挤压模3和一次冷却水套9之间设有陶瓷绝热垫8，以减小冷却水套对挤压模的冷却作用。挤压制品的冷却过程采用一次高压气保水套冷却和二次喷淋冷却，泡沫铝铸