一種無需增粘熔體發(fā)泡法制備小孔徑泡沫鋁的工藝的制作方法
【專利摘要】一種熔體發(fā)泡法制備小孔徑泡沫鋁的新工藝，屬于多孔金屬材料的制備領(lǐng)域。該工藝以碳酸鈣為發(fā)泡劑，在熔體中加入純鎂塊，通過Mg、Al和CaCO3三者之間的反應生成的氣體來使熔體發(fā)泡，反應生成的氧化物可以提高熔體的黏度。由于釋氣反應較為緩慢平穩(wěn)，相較于氫化鈦作為發(fā)泡劑，該工藝解決了泡沫鋁孔結(jié)構(gòu)粗大的問題。該工藝具體步驟為：在鋁熔體中加入純鎂塊，攪拌均勻后再加入碳酸鈣，攪拌發(fā)泡并保溫一段時間后水冷，便可獲得孔隙率為50.0%~85.0%，平均孔徑在1.0-2.0mm左右的泡沫鋁樣品。本發(fā)明無需增粘，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，適合規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說明】一種無需增粘熔體發(fā)泡法制備小孔徑泡沬鋁的工藝
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于多孔金屬材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種無需增粘熔體發(fā)泡法制備小孔徑泡沫鋁的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]自1948年由美國的Sosnik首先在鋁中加入汞制備泡沫鋁以來，泡沫鋁由于密度小、比強度和比剛度高，阻尼性能、能量吸收性能、吸聲、隔聲和隔熱性能好及多功能兼容性能優(yōu)異，一直吸引著各國相關(guān)研究者對其制備、性能和應用的探索，是目前為止應用最為廣泛的泡沫金屬之一。泡沫鋁的制備方法很多，其中熔體發(fā)泡法因其設備簡單，成本較低等特點，成為規(guī)?；a(chǎn)的首選工藝。
[0004]目前，用熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁時大多選用氫化鈦作為發(fā)泡劑，但是氫化鈦較為昂貴，并且氫化鈦高溫分解速度快，氣泡形成迅速，容易上浮、破碎或合并，形成的氣孔粗大。因此，為了讓氣體能夠穩(wěn)定地留在熔體中，往往要向熔體中加入陶瓷顆粒增粘，但是增粘劑的加入會提高泡沫鋁的制備成本，同時熔體增粘需要一定的增粘時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提出一種操作簡單、成本低廉的小孔徑泡沫鋁的制備方法。
[0006]本發(fā)明通過在工業(yè)純鋁(純度>99.9%)中先后加入鎂塊和碳酸鈣(5μπι，純度>99.5%)制備出了孔結(jié)構(gòu)均勻、力學性能良好的小孔徑泡沫鋁合金，其孔隙率為50.0%~85.0%，平均孔徑在1.0-2.0mm左右，在制備過程中無需對鋁熔體進行增粘。工藝步驟是:選用工業(yè)純鋁作為發(fā)泡基體，將鋁熔化后加入鎂塊，待其溶于鋁熔體中后，加入碳酸鈣粉末攪拌并保溫發(fā)泡，然后冷卻制得泡沫鋁。具體包括以下幾步:
(1)將純鋁放入不銹鋼坩鍋中，在電阻爐中升溫至700°C使鋁錠熔化，然后保溫10分
鐘；
(2)在670°C~750°C時，向鋁熔體中加入CaCO3摩爾量1_5倍的金屬鎂塊，靜置10-15分鐘后以400rpm攪拌熔體5_10分鐘；
(3)在670°C-750°C時，將基體質(zhì)量1.0-5.0%的CaCO3粉末在攪拌槳1000rpm的轉(zhuǎn)速下加入到熔體中，攪拌時間持續(xù)30-90秒，此時熔體開始發(fā)泡，此即為攪拌發(fā)泡階段；
(4)當攪拌發(fā)泡階段結(jié)束后，迅速提出攪拌漿，將熔體泡沫在爐中保溫30-90秒后取出坩鍋，水冷后獲得泡沫鋁樣品。
[0007]發(fā)明原理:在用熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁的過程中，鎂一直作為輔助用的活性劑與其它作用劑混合使用，對其在發(fā)泡過程中產(chǎn)生的積極作用沒有引起廣泛重視。本發(fā)明在鋁熔體中添加一定量的鎂塊，待其完全熔化并均勻地分散在熔體中時再加入碳酸鈣，使碳酸鈣在鋁熔體中反應產(chǎn)氣的過程較溫和，鋁熔體泡沫化過程容易控制，能夠制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鋁。另外，在鋁熔體泡沫化過程中產(chǎn)生的大量氧化物顆粒對鋁熔體有增粘作用，并可以存在于胞壁中，有利于小孔徑胞孔的形成。
[0008]本發(fā)明有以下優(yōu)點:
(I)與傳統(tǒng)發(fā)泡工藝相比，本發(fā)明無需增粘劑，無需熔體增粘過程，降低了生產(chǎn)成本，簡化了生產(chǎn)工藝，有利于提高生產(chǎn)效率，促進泡沫金屬的生產(chǎn)和普及。
[0009](2)加入鎂塊后能有效改善熔體與碳酸鈣粉末之間的濕潤性，使碳酸鈣粉末能更均勻地分布于熔體中，有利于制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫制品。
[0010](3)鎂塊加入鋁熔體中，與碳酸鈣反應產(chǎn)氣進行發(fā)泡，產(chǎn)生的氧化物能夠提高熔體的粘度，無需另外加入增粘劑。
[0011](4)碳酸鈣不僅比氫化鈦價格便宜，而且高溫熱穩(wěn)定性好，分解緩慢，這有利于延長攪拌時間使其能在熔體中混合得更加均勻，制備所得樣孔結(jié)構(gòu)更加均勻細小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
[0013]圖2為本發(fā)明以CaCO3為發(fā)泡劑制備的泡沫鋁(孔隙率=83.3%)的截面圖及其體視顯微圖。
【具體實施方式】
[0014]實施方式一:將工業(yè)`純鋁在不銹鋼坩鍋中加熱到700°C熔化，保溫IOmin后除去熔體表面的氧化膜；然后向鋁熔體中加入CaCO3摩爾量2倍的金屬鎂塊，10分鐘之后以400rpm的速度攪拌5分鐘；將熔體溫度升高為710°C，然后將基體質(zhì)量1.8%的碳酸鈣加入熔體以1000rpm的速度攪拌35秒，保溫發(fā)泡60s，取出坩鍋水冷，可獲得平均孔徑2.0mm、孔隙率80%、孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鋁。
[0015]實施方式二:將工業(yè)純鋁在不銹鋼坩鍋中加熱到700°C熔化，保溫IOmin后除去熔體表面的氧化膜；將溫度調(diào)整至680°C，然后向鋁熔體中加入CaCO3摩爾量2倍的金屬鎂塊，10分鐘之后以400rpm的速度攪拌5分鐘；將熔體溫度調(diào)整為670°C，然后將基體質(zhì)量1.5%的碳酸鈣加入熔體以1000rpm的速度攪拌50秒，保溫發(fā)泡30s，取出坩鍋水冷，可獲得平均孔徑1.0mm、孔隙率60%、孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鋁。
[0016]實施方式三:將工業(yè)純鋁在不銹鋼坩鍋中加熱到700°C熔化、保溫lOmin，除去熔體表面的氧化膜；將溫度調(diào)整至690°C，將CaCO3摩爾量3倍的純鎂塊加入熔體，10分鐘之后以400rpm的速度攪拌5分鐘；將熔體溫度上升至700°C，然后將基體質(zhì)量1.5%的碳酸鈣加入熔體以1000rpm的速度攪拌40秒，保溫發(fā)泡90秒，取出坩鍋水冷，可獲得平均孔徑
1.5mm、孔隙率70%、孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鋁。
【權(quán)利要求】
1.一種無需增粘熔體發(fā)泡法制備小孔徑泡沫鋁的工藝，其特征在于向鋁熔體中加入鎂塊和碳酸鈣粉末，通過Al、Mg和CaCO3三者之間的反應完成發(fā)泡，整個發(fā)泡過程無需加入增粘劑；小孔徑泡沫鋁的制備特征在于將CaCO3摩爾量1-5倍的塊狀鎂加入到純鋁熔體中，然后加入基體質(zhì)量1.0-5.0%的CaCO3粉末(5 μ m,純度>99.5%)，攪拌、保溫發(fā)泡，具體工藝步驟包括以下幾步: (1)將純鋁放入不銹鋼坩鍋中，在電阻爐中升溫至700°C使鋁錠熔化，然后保溫10分鐘； (2)在670°C~700°C時，向鋁熔體中加入CaCO3摩爾量1_5倍的金屬鎂塊，靜置10-15分鐘后攪拌熔體5-10分鐘； (3)在670°C~750°C時，將基體質(zhì)量1.0-5.0%的CaCO3粉末在攪拌槳800_1500rpm的轉(zhuǎn)速下加入到熔 體中，攪拌時間持續(xù)30-90秒，此時熔體開始發(fā)泡，此即為攪拌發(fā)泡階段； (4)當攪拌發(fā)泡階段結(jié)束后，迅速提出攪拌漿，將熔體泡沫在爐中保溫30-90秒后取出坩鍋，水冷后獲得泡沫鋁樣品。
【文檔編號】C22C1/08GK103757459SQ201410015998
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】楊東輝, 胡中蕓, 李軍, 江靜華, 馬愛斌, 陳建清, 陳偉萍 申請人:河海大學, 常州市河?？萍佳芯吭河邢薰?br>