一種稀土泡沫鋁合金真空吸鑄工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真空吸鑄法制備稀土泡沫鋁合金的工藝以及由其制備的稀土泡沫鋁合金。該工藝包括：將填料粒子填充到充型模中，預(yù)熱;在加熱至700-79CTC的熔融鋁液中加入稀土，混勻后真空吸入至以上充型模中；待合金凝固后取出樣品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫鋁合金。本發(fā)明制備工藝所制得的稀土泡沫鋁合金具有較少的氧化燒損，稀土元素的氧化燒損率均小于5%，所制備出的泡沫鋁孔洞勻稱、可控性好，無明顯缺陷。
【專利說明】一種稀土泡沬錯(cuò)合金真空吸鑄工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬加工工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種稀土泡沫鋁合金真空吸鑄工 藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 泡沫鋁具有質(zhì)輕、比強(qiáng)高及吸聲、隔音、散熱、阻燃、減震、阻尼、吸收沖擊能、電磁 屏蔽等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于建筑、汽車零件、軍事及住宅等行業(yè)中。
[0003] 目前，制備泡沫金屬的主要方法有滲流鑄造法及熔體發(fā)泡法、熔模鑄造法、鍍覆金 屬法、粉末冶金法等。滲流法是在熔融金屬條件下在預(yù)制體中直接滲流成形，與其它方法相 t匕，該法具有易于控制孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙率及生產(chǎn)周期短、成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 在制備泡沫鋁時(shí)添加稀土元素，可有效地減小鋁合金的枝晶間距及細(xì)化鑄態(tài)晶 粒，同時(shí)稀土能與鋁及其合金元素發(fā)生微合金化作用，從而改善泡沫鋁的機(jī)械、加工、擠壓、 鑄造及耐腐蝕等性能，提1?泡沫錯(cuò)的抗沖擊能力。
[0005] 用傳統(tǒng)滲流法制備稀土泡沫鋁時(shí)，稀土元素易氧化燒損，其中La和Ce元素的氧化 燒損達(dá)20%以上，同時(shí)滲流過程難以控制，易造成滲流不足或滲流過度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對傳統(tǒng)滲流法所存在的上述缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提出一種真空吸鑄 法制備稀土泡沫鋁合金的制備工藝，該制備工藝所制備出的稀土泡沫鋁合金具有較少的氧 化燒損，稀土元素的氧化燒損率均小于5%。
[0007] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 第一方面，本發(fā)明提供了一種稀土泡沫鋁合金的制備工藝，該制備工藝包括如下 步驟：
[0009] (1)將填料粒子填充到充型模中，預(yù)熱；
[0010] (2)在加熱至700-790°C的熔融鋁液中加入稀土，混勻后真空吸入至步驟（1)所得 充型模中；
[0011] (3)合金凝固后取出樣品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫鋁合金。
[0012] 上述制備工藝中，作為優(yōu)選，步驟（1)所述填料粒子的粒徑為1?2mm，優(yōu)選為 L 25 ?I. 60mm，更優(yōu)選為 I. 5mm。
[0013] 在具體的實(shí)施方案中，步驟⑴所述填料粒子的粒徑為1mm、I. 1mm、I. 2mm、 I. 25mm、I. 3mm、I. 35mm、I. 4mm、I. 45mm、I. 5mm、I. 55mm、I. 6mm、I. 65mm、I. 7mm、I. 75mm、 L 8mm、L 85mm、L 9mm、L 95mm、2mm〇
[0014] 作為優(yōu)選，步驟（I)所述預(yù)熱溫度為400?480°C，優(yōu)選為420?460°C，更優(yōu)選為 440。。。
[0015] 在具體的實(shí)施方案中，步驟⑴所述預(yù)熱溫度為400°C、410°C、42(TC、43(rC、 440°C、450°C、460°C、470°C、480°C。
[0016] 作為優(yōu)選，步驟（2)所述熔融鋁液的溫度為720-780°C，優(yōu)選為730°C。
[0017] 在具體的實(shí)施方案中，步驟⑵所述熔融鋁液的溫度為720°C、730°C、740°C、 750、760°C、770°C、780。
[0018] 作為優(yōu)選，步驟（2)所述稀土為La和/或Ce,優(yōu)選為La和Ce的組合。
[0019] 作為優(yōu)選，步驟⑵所述真空吸入的真空度為0. 04-0. 08MPa，優(yōu)選為 0· 04-0. 06MPa，更優(yōu)選為 0· 05MPa。
[0020] 在具體的實(shí)施方案中，步驟⑵所述真空吸入的真空度為0.04MPa、0.05MPa、 0. 06MPa、0. 07MPa、0. 08MPa。
[0021] 在本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中，一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案如下：
[0022] (1)將粒徑為1. 25?I. 60mm的填料粒子填充到?jīng)_型模中，預(yù)熱至440°C ;
[0023] (2)在加熱至730 °C的熔融鋁液中加入混合稀土元素 La和Ce，混勻后，在 0. 04-0. 06MPa的真空度條件下將其真空吸入步驟（1)所得沖型模中；
[0024] (3)待沖型模中的合金凝固后取出樣品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫鋁合 金。
[0025] 第二方面，本發(fā)明提供了一種稀土泡沫鋁合金，由第一方面所述制備工藝制得。
[0026] 用電感耦合等離子體原子吸收光譜法分析本發(fā)明制備工藝所制得的稀土泡沫鋁 合金中稀土的含量，從而計(jì)算出稀土的氧化燒損率。經(jīng)計(jì)算可知，本發(fā)明制備工藝所制得的 稀土泡沫鋁合金具有較少的氧化燒損，稀土元素的氧化燒損率均小于5 %，所制備出的泡沫 鋁孔洞勻稱、可控性好，無明顯缺陷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明的真空吸鑄工藝制備稀土泡沫鋁合金的原理圖。
[0028] 圖2是真空度與滲流長度的關(guān)系曲線。
[0029] 圖3是鑄造溫度與滲流長度的關(guān)系曲線。
[0030] 圖4是填料粒子預(yù)熱溫度與滲流長度的關(guān)系曲線。
[0031] 圖5是填料粒子粒徑與滲流長度的關(guān)系曲線。
[0032] 圖6是本發(fā)明制備工藝所制備的稀土泡沫鋁合金的宏觀形貌照片。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0034] 在制備泡沫材料的過程中，滲流長度是考察鑄造工藝優(yōu)劣的重要指標(biāo)，滲流長度 越長，表明該工藝能制備的樣品尺寸越大，越接近工業(yè)應(yīng)用的要求。
[0035] 實(shí)施例1真空度對滲流長度的影響
[0036] 在鑄造溫度為730°C、填料粒子預(yù)熱溫度440°C、填料粒子粒徑為1. 25?I. 60mm 的條件下，探討真空度分別為〇. 02、0. 04、0. 06、0. 08MPa時(shí)的滲流長度，從而得到真空度與 滲流長度的關(guān)系曲線，如圖2所示。
[0037] 從圖2可見，在填料粒子預(yù)熱溫度、粒子粒徑及濾液的鑄造溫度相同的條件下，隨 著真空度的增加，滲流長度增加；這可能是由于抽真空的作用一方面是克服鋁液自重，另 一方面是克服鋁熔體與NaCl顆粒之間潤濕性不好導(dǎo)致的表面張力，增加真空度有助于克 服滲流縫隙中的流動阻力及表面張力，從而提高滲流長度。當(dāng)真空度由0. 〇6MPa提高至 0. OSMPa時(shí)，滲流長度只有微小增加；這可能是由于滲流前沿的鋁液受到粒子的冷卻作用 很快凝固，此時(shí)僅靠提高真空度來提高滲流長度，效果非常有限。
[0038] 實(shí)施例2鑄造溫度對滲流長度的影響
[0039] 在真空度為0. 04MPa、填料粒子預(yù)熱溫度440°C、填料粒子粒徑為1. 25?I. 60mm 的條件下，探討鑄造溫度分別為700°C、730°C、760°C、790°C時(shí)的滲流長度，從而得到鑄造溫 度與滲流長度的關(guān)系曲線，如圖3所示。
[0040] 從圖3可見，鑄造溫度的提高能顯著增加滲流長度，這可能是因?yàn)樘岣哞T造溫度 能提高金屬液的流動性，有利于金屬液填充顆粒間的間隙，從而使?jié)B流長度增加。
[0041] 實(shí)施例3填料粒子預(yù)熱溫度對滲流長度的影響
[0042] 在真空度為0. 04MPa、鑄造溫度730°C、填料粒子粒徑為1. 25?I. 60mm的條件下， 探討填料粒子預(yù)熱溫度分別為360°C、400°C、440°C、480°C時(shí)的滲流長度，從而得到填料粒 子預(yù)熱溫度與滲流長度的關(guān)系曲線，如圖4所示。
[0043] 從圖4可以看出，滲流長度隨著填料粒子預(yù)熱溫度的升高而急劇增加，這可能是 由于顆粒的預(yù)熱溫度越高，它與鋁基合金液間的溫差越小，從而減少了熱量損失，可使顆粒 間隙中的金屬長時(shí)間保持液態(tài)，滲流通道較暢通，有利于鋁液充滿顆粒的間隙，提高了鋁液 的滲流能力。預(yù)熱溫度較低時(shí)，它與鋁液的溫差增大，滲流充型時(shí)二者之間熱交換就強(qiáng)烈。 在滲流前沿包覆填料粒子的鋁液會迅速凝固和加厚，從而堵塞了滲流通道，盡管靠近升液 管的合金液尚未凝固，但已不能繼續(xù)滲流充填顆粒間隙，導(dǎo)致滲流長度縮短，但顆粒預(yù)熱溫 度過高，將延長實(shí)驗(yàn)周期及降低滲流室的使用壽命。
[0044] 實(shí)施例4填料粒子大小對滲流長度的影響
[0045] 在真空度為0. 04MPa、鑄造溫度730°C、填料粒子預(yù)熱溫度為440°C的條件下，探討 填料粒子粒徑分別為0· 6-0. 8mm、0. 8-lmm、l. 25-1. 6mm、2. 0-2. 5mm時(shí)的滲流長度，從而得 到填料粒子粒徑與滲流長度的關(guān)系曲線，如圖5所示。
[0046] 從圖5可以看出，滲流長度隨填料粒子粒徑的增大而增加。這可能是由于顆粒尺 寸越大，顆粒間的空隙越大，鋁液滲流通道的流動阻力也越小，流動速度越快。另外，顆粒尺 寸越大，鋁液與填料顆粒的熱交換總面積就越小，鋁液在滲流過程中的熱量損失及溫度降 低的速率也越小；填料顆粒尺寸越小，金屬液滲入的間隙變小，粘滯阻力及鋁基合金液前沿 界面張力附加的阻力增大，阻礙了鋁基合金液填充顆粒間隙，影響泡沫鋁基合金的滲流長 度。
[0047] 通過圖2-圖5中滲流長度變化的趨勢可看出，填料粒子的預(yù)熱溫度和澆注溫度對 滲流長度的影響較大，而真空度和填料粒子粒徑對滲流長度的影響較小。這個(gè)結(jié)果與現(xiàn)有 技術(shù)中所認(rèn)為的填料粒子粒徑大小是最顯著的影響因素的結(jié)論不一致。
[0048] 實(shí)施例5使用本發(fā)明所述真空吸鑄工藝制備稀土泡沫鋁合金
[0049] 采用如下工藝：
[0050] (1)將粒徑為1. 25?I. 60mm的填料粒子填充到?jīng)_型模中，預(yù)熱至440°C ;
[0051] ⑵在加熱至730 °C的熔融鋁液中加入混合稀土元素 La和Ce，混勻后，在 0. 04-0. 06MPa的真空度條件下將其真空吸入步驟（1)所得沖型模中；
[0052] (3)待沖型模中的合金凝固后取出樣品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫鋁合 金。
[0053] 按上述工藝制備的稀土泡沫鋁合金的宏觀形貌如圖6所示，其滲流長度為120mm。
[0054] 從圖6可以看出，氣孔均勻地排列于鋁基體上。由于氣孔尺寸由填料粒子的粒徑 范圍決定，因此真空吸鑄工藝可制備出孔結(jié)構(gòu)均勻、孔徑可控的泡沫鋁合金。ICP分析表明， 真空吸鑄工藝制備出的稀土泡沫鋁合金具有較少的氧化燒損，La的氧化燒損率為4. 89%， Ce的氧化燒損率為4. 03%。
[0055] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于上述，即 不意味著本發(fā)明必須依賴上述才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的 任何改進(jìn)，對本發(fā)明所選用原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在 本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種稀土泡沫鋁合金的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將填料粒子填充到充型模中，預(yù)熱； (2) 在加熱至700-790°C的熔融鋁液中加入稀土，混勻后真空吸入至步驟（1)所得充型 模中； (3) 合金凝固后取出樣品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫鋁合金。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于，步驟（1)所述填料粒子的粒徑為1? 2mm，優(yōu)選為L 25?I. 60mm，更優(yōu)選為I. 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備工藝，其特征在于，步驟（1)所述預(yù)熱溫度為400? 480°C，優(yōu)選為420?460°C，更優(yōu)選為440°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備工藝，其特征在于，步驟（2)所述熔融鋁液的溫 度為 720-780°C，優(yōu)選為 730°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備工藝，其特征在于，步驟（2)所述稀土為La和 /或Ce,優(yōu)選為La和Ce的組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制備工藝，其特征在于，步驟（2)所述真空吸入的真 空度為 0. 04-0. 08MPa，優(yōu)選為 0. 04-0. 06MPa，更優(yōu)選為 0. 05MPa。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將粒徑為1. 25?I. 60mm的填料粒子填充到?jīng)_型模中，預(yù)熱至440°C ; (2) 在加熱至730 °C的熔融鋁液中加入混合稀土元素 La和Ce,混勻后，在 0. 04-0. 06MPa的真空度條件下將其真空吸入步驟（1)所得沖型模中； (3) 待沖型模中的合金凝固后取出樣品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫鋁合金。
8. -種稀土泡沫鋁合金，由權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述制備工藝制得。
【文檔編號】C22C1/08GK104212994SQ201410471725
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】朱忠良 申請人:朱忠良