CN100449017C - 二次泡沫化制备可溶解型中空异型件泡沫铝合金的方法 - Google Patents
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Abstract
一种二次泡沫化制备可溶解型中空异型件泡沫铝合金的方法，将铝合金加热至熔化，加入钙至铝合金熔液中，搅拌均匀；再加入氢化钛，搅拌使得氢化钛在熔体混合均匀；将实心可溶解的预制件置于泡沫铝合金熔体中并完全浸入其中，形成闭合体；将闭合体冷却获得二次泡沫化铝合金预制件；将含有实心可溶解预制件的二次泡沫化铝合金预制件加热保温；放置于模具中，加热保温使得铝合金预制件泡沫化，然后将发泡后的泡沫铝合金迅速冷却，获得二次泡沫化铝合金异型件。将异型件上进行钻孔至中心，通过溶剂清洗的方法将可溶解预制件去除，制备出泡沫铝合金容器。采用实心可溶解的内置物，可在将要制备的二次泡沫化中空异型件中形成固定内腔空间并维持其形状。
Description
一、技术领域
本发明属于一种泡沫铝合金的制备方法，特别涉及一种二次泡沫化制备可溶解型中空异型件泡沫铝合金的方法。
二、背景技术
现有技术：以闭孔泡沫铝为重点的超轻型金属结构，由于特殊的孔隙结构，实现了结构材料轻质、多功能化，从而成为当前航天以及高技术的热点。由于汽车等民用及高技术领域的需求，泡沫铝异型件、三明治结构正成为泡沫金属制备领域中的前沿，而可作为容器的泡沫铝异型件更未见报导。通过二次泡沫化制备的中空异型件，可用于满足各种高技术领域的应用。
三、发明内容
本发明提供一种二次泡沫化制备可溶解型中空异型件泡沫铝合金的方法，该方法主要被用于制备具有复杂外形的泡沫铝合金中空异型件、各种泡沫铝合金容器等多种制品，该方法简单、成本低，方法可靠，制备的泡沫铝合金制品孔结构均匀、孔隙率可控。
本发明的技术解决方案为：一种二次泡沫化制备可溶解型中空异型件泡沫铝合金的方法，制备步骤为：将铝合金加热至熔化，加入相当于铝合金重量的0.5％～5％的钙至铝合金熔液中，搅拌均匀进行20～800秒增黏；再加入相当于铝合金重量的0.5％～5％的氢化钛，搅拌使得氢化钛在熔体混合均匀；将实心可溶解的预制件置于泡沫铝合金熔体中并完全浸入其中，形成闭合体；将闭合体冷却获得孔隙率低于65.5％的二次泡沫化铝合金预制件；将上述含有实心可溶解预制件的二次泡沫化铝合金预制件加热至300℃～650℃的温度下保温10～50分钟；放置于模具中，加热至650℃～1200℃的温度下保温5～50分钟使得铝合金预制件泡沫化，然后将发泡后的泡沫铝合金迅速冷却，获得二次泡沫化铝合金异型件。将内含有可溶解预制件的二次泡沫铝合金异型件上进行钻孔至中心，通过溶剂清洗的方法将可溶解预制件去除，制备出泡沫铝合金容器。
本发明获得如下技术效果：
1.本发明利用因氢化钛在一次泡沫化过程中分解不完全而残余的氢化钛分解产生的氢气，使得受热熔化后的铝合金熔体二次泡沫化，获得泡沫铝合金；本发明利用氢化钛热分解量与温度紧密相关的特点，通过控制一次热分解温度为680℃及对氢化钛做一定程度氧化处理从而控制了氢化钛一次热分解量，并保证了第二次泡沫化过程中的氢气分解量，因而本发明可以实现中空异型件的制备。
2.本发明无需对一次泡沫化铝合金预制件进行压制，因而方法简单，成本低。本发明中由于一次泡沫化铝合金预制件已经具有一定均匀孔径及孔隙率，再生的气泡与原气泡合并长大使得泡沫铝合金的排液速度受到抑制，因而获得的二次泡沫化铝合金的孔结构比较均匀。
3.本发明在第一次发泡过程中就将实心可溶解的球、柱状体及非标准尺寸物体等预制件置于泡沫铝合金熔体中并完全浸入，这样就保证在二次发泡过程后形成完全密封的内腔。
4.本发明通过控制一次泡沫化温度和氢化钛的氧化处理来控制氢化钛热分解量，在保证氢化钛在泡沫铝合金熔体中分散均匀前提下，再将实心可溶解的球、柱状体及非标准尺寸物体等预制件置入，从而使得二次泡沫化制备的泡沫铝合金制品孔结构均匀。
5.本发明可制备较高孔隙率及宽孔隙率范围的二次泡沫化泡沫铝合金不同内腔的中空异型件，同时通过对二次发泡模具内腔的形状的改变而实现泡沫铝合金制品外形轮廓的改变。这些二次泡沫化方法制备的泡沫铝合金容器具有高强度，刚度、高能量吸收的特点，有重要应用前景。
6.本发明对二次发泡预制件进行表面处理，一般采用打磨的方法去除表面氧化皮，从而可制备出的球形容器表面有一层致密均匀的表皮，可直接适用于各种工作环境。
7.对二次泡沫化铝合金预制件加热进行预热，可使得二次泡沫化铝合金预制件获得均匀的温度场，避免在制备大尺寸二次发泡铝合金异型件容器时出现温度梯度导致的二次发泡不均现象。
8.对较低孔隙率的一次泡沫化铝合金预制件加热，可使得二次泡沫化铝合金预制件熔化，同时其中残余的氢化钛分解产生氢气使其二次泡沫化，获得二次泡沫化泡沫铝合金，提高加热温度，可使得预制件加热速度提高，还可以进一步提高氢化钛的分解量，进而提高泡沫铝合金孔隙率，但温度过高又会增加温度梯度，不利于均匀发泡，且可能造成大量氢气逃逸导致二次发泡失败。
9.采用实心可溶解的内置物，可在将要制备的二次泡沫化中空异型件中形成固定内腔空间并维持其形状。
四、附图说明
图1为二次泡沫化制备的泡沫铝泡沫铝合金球形容器制品图，容器外径10.90cm，内腔为球形，直径5.78cm，孔隙率73.07％，孔径1-3mm。
图2为内置可溶解球的二次泡沫化制备的泡沫铝合金球形容器制品及剖面图，容器外径12.2cm，内径，孔隙率50％～90％，孔径1-5mm。
图3为制备可溶解预制件的原料：工业盐及碳酸钾饱和溶液。
图4为各种尺寸内置用可溶解预制件。
五、具体实施方式
实施例1
实心可溶解预制件制备材料由工业盐(NaCl)或者粘土经烧结而成。
实例a，用碳酸钾饱和溶液作粘结剂，将工业盐粉末团聚置于特定内腔的模具成型，经200-350度烧结，脱模，形成实心可溶解预制件。采用碳酸钾饱和溶液粘接效果更好.加热时避免开裂，且预制件表面光滑，有利于浸入泡沫铝熔体。
实例b，可采用类似方法用水将粘土团聚烧结可达到同样效果。
实施例2
第一步：将铝合金加热至熔化，加入相当于铝合金重量的0.5％～5％的钙至铝合金熔液中，搅拌均匀进行20～800秒增黏；再加入相当于铝合金重量的0.5％～5％的氢化钛，以800～5000r/m的速度搅拌20～400秒，使氢化钛在熔体混合均匀，然后提出搅拌桨；
第二步：迅速将可溶解球置于泡沫铝合金熔体中并保证其完全没入熔体，形成闭合体。将内置盐球的一次发泡泡沫铝合金熔体快速冷却获得孔隙率低于65.5％的二次泡沫铝合金预制件；
第三步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件加热至300℃～650℃的温度下保温10～50分钟使得铝合金预制件避免温度梯度所引起的发泡时孔径及孔隙率不均现象；
第四步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件放置于球形中空模具的模腔中，加热至650℃～1200℃的温度下保温5～50分钟使得铝合金预制件泡沫化，然后将发泡后的泡沫铝合金迅速冷却，获得内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金。
第五步：将内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金上使用台钻进行钻孔至球心，直径为3mm，通过溶剂清洗的方法将可溶解球去除，就可制备出泡沫铝合金球形容器。
实施例3
第一步：将铝合金加热至熔化，加入相当于铝合金重量的0.5％的钙至铝合金熔液中，搅拌均匀进行20秒增黏；再加入相当于铝合金重量的0.5％的氢化钛，以800r/m的速度搅拌20秒，使氢化钛在熔体混合均匀，然后提出搅拌桨；
第二步：迅速将可溶解球置于泡沫铝合金熔体中并保证其完全没入熔体，形成闭合体。将内置盐球的一次发泡泡沫铝合金熔体快速冷却获得孔隙率低于65.5％的二次泡沫铝合金预制件；
第三步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件加热至300℃的温度下保温10分钟使得铝合金预制件避免温度梯度所引起的发泡时孔径及孔隙率不均现象；
第四步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件放置于球形中空模具的模腔中，加热至650℃的温度下保温5分钟使得铝合金预制件泡沫化，然后将发泡后的泡沫铝合金迅速冷却，获得内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金。
第五步：将内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金上使用台钻进行钻孔至球心，直径为3mm，通过溶剂清洗的方法将可溶解球去除，就可制备出泡沫铝合金球形容器。
实施例4
第一步：将铝合金加热至熔化，加入相当于铝合金重量的5％的钙至铝合金熔液中，搅拌均匀进行800秒增黏；再加入相当于铝合金重量的5％的氢化钛，以5000r/m的速度搅拌400秒，使氢化钛在熔体混合均匀，然后提出搅拌桨；
第二步：迅速将可溶解球置于泡沫铝合金熔体中并保证其完全没入熔体，形成闭合体。将内置盐球的一次发泡泡沫铝合金熔体快速冷却获得孔隙率低于65.5％的二次泡沫铝合金预制件；
第三步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件加热至650℃的温度下保温50分钟使得铝合金预制件避免温度梯度所引起的发泡时孔径及孔隙率不均现象；
第四步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件放置于球形中空模具的模腔中，加热至1200℃的温度下保温50分钟使得铝合金预制件泡沫化，然后将发泡后的泡沫铝合金迅速冷却，获得内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金。
第五步：将内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金上使用台钻进行钻孔至球心，直径为3mm，通过溶剂清洗的方法将可溶解球去除，就可制备出泡沫铝合金球形容器。
实施例5
第一步：将铝合金加热至熔化，加入相当于铝合金重量的3％的钙至铝合金熔液中，搅拌均匀进行600秒增黏；再加入相当于铝合金重量的3％的氢化钛，以2000r/m的速度搅拌300秒，使氢化钛在熔体混合均匀，然后提出搅拌桨；
第二步：迅速将可溶解球置于泡沫铝合金熔体中并保证其完全没入熔体，形成闭合体。将内置盐球的一次发泡泡沫铝合金熔体快速冷却获得孔隙率低于65.5％的二次泡沫铝合金预制件；
第三步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件加热至450℃的温度下保温30分钟使得铝合金预制件避免温度梯度所引起的发泡时孔径及孔隙率不均现象；
第四步：将上述内置可溶解球的二次泡沫化铝合金预制件放置于球形中空模具的模腔中，加热至900℃的温度下保温30分钟使得铝合金预制件泡沫化，然后将发泡后的泡沫铝合金迅速冷却，获得内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金。
第五步：将内含有可溶解球的球形二次泡沫铝合金上使用台钻进行钻孔至球心，直径为3mm，通过溶剂清洗的方法将可溶解球去除，就可制备出泡沫铝合金球形容器。
Claims (1)
1.一种二次泡沫化制备中空异型件泡沫铝合金的方法，其特征在于制备步骤为：
a.将铝合金加热至熔化，加入相当于铝合金重量的0.5％～5％的钙至铝合金熔液中，搅拌均匀进行20～800秒增黏；再加入相当于铝合金重量的0.5％～5％的氢化钛，搅拌，使得氢化钛在熔体混合均匀；
b.将实心可溶解的预制件置于泡沫铝合金熔体中并完全浸入其中，形成闭合体；将闭合体冷却获得孔隙率低于65.5％的二次泡沫化铝合金预制件；
c.将上述含有实心可溶解预制件的二次泡沫化铝合金预制件加热至300℃～650℃的温度下保温10～50分钟；
d.放置于模具中，加热至650℃～1200℃的温度下保温5～50分钟使得二次泡沫化铝合金预制件泡沫化，然后将其迅速冷却，获得二次泡沫化铝合金异型件；
e.将内含有实心可溶解预制件的二次泡沫铝合金异型件上进行钻孔至中心，通过溶剂清洗的方法将可溶解预制件去除，制备出泡沫铝合金容器。
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