CN101838753A - 一种镁蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于多孔金属材料领域，特别是泡沫铝/铝合金的熔体发泡制备工艺方法。本发明包括以下工艺步骤：(1)在铝或铝合金原料中加入其重量0.3～2％的镁，再加热到铝或铝合金熔点以上20～100℃熔化，保温，得到含镁的铝/铝合金熔体；(2)在含镁的铝/铝合金熔体中添加其重量1.5～3％的钙，搅拌，使含镁的铝/铝合金熔体的粘度提高到1.8～2.5mPas；(3)对增粘后的含镁铝/铝合金熔体减压，使气压减小到10^-1～10^-2Pa，将熔体中的镁蒸发成气体使铝/铝合金熔体发泡，铝/铝合金熔体泡沫冷却凝固后，得到泡沫铝/铝合金。本发明制备泡沫铝/铝合金具有孔结构均匀、低成本、可实现工业生产的特点。

Description

一种镁蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法

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(450℃)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/铝合金结构均匀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。因而，提高泡沫铝/铝合金的结构均匀性及孔结构的可控性、采用非TiH₂发泡剂发泡，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

本发明的目的是提供一种镁蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法，它所制备的泡沫铝/铝合金具有孔结构均匀、低成本、可实现工业生产的特点。

实现本发明上述目的所采用的技术方案如下：

(1)含镁的铝/铝合金熔体制备：采用的原料为铝或铝合金，以及镁，其中工业纯铝/铝合金的重量占98～99.7％，余量为镁，配足总量100％；将铝或铝合金及镁配料后加热到铝或铝合金熔点以上20～100℃熔化，保温，得到含镁的铝/铝合金熔体；

(2)含镁的铝/铝合金熔体增粘：在含镁的铝/铝合金熔体中添加其重量1.5～3％的钙，搅拌分钟，使含镁的铝/铝合金熔体的粘度提高到1.8～2.5mPas；

(3)镁蒸发发泡：将增粘后的含镁铝/铝合金熔体抽气减压，气压为10^-1～10^-2Pa，熔体中的镁蒸发成气体使铝/铝合金熔体发泡，铝/铝合金熔体泡沫冷却凝固后，得到孔隙率60～90％，平均孔径1～4mm泡沫铝/铝合金泡沫铝/铝合金。

本发明的具体技术方案还包括：在制备含镁的铝/铝合金熔体步骤中，熔化后应保温30min；在含镁的铝/铝合金熔体增粘步骤中，搅拌增粘时间为8～20分钟；在镁蒸发发泡步骤中，蒸发发泡时间为1～5min。

铝或铝合金原料采用工业纯铝或铝合金，镁蒸发发泡是在减压仓中进行。

发明原理：

(1)镁蒸发发泡原理

常压下，镁的熔点为650℃，其沸点低(1090℃)、蒸发热低(-30.47kcal/mol)，是一种易蒸发的金属。

镁的蒸汽压p(Pa)与温度T(K)的相互关系为：

$\mathrm{lgp}=\frac{-7550}{T}-1.41\mathrm{lgT}+12.79$

当温度为650℃时，镁的蒸汽压为2.7Pa；当温度为700℃时，镁的蒸汽压为6.6Pa；当温度为800℃时，镁的蒸汽压为30.4Pa。

在含镁铝/铝合金熔体的温度范围(650～800℃)内，将气压降低到镁的蒸汽压以下、达到10^-1Pa～10^-2Pa时，可使镁从含镁铝/铝合金熔体中蒸发产生镁蒸气，从而提供铝/铝合金熔体发泡的气源。

(2)泡沫铝/铝合金孔结构均匀性控制原理：

含镁的铝/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，镁蒸发产生的镁蒸气才能在铝/铝合金熔体中存留，形成稳定的熔体泡沫，并通过凝固使熔体泡沫结构保留下来形成泡沫铝/铝合金。

另外，铝-镁是液态互溶体系，液态镁和液态铝可在原子水平上形成均一液相，因此镁气源的分布是均匀的，为均匀泡沫结构的获得提供了保证。

本发明的有益效果是：利用镁易蒸发、铝-镁熔体中镁均匀分布的特性，用镁蒸气为发泡气源使铝/铝合金熔体发泡制备泡沫铝/铝合金，解决公知熔体发泡技术中TiH₂发泡剂高成本、TiH₂发泡剂分散困难以及泡沫铝/铝合金结构均匀性控制问题。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例一：

采用工业纯铝及镁为原料，其中工业纯铝的含量为99.7％，镁的含量为0.3％；配料后的工业纯铝及镁加热到700℃熔化、保温30min.得到含镁的铝熔体；在含镁的铝熔体中添加2％的钙，搅拌10分钟，使含镁的铝熔体粘度提高到1.9mPas；将增粘后的熔体置入减压仓中，抽气使减压仓内的气压减小到10^-1Pa，含镁铝熔体中的镁蒸发成气体使铝熔体发泡，镁蒸发发泡时间1min.，铝熔体泡沫冷却凝固后得到孔隙率75％，平均孔径2.1mm的泡沫铝。

实施例二：

采用Al-Si12合金及镁为原料，其中Al-Si12合金的含量为99％，镁的含量为1％；配料后的Al-Si12合金及镁加热到650℃熔化、保温30min.得到含镁的Al-Si12合金熔体；在含镁的Al-Si12合金熔体中添加2.5％的钙，搅拌12分钟，使含镁的Al-Si12合金熔体粘度提高到2.1mPas；将增粘后含镁的Al-Si12合金熔体置入减压仓中，抽气使减压仓内的气压减小到10^-2Pa，含镁的Al-Si12合金熔体中的镁蒸发成气体使Al-Si12熔体发泡，镁蒸发发泡时间3min.，铝熔体泡沫冷却凝固后得到孔隙率83％，平均孔径2.7mm的泡沫铝。

实施例三：

采用2024铝合金及镁为原料，其中2024铝合金的含量98％，镁的含量为2％；配料后的2024铝合金及镁加热到680℃熔化、保温30min.得到含镁的2024铝合金熔体；在含镁的2024铝合金熔体中添加3％的钙，搅拌15分钟，使含镁的2024铝合金熔体粘度提高到2.4mPas；将增粘后含镁的2024铝合金熔体置入减压仓中，抽气使减压仓内的气压减小到10^-1Pa，含镁的2024铝合金熔体中的镁蒸发成气体使2024铝合金熔体发泡，镁蒸发发泡时间5min.，铝熔体泡沫冷却凝固后得到孔隙率90％，平均孔径3.3mm的泡沫铝。

Claims (3)

1.一种镁蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

(1)含镁的铝/铝合金熔体制备：在铝或铝合金原料中加入其重量0.3～2％的镁，再加热到铝或铝合金熔点以上20～100℃熔化，保温，得到含镁的铝/铝合金熔体；

(2)含镁的铝/铝合金熔体增粘：在含镁的铝/铝合金熔体中添加其重量1.5～3％的钙，搅拌，使含镁的铝/铝合金熔体的粘度提高到1.8～2.5mPas；

(3)镁蒸发发泡：对增粘后的含镁铝/铝合金熔体减压，使气压减小到10^-1～10^-2Pa，将熔体中的镁蒸发成气体使铝/铝合金熔体发泡，铝/铝合金熔体泡沫冷却凝固后，得到泡沫铝/铝合金。

2.按权利要求1所述的镁蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法，其特征是：在制备含镁的铝/铝合金熔体步骤中，熔化后应保温30min；在含镁的铝/铝合金熔体增粘步骤中，搅拌增粘时间为8～20分钟；在镁蒸发发泡步骤中，蒸发发泡时间为1～5min。

3.按权利要求2所述的镁蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法，其特征是：铝或铝合金原料采用工业纯铝或铝合金，镁蒸发发泡是在减压仓中进行。

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