CN101838754A - 一种锌蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法 - Google Patents
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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0.5～3％的锌，再加热到铝或铝合金熔点以上20～100℃熔化，保温，得到含锌的铝/铝合金熔体；(2)在含锌的铝/铝合金熔体中添加其重量2～3％的钙，搅拌，使含锌的铝/铝合金熔体的粘度提高到1.8～2.5mPas；(3)对增粘后的含锌铝/铝合金熔体减压，使气压减小到低于锌蒸汽压500～1000Pa，将熔体中的锌蒸发成气体使铝/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
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)另外，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)含锌的铝/铝合金熔体制备：在铝或铝合金原料中加入其重量0.5～3％的锌，再加热到铝或铝合金熔点以上20～100℃熔化，保温，得到含锌的铝/铝合金熔体；
(2)含锌的铝/铝合金熔体增粘：在含锌的铝/铝合金熔体中添加其重量2～3％的钙，搅拌，使含锌的铝/铝合金熔体的粘度提高到1.8～2.5mPas；
(3)锌蒸发发泡：对增粘后的含锌铝/铝合金熔体减压，使气压减小到低于锌蒸汽压500～1000Pa，将熔体中的锌蒸发成气体使铝/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。
本发明的具体技术方案还包括：在制备含锌的铝/铝合金熔体步骤中，熔化后应保温30min；在含锌的铝/铝合金熔体增粘步骤中，搅拌增粘时间为8～20分钟；在锌蒸发发泡步骤中，蒸发发泡时间为5～20min。
铝或铝合金原料采用工业纯铝或铝合金，锌蒸发发泡是在减压仓中进行。
发明原理：
(1)锌蒸发发泡原理
常压下，锌熔点为419.6℃，其沸点低(911℃)、蒸发热低(-27.62kcal/mol)，是一种易蒸发的金属。
锌的蒸汽压p(Pa)与温度T(K)的相互关系为：
当温度为600℃时，锌的蒸汽压为1564Pa(0.01564atm)；当温度为800℃时，锌的蒸汽压为30178Pa(0.3018atm)。
在含锌铝/铝合金熔体的温度范围(600～800℃)内，将气压降低到锌的蒸汽压以下500～1000Pa，可使锌从含锌铝/铝合金熔体中蒸发产生锌蒸气，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：
含锌的铝/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，锌蒸发产生的锌蒸气才能在铝/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-锌是液态互溶体系，液态锌和液态铝可在原子水平上形成均一液相，因此锌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：利用锌易蒸发、铝-锌熔体中锌均匀分布的特性，用锌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：
采用工业纯铝及锌为原料，其中工业纯铝的含量为99.5％，锌的含量为0.5％；配料后的工业纯铝及锌加热到700℃熔化、保温30min.得到含锌的铝熔体；在含锌的铝熔体中添加2％的钙，搅拌10分钟，使含锌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0.07499atm(0.07999atm～0.005atm)，含锌铝熔体中的锌蒸发成气体使铝熔体发泡，锌蒸发发泡时间7min.，铝熔体泡沫冷却凝固后得到孔隙率70％，平均孔径1.8mm的泡沫铝。
实施例二：
采用Al-Si12合金及锌为原料，其中Al-Si12合金的含量为99％，锌的含量为1％；配料后的Al-Si12合金及锌加热到650℃熔化、保温30min.得到含锌的Al-Si12合金熔体；在含锌的Al-Si12合金熔体中添加2.5％的钙，搅拌12分钟，使含锌的Al-Si12合金熔体粘度提高到2.1mPas；将增粘后含锌的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0.02997atm(0.03697atm-0.007atm)，含锌的Al-Si12合金熔体中的锌蒸发成气体使Al-Si12熔体发泡，锌蒸发发泡时间9min.，铝熔体泡沫冷却凝固后得到孔隙率78％，平均孔径2.5mm的泡沫铝。
实施例三：
采用2024铝合金及锌为原料，其中2024铝合金的含量97％，锌的含量为3％；配料后的2024铝合金及锌加热到680℃熔化、保温30min.得到含锌的2024铝合金熔体；在含锌的2024铝合金熔体中添加3％的钙，搅拌15分钟，使含锌的2024铝合金熔体粘度提高到2.4mPas；将增粘后含锌的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0.04931atm(0.05931atm-0.01atm)，含锌的2024铝合金熔体中的锌蒸发成气体使2024铝合金熔体发泡，锌蒸发发泡时间15min.，铝熔体泡沫冷却凝固后得到孔隙率88％，平均孔径3.2mm的泡沫铝。
Claims (3)
1.一种锌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)含锌的铝/铝合金熔体制备：在铝或铝合金原料中加入其重量0.5～3％的锌，再加热到铝或铝合金熔点以上20～100℃熔化，保温，得到含锌的铝/铝合金熔体；
(2)含锌的铝/铝合金熔体增粘：在含锌的铝/铝合金熔体中添加其重量2～3％的钙，搅拌，使含锌的铝/铝合金熔体的粘度提高到1.8～2.5mPas；
(3)锌蒸发发泡：对增粘后的含锌铝/铝合金熔体减压，使气压减小到低于锌蒸汽压500～1000Pa，将熔体中的锌蒸发成气体使铝/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所述的锌蒸发发泡制备泡沫铝/铝合金的方法，其特征是：在制备含锌的铝/铝合金熔体步骤中，熔化后应保温30min；在含锌的铝/铝合金熔体增粘步骤中，搅拌增粘时间为8～20分钟；在锌蒸发发泡步骤中，蒸发发泡时间为5～20min。
3.按权利要求2所述的锌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，锌蒸发发泡是在减压仓中进行。
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