CN102296203B - 一种泡沫铝及泡沫铝合金的发泡剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种泡沫铝及泡沫铝合金的发泡剂和制备方法。属于泡沫铝及泡沫铝合金的制备技术领域。本发明发泡剂由生石灰和焦炭组成，其成分配比为生石灰20～40wt％，焦炭30～50wt％、余量锰矿。本发明提到的发泡剂制备泡沫铝及泡沫铝合金的步骤：(l)熔化过程：将铝合金锭放入坩埚，加热到680～720℃后恒温，直至其熔化；(2)增粘过程和发泡过程：向铝熔体中加入1.5～3%的发泡剂，并以1500～2000rpm的搅拌速度搅拌5min，使熔体粘度增加，同时使发泡剂在铝熔体中分布均匀；(3)保温过程：发泡剂混合均匀后，680～720℃恒温，保温5～10min；(4)冷却过程：泡沫铝形成后，使其在空气自然冷却或强制水冷。本发明的发泡剂成本低，经济有效，可替代TiH2类发泡剂。
Description
技术领域：本发明属于泡沫铝及泡沫铝合金的制备技术领域。
背景技术：
泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺制成的含有大量闭合空隙的铝基金属材料，同时兼有金属和气泡特征。特点是密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。可广泛应用于交通运输、建筑机械、电子通讯、航空航天、环境保护等多个领域。
从20世纪中叶开始，世界各国竞相投入到泡沫铝的研究与开发之中，经历50余年的研究发展，目前已形成多种制备泡沫铝的方法。针对闭孔泡沫铝来说常见的有熔体发泡法、粉末冶金法、注气发泡法。目前最具商业价值的泡沫铝制备工艺是熔体发泡法，可以生产大尺寸且具有规则孔洞结构的闭孔泡沫铝。但到目前为止, 鲜有大规格闭孔泡沫铝制品商业化应用的报道。存在的问题主要表现在:
(l)传统工艺大都采用TiH2等作为发泡剂及金属钙作为增粘剂，TiH2类发泡剂分解速度快的特点使得该法操作条件苛刻，成品率低;
(2)昂贵TiH2类发泡剂及金属钙的使用，也进一步提高了闭孔泡沫铝的制造成本;还有目前的间断式操作，大大降低了生产效率;
(3)基础理论研究薄弱，对制备工艺过程中裂纹、空腔等缺陷的产生以及气泡的形成、演化、稳定机制研究不够透彻，难以形成稳定的制备技术。
因此，开发可替代TiH2类发泡剂的新型材料意义重大。
发明内容:
本发明的目的设计一种经济、高效的发泡剂可替代TiH2类发泡剂及制备方法。
本发明发泡剂，其成分配比为生石灰20～40wt％，焦炭30～50wt％、余量锰矿。
本发明提到的发泡剂制备泡沫铝及泡沫铝合金方法的步骤:
(l)熔化过程:将铝合金锭放入坩锅，加热到680～720℃后恒温，直至其熔化;
(2)增粘过程和发泡过程:向铝熔体中加入上述的1.5~3%的发泡剂，并以1500～2000rpm的搅拌速度搅拌5～10min，使熔体粘度增加, 同时使发泡剂在铝熔体中分布均匀;
(3)保温过程:发泡剂混合均匀后，680～760℃恒温，保温5～10min。
(4)冷却过程:泡沫铝形成后，使其在空气自然冷却或强制水冷。
本发明的有益效果为：
1． 本发明的发泡剂成本低，经济有效。
2．本发明的泡沫铝发泡剂具有增稠和发泡的双重作用，减少了传统的制备步骤，将增粘过程和发泡过程同时进行，降低了生产成本。
3．发明的泡沫铝发泡剂的发泡原理是：
CaO+3C=CaC2+CO(1)
CO+O2=CO2(2)
其反应时间长，从而使得泡沫铝材制备过程中的各种条件(包括温度、时间及搅拌强度等)没有使用TiH2作发泡剂时的苛刻。
4． 本发明的增粘机理主要在于CaO和分解得到的CaC2固体微粒残留物使熔体的粘度增加。发泡剂产生的气体CO2气体可以与铝熔体发生反应形成许多细小的氧化物颗粒，增加熔体的粘度。
5． 本发明的泡沫铝及泡沫铝合金制备方法的保温过程是680～760℃恒温，保温5～10min。在该温度段中，反应平缓，产生气体均匀。740℃下制备的泡沫铝样品的孔隙率大于80%，其密度为0.12～0.24g/m3, 孔径为2~6mm。
6．本发明的泡沫铝发泡剂不仅是替代TiH2类发泡剂的新型材料，而且具有TiH2类发泡剂无法比拟的特点。本发明的特点：发泡剂价格低廉，经济有效; 减少了传统的制备步骤, 降低了生产成本; 发泡剂具有的增稠和发泡的双重作用增大了泡沫铝的孔隙率。
具体实施方式：
给出发明实施例，但不构成对本发明的任何限制：
实施例1：
一种泡沫铝及泡沫铝合金的发泡剂，其成分配比为生石灰20wt％，焦炭30wt％、余量锰矿。
(l)熔化过程：将纯铝，加热到680～720℃后恒温，直至其熔化;
(2)增粘过程和发泡过程:向铝熔体中加入1.5~3%的发泡剂，并以1500～2000rpm的搅拌速度搅拌5～10min，使熔体粘度增加, 同时使发泡剂在铝熔体中分布均匀;
(3)保温过程:发泡剂混合均匀后，680～760℃恒温，保温5～10min。
(4)冷却过程:泡沫铝形成后，使其在空气自然冷却或强制水冷。固定后成为泡沫铝。
实施例2：
一种泡沫铝及泡沫铝合金的发泡剂，其成分配比为生石灰40wt％，焦炭50wt％、余量锰矿。
(l) 熔化过程：铝镁合金，加热到680～720℃后恒温，直至其熔化;
(2)增粘过程和发泡过程:向铝熔体中加入1.5~3%的发泡剂，并以1500～2000rpm的搅拌速度搅拌5～10min，使熔体粘度增加, 同时使发泡剂在铝熔体中分布均匀;
(3)保温过程:发泡剂混合均匀后，680～760℃恒温，保温5～10min。
(4)冷却过程:泡沫铝形成后，使其在空气自然冷却或强制水冷。固定后成为泡沫铝镁合金。
实施例3：
一种泡沫铝及泡沫铝合金的发泡剂，其成分配比为生石灰30wt％，焦炭40wt％、余量锰矿。
(l) 熔化过程：将铝硅合金，加热到680～720℃后恒温，直至其熔化;
(2)增粘过程和发泡过程:向铝熔体中加入1.5~3%的发泡剂，并以1500～2000rpm的搅拌速度搅拌5～10min，使熔体粘度增加, 同时使发泡剂在铝熔体中分布均匀;
(3)保温过程:发泡剂混合均匀后，680～760℃恒温，保温5～10min。
(4)冷却过程:泡沫铝形成后，使其在空气自然冷却或强制水冷。固定后成为泡沫铝硅合金。
Claims (1)
1.一种泡沫铝及泡沫铝合金的发泡剂，其特征是其成分配比为生石灰20～40wt％，焦炭30～50wt％、余量锰矿。
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