CN102492866A

CN102492866A - 一种电磁搅拌与机械搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法

Info

Publication number: CN102492866A
Application number: CN2011103993722A
Authority: CN
Inventors: 郝海; 芦国强; 张兴国
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2012-06-13

Abstract

一种电磁搅拌与机械搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法，属于材料加工技术领域。其特征是称将纯铝在熔炼炉内熔化，在750～800℃温度下加入占熔体质量3～5％的增粘剂钙和占熔体质量0.5～1％的镁，并通过搅拌提高熔体的粘度达到发泡所需粘度；当熔体温度降至680℃时启动电磁搅拌和机械复合搅拌，将占熔体质量0.3～0.5％的发泡剂TiH2加入熔体中，通过复合搅拌使其分布均匀。复合搅拌进行30～120s后停止搅拌，将产品转移至保温炉中在650～700℃保温3～5分钟。最后将产品取出冷却得到闭孔泡沫铝。本发明的效果和益处是与现有技术相比，采用机械和电磁复合搅拌，制得的泡沫铝产品孔结构均匀性明显提高。

Description

一种电磁搅拌与机械搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，特别涉及一种电磁搅拌与机械搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法。

背景技术

泡沫铝能将多种优良性能结合在一起，例如低密度、高强度、低热导率、低磁导率和良好的阻尼性能，在结构材料和功能材料领域都能发挥重要的作用，具有广阔的应用前景。目前常用的制备方法有：

1、粉末冶金法：将发泡剂与金属粉末混合制成预制块，经过成型烧结使金属粉熔化、发泡剂分解得到多孔结构。该法成本较高，适合于铸造加工一些小零件，不适合大规模工业生产。

2、电解沉积法：它是以聚氨基甲酸乙脂发泡材料为骨架，进行电解沉积，然后加热去除有机发泡材料而制得。这种发泡材料昂贵，技术较复杂，应用有限。

3、渗流铸造法：将一定尺寸的固体颗粒(如溶盐、玻璃、陶瓷等)堆积在一起，然后使熔融的金属液在负压作用下注入到固体颗粒的缝隙中，冷却后通过烧结或者溶解将固体颗粒去除得到金属泡沫材料。这种方法生产的泡沫材料孔径的均匀性较好，但工艺复杂成本较高。

4、熔体发泡法：即直接向金属液中加入TiH₂、ZrH₂和CaCO₃等发泡剂并通过搅拌使其混合均匀，发泡剂受热分解出气体，冷却后形成泡沫状金属材料。该方法工艺简单，成本较低，适于工业化生产。

现有的熔体发泡发方法大多是采用机械搅拌，通过搅拌桨使熔体高速旋转，达到分散增粘剂和发泡剂的目的。在发泡过程中，由于采用单纯的机械搅拌，其搅拌力从熔体的中心向边缘逐渐降低，使得熔体边缘得不到充分搅拌，发泡剂无法混合均匀，因而制得的泡沫铝孔结构均匀性降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用电磁搅拌与电搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法，解决熔体发泡法制备闭孔泡沫铝过程中采用单纯机械搅拌熔体边缘得不到充分搅拌、发泡剂无法混合均匀、制得的泡沫铝孔结构均匀性较低的问题。

本发明采用如下技术方案：

a、熔炼工序：将纯铝在熔炼炉内熔化。

b、增粘工序：将步骤a所制得的熔体升温至750～800℃，在此温度下加入占熔体总质量3～5％的增粘剂金属钙和占铝熔体总质量为0.5～1％的金属镁，并通过搅拌提高熔体的粘度达到发泡所需粘度；

c、发泡工序：当步骤b制得的熔体温度降至680℃，此时启动电磁搅拌和机械复合搅拌。在复合搅拌作用下将占熔体总质量0.3～0.5％的发泡剂TiH₂加入至步骤b所制得的熔体中，通过复合搅拌使发泡剂在熔液中混合均匀；

d、保温工序：在复合搅拌进行30～120s后停止搅拌，并将步骤c所制得的产品转移至保温炉中，在650～700℃保温3～5分钟。

e、冷却工序：将达到预定保温时间的产品从保温炉中取出，在空气中冷却。

上述的发泡剂TiH₂的粒度为300±50目，在300±10℃下保温2小时，在TiH₂颗粒生成一层氧化物膜，减缓其分解速度。上述电磁搅拌采用行波或螺旋磁场两种形式，搅拌电流范围为100～200A，搅拌频率范围为10～25Hz。

本发明的效果和益处是：由于单独机械搅拌时熔体中心的搅拌力度大、边缘搅拌力度小，而电磁搅拌时熔体搅拌力分布恰恰与此相反，因而二者复合作用后搅拌力场更均匀、搅拌效果更好。与现有技术相比采用本方法制得的闭孔泡沫铝产品孔结构均匀性明显提高。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例一：

根据实际生产要求称取一定量纯铝加热至熔化并在750℃保温。待温度均匀稳定后，加入的占熔体质量分数3％的增粘剂金属钙和占熔体质量分数0.5％的金属镁，同时采用单独机械搅拌，在1000转/分钟的搅拌速度下搅拌10分钟提高熔体粘度。待增粘后的熔体温度降至680℃时，同时启动电磁搅拌和机械搅拌(电磁搅拌参数：螺旋磁场，搅拌频率为15Hz，搅拌电流为100A；机械搅拌参数：搅拌速度1000转/分钟)，在复合搅拌作用下加入占熔体总量质量分数0.5％的发泡剂TiH₂，并复合搅拌作用30s。随后停止搅拌将发泡后的产品转移至保温炉在700℃保温1分钟，使发泡剂继续发泡。最后取出产品在空气中冷却就得到了孔结构均匀的闭孔泡沫铝。

实施例二：

根据实际生产要求称取一定量纯铝加热至熔化并在750℃保温。待温度均匀稳定后，加入的占熔体质量分数3.5％的增粘剂金属钙和占熔体质量分数0.5％的金属镁，同时采用单独机械搅拌，在1000转/分钟的搅拌速度下搅拌10分钟提高熔体粘度。待增粘后的熔体温度降至680℃时，同时启动电磁搅拌和机械搅拌(电磁搅拌参数：行波磁场，搅拌频率为20Hz，搅拌电流为100A；机械搅拌参数：搅拌速度1000转/分钟)，在复合搅拌作用下加入占熔体总量质量分数0.3％的发泡剂TiH₂，并复合搅拌作用30s。随后停止搅拌将发泡后的产品转移至保温炉在700℃保温1分钟，使发泡剂继续发泡。最后取出产品在空气中冷却就得到了孔结构均匀的闭孔泡沫铝。

通过上述实验值得的泡沫铝性能如下：

孔隙率：70-80％，

平均单孔直径：2mm，

最大孔径与最小孔径之差：1.5mm。

Claims

1.一种电磁搅拌与机械搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法，其特征如下：

a、熔炼工序：将纯铝在熔炼炉内熔化；

b、增粘工序：将步骤a所制得的铝熔体升温至750～800℃，在此温度下加入占熔体总质量3～5％的增粘剂金属钙和占铝熔体总质量为0.5～1％的金属镁，并通过搅拌提高熔体的粘度达到发泡所需粘度；

c、发泡工序：当步骤b制得的熔体温度降至680℃，此时启动电磁搅拌和机械复合搅拌，在复合搅拌作用下将占熔体总质量0.3～0.5％的发泡剂TiH₂加入至步骤b所制得的熔体中，通过复合搅拌使发泡剂在熔液中混合均匀；

d、保温工序：在复合搅拌进行30～120s后停止搅拌，并将步骤c所制得的产品转移至保温炉中，在650～700℃保温3～5分钟；

e、冷却工序：将达到预定保温时间的产品从保温炉中取出在空气中冷却。

2.根据权利要求1所述的一种电磁搅拌与机械搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法，其特征在于，发泡剂TiH₂的粒度为300±50目，在300±10℃下保温2小时。

3.根据权利要求1或2所述的一种电磁搅拌与机械搅拌复合作用的闭孔泡沫铝制备方法，其特征在于，电磁搅拌采用行波或螺旋磁场两种形式，搅拌电流范围为100～200A，搅拌频率范围为10～25Hz。