CN102787251B - 一种通孔泡沫铝的连续生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种通孔泡沫铝的连续生产方法，具体为：将铝及铝合金板箔材的边角料剪裁，做成短管，然后将短管随机堆积，在保护气氛下通过热压成型让短管相互连接，从而制作成通孔泡沫铝；由于短管本身中空，加上短管与短管之间的孔隙，使最终获得的泡沫铝可以获得较高的孔隙率；同时，短管本身的孔隙与短管之间的孔隙相互连通，有利于获得通孔泡沫铝。

Description

一种通孔泡沫铝的连续生产方法

技术领域

本发明涉及通孔泡沫铝生产方法，具体而言为涉及一种利用铝及铝合金边角料连续生产通孔泡沫铝的方法。

背景技术

多孔泡沫金属是由金属基体和气体(气孔)组成的结构功能一体化的金属材料，在消声、减震、催化载体、屏蔽防护、吸能缓冲等高新技术领域得到了广泛应用，泡沫铝是其中重要的一种；由于泡沫铝中存在尺寸不同的孔隙，因此它与铝相比密度较小，约为铝的十分之一，在0.2~0.5g/cm3。泡沫铝质轻、隔音、阻燃，又有很强的吸能本领和电磁屏蔽作用，因此受到国防工业部门的高度重视；由于泡沫铝在韧性和热导率方面的优势，所以泡沫铝常用作催化载体材料，目前已提出的泡沫铝制备工艺较多，主要可分为液态金属凝固法、固态金属烧结法及沉积法等三类。现已开发出的具有工业价值的生产工艺，如熔体发泡法、渗流铸造法、粉末冶金发泡法、电化学沉积法、粉末冶金法等，在实际生产中应用较广泛；熔体发泡法获得的泡沫铝孔洞间相互独立，一般称为闭孔泡沫铝；而后几种方法获得的泡沫铝孔洞往往相互连通，因此称为通孔泡沫铝。

熔体发泡法是当前生产泡沫铝较普遍采用的方法，其基本原理是将某种发泡剂加入熔融的铝或铝合金中，发泡剂受热在高温下分解，释放出气体，滞留于熔体中，凝固后成为泡沫金属，该方法生产出的泡沫铝孔洞间相互独立可用作吸音缓冲材料，但其缺点是气孔分布均匀性差，加入发泡剂到发泡结束的时间间隔短，操作上困难，温度控制不易掌握。

渗流铸造法是将 NaCl 堆积在铸模中压制成，经预热后浇注金属，然后将颗粒去除，制备出通孔的泡沫结构；该工艺的关键是合理选择和搭配粒子的预热温度、铝液浇注温度和冲型压力这3个工艺参数，其中对粒子预热温度的控制尤其重要，粉末冶金发泡法是德国 Fraunhofer 应用材料研究所发明的，工艺原理是将混合铝粉与发泡剂粉，经压缩得到具有气密结构的预制体，加热预制体使发泡剂分解释放出气体，迫使预制体膨胀得到泡沫铝，该工艺稳定可控，可制备泡沫铝异型件及其复合结构，能满足交通运输、航空、航天和军工等领域的需求，已成为当前泡沫铝研究中的热点方向，电化学沉积法是采用电镀工艺来制备泡沫金属材料的，其工艺流程是：首先将泡沫塑料进行预处理，即粗化、敏化、活化、解胶或还原，然后以预处理过的泡沫塑料为阴极，工业纯铝板为阳极，在烷基铝溶液中电镀制成以泡沫塑料为衬底的泡沫铝，然后将制得产品进行后处理，后处理一般采用化学或预热的方法将泡沫塑料去除，最终得到泡沫铝材料，采用电沉积法生产的泡沫铝具有孔洞分布均匀、孔径小、孔隙率高的特点，且其隔热和阻尼特性优于铸造法生产的泡沫铝，烧结法是将粉末颗粒体——空心金属珠或金属纤维与粘结剂混合后压制成形，再经烧结而成，所制的材料孔洞相互贯通，分布均匀，但孔隙度小，成本较高，难以在实际中推广应用。

随着我国对循环经济的日益重视，废铝的回收利用越来越受到人们的关注，我国是铝制品的生产和消费大国，巨大的废铝资源等待再生利用，而目前我国废铝的回收效益不高、回收困难，造成废铝的回收利用率低下，铝资源浪费严重，与此同时，泡沫铝的优异性能使其在结构材料和功能材料方面有着广泛的应用前景，但目前泡沫铝的各种制备方法存在着成本高、效率低等不利因素，造成了泡沫铝的应用不能广泛推广，因此，覃国平等人（科技创新导报，2010年第16期）针对废铝回收再生，探讨利用吹气法制备小孔径泡沫铝的可行性，试图为泡沫铝在国内的规模化工业生产提供指导，然而，该方法中的需要将废铝重新熔化，能量消耗比较大，目前还没有实际制备和生产的报道，而且，该方法生产的是闭孔泡沫铝，不适用通孔泡沫铝的生产，另外，总体来看，现有的泡沫铝生产还难以实现大尺寸（如幅面500mm以上）的批量生产，其中关键的技术难点是：1）如何保证孔隙率可控；2）如何提高大尺寸泡沫铝的生产效率。

发明内容

本发明提出一种通孔泡沫铝的连续生产方法，具体为：将铝及铝合金板箔材的边角料剪裁，做成短管，然后将短管随机堆积，在保护气氛下通过热压成型让短管相互连接，从而制作成通孔泡沫铝；由于短管本身中空，加上短管与短管之间的孔隙，使最终获得的泡沫铝可以获得较高的孔隙率；同时，短管本身的孔隙与短管之间的孔隙相互连通，有利于获得通孔泡沫铝。

一种通孔泡沫铝的连续生产方法，其特征在于：将经过脱脂和除锈的铝或铝合金板箔材边角料剪裁成条带，在压力作用下通过模具把两片条带压成两半圆管，将两半圆管从接头处机械压合成短管，或者直接卷制成短管并在接头处压合，然后将短管随机堆积，在保护气氛下通过热压成型让圆管相互连接制作成通孔泡沫铝。

所涉及的脱脂和除锈的铝及铝合金板箔材边角料，是指采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度在0.05~1.5mm的铝或铝合金板箔材边角料进行常规脱脂和除锈处理，然后通过热空气或者氮气进行干燥获得的材料。

所涉及的剪裁成条带，是指通过机械剪切将铝或铝合金板箔材边角料剪裁成宽1.5~4.0mm的条带。

所涉及的模具，是指由可活动的两半内圆柱面模具与固定的圆柱体组成的模具，内圆柱面与圆柱体的直径相等，直径范围在1.0~5.0mm，圆柱体上设有能上下移动的与圆柱体贴合的圆管，用于顶出压合而成的短管。

所涉及的将两半圆管从接头处机械压合成短管，是指将两半圆管贴合在圆柱体上，外加两半内圆柱面模具，采用机械咬合装置，将两半圆管的端部留出的0.5~1.0mm宽的铝带压合，使两半圆管组合成短管，拿掉两半内圆柱面模具，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管。

所涉及的直接卷制成短管并接头处压合，是指由可移动的挤压块将铝或铝合金条带的端部压紧在能旋转的圆柱体上，圆柱体直径为1.0~5.0mm，通过圆柱体旋转，将铝及铝合金条带卷制成管状，然后采用机械咬合装置圆管端部0.5~1.0mm宽的铝带重合部分压合，从而形成短管，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管。

所涉及的保护气氛，是指采用氮气和氢气形成的混合保护性气体，氢气是氮气

体积分数的0.2~0.5%。

所涉及的热压成型，是指通过加压装置，将加热到600~650℃的铝短管或者加热到530~580℃的铝合金短管在10~50MPa的压应力下保持20~30min。

本发明提出的方法，能充分利用铝及铝合金边角料，适合于连续生产，方便生产不同尺寸规格要求的泡沫铝材料，且泡沫铝强度高；同时，根据铝及铝合金板箔材的厚度和形成的短管的直径，泡沫铝孔隙率在50%~90%范围内可控，板箔材厚度越小，短管直径越大，泡沫铝孔隙率越高。

附图说明

图1为用于压合两半圆管的模具示意图，图中1、4为半内圆柱面模具，2为固定的圆柱体，3为能上下移动的圆管；

图2为用于卷制圆管的装置示意图，图中1为可移动的挤压块，2为可旋转的圆柱体，3为能上下移动的圆管；

图3为采用本发明的方法制作的泡沫铝照片。

具体实施方式

本发明可以根据以下实例实施，但不限于以下实例，在本发明中所使用的术语，除非有另外的说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围，在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。

实施例1

采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度为0.05mm的铝箔材边角料进行脱脂和除锈处理，然后通过热空气进行干燥；将经过脱脂和除锈的铝箔材剪裁成1.5mm宽的条带，在压力作用下由可活动的两半内圆柱面模具与固定的圆柱体组成的模具系统，其直径均为3.0mm，圆柱体上设有能上下移动的与圆柱体贴合的圆管；采用机械咬合装置，将两半圆管的端部留出的0.5mm宽的铝带压合，使两半圆管组合成短管，拿掉两半内圆柱面模具，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；采用加体积分数0.5%氢气的氮气作为保护性气体，通过加压装置将加热到600℃的铝短管在10MPa的压应力下保持30min。图1为所制作的厚度为20mm的通孔泡沫铝的照片；测量表明，该泡沫铝的孔隙率为90%。

实施例2

采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度为0.3mm的铝箔材边角料进行脱脂和除锈处理，然后通过热空气进行干燥；将经过脱脂和除锈的铝箔材剪裁成2.5mm宽的条带，在压力作用下由可活动的两半内圆柱面模具与固定的圆柱体组成的模具系统，其直径均为1.0mm，圆柱体上设有能上下移动的与圆柱体贴合的圆管；采用机械咬合装置，将两半圆管的端部留出的0.8mm宽的铝带压合，使两半圆管组合成短管，拿掉两半内圆柱面模具，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；采用加体积分数0.3%氢气的氮气作为保护性气体，通过加压装置将加热到630℃的铝短管在30MPa的压应力下保持25min；测量表明，该泡沫铝的孔隙率为70%。

实施例3

采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度为1.5mm的铝合金带材边角料进行脱脂和除锈处理，然后通过热空气进行干燥；将经过脱脂和除锈的铝合金带材剪裁成4.0mm宽的条带，在压力作用下由可活动的两半内圆柱面模具与固定的圆柱体组成的模具系统，其直径均为5.0mm，圆柱体上设有能上下移动的与圆柱体贴合的圆管，采用机械咬合装置，将两半圆管的端部留出的1.0mm宽的铝带压合，使两半圆管组合成短管，拿掉两半内圆柱面模具，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；采用加体积分数0.2%氢气的氮气作为保护性气体，通过加压装置将加热到530℃的铝合金短管在50MPa的压应力下保持20min；测量表明，该泡沫铝的孔隙率为50%。

实施例4

采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度为0.1mm的铝箔材边角料进行脱脂和除锈处理，然后通过热空气进行干燥；将经过脱脂和除锈的铝箔材剪裁成1.5mm宽的条带，由可移动的挤压块将铝合金条带的端部压紧在可旋转的圆柱体上，圆柱体直径为1.5mm，通过圆柱体旋转，将的铝及铝合金条带卷制成管状，然后采用机械咬合装置圆管端部约1.0mm宽的铝带重合部分压合，从而形成短管，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；采用加体积分数0.3%的氢气的氮气作为保护性气体，通过加压装置将加热到630℃的铝短管在40MPa的压应力下保持25min；测量表明，该泡沫铝的孔隙率为80%。

实施例5

采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度为0.8mm的铝带材边角料进行脱脂和除锈处理，然后通过热空气进行干燥；将经过脱脂和除锈的铝带材剪裁成3.5mm宽的条带，由可移动的挤压块将铝合金条带的端部压紧在可旋转的圆柱体上，圆柱体直径为3.5mm，通过圆柱体旋转，将的铝及铝合金条带卷制成管状，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；然后采用机械咬合装置圆管端部约0.7mm宽的铝带重合部分压合，从而形成短管；采用加体积分数0.5%的氢气的氮气作为保护性气体，通过加压装置将加热到600℃的铝短管在50MPa的压应力下保持20min；测量表明，该泡沫铝的孔隙率为65%。

实施例6

采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度为1.0mm的铝合金带材边角料进行脱脂和除锈处理，然后通过热空气进行干燥；将经过脱脂和除锈的铝铝合金带材剪裁成3.5mm宽的条带，由可移动的挤压块将铝合金条带的端部压紧在可旋转的圆柱体上，圆柱体直径为4.0mm，通过圆柱体旋转，将的铝及铝合金条带卷制成管状，然后采用机械咬合装置圆管端部约1.0mm宽的铝带重合部分压合，从而形成短管；再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；采用加体积分数0.3%的氢气的氮气作为保护性气体，通过加压装置将加热到580℃的铝短管在30MPa的压应力下保持30min；测量表明，该泡沫铝的孔隙率为67%。

Claims (5)

1.一种通孔泡沫铝的连续生产方法，其特征在于：将经过脱脂和除锈的铝或铝合金板箔材边角料剪裁成条带，在压力作用下通过模具把两片条带压成两半圆管，将两半圆管从接头处机械压合成短管，或者直接卷制成短管并在接头处压合，然后将短管随机堆积，在保护气氛下通过热压成型让圆管相互连接制作成通孔泡沫铝；

所涉及的将两半圆管从接头处机械压合成短管，是指将两半圆管贴合在圆柱体上，外加两半内圆柱面模具，采用机械咬合装置，将两半圆管的端部留出的0.5~1.0mm宽的铝带压合，使两半圆管组合成短管，拿掉两半内圆柱面模具，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；

所涉及的直接卷制成短管并接头处压合，是指由可移动的挤压块将铝或铝合金条带的端部压紧在能旋转的圆柱体上，圆柱体直径为1.0~5.0mm，通过圆柱体旋转，将铝及铝合金条带卷制成管状，然后采用机械咬合装置圆管端部0.5~1.0mm宽的铝带重合部分压合，从而形成短管，再用能上下移动的与圆柱体贴合的圆管顶出短管；

所涉及的热压成型，是指通过加压装置，将加热到600~650℃的铝短管或者加热到530~580℃的铝合金短管在10~50MPa的压应力下保持20~30min。

2.如权利要求1所述的一种通孔泡沫铝的连续生产方法，其特征在于：所涉及的脱脂和除锈的铝及铝合金板箔材边角料，是指采用清洁剂清洗与表面机械打磨相结合的方式对厚度在0.05~1.5mm的铝或铝合金板箔材边角料进行常规脱脂和除锈处理，然后通过热空气或者氮气进行干燥获得的材料。

3.如权利要求1所述的一种通孔泡沫铝的连续生产方法，其特征在于：所涉及的剪裁成条带，是指通过机械剪切将铝或铝合金板箔材边角料剪裁成宽1.5~4.0mm的条带。

4.如权利要求1所述的一种通孔泡沫铝的连续生产方法，其特征在于：所涉及的模具，是指由可活动的两半内圆柱面模具与固定的圆柱体组成的模具，内圆柱面与圆柱体的直径相等，直径范围在1.0~5.0mm，圆柱体上设有能上下移动的与圆柱体贴合的圆管，用于顶出压合而成的短管。

5.如权利要求1所述的一种通孔泡沫铝的连续生产方法，其特征在于：所涉及的保护气氛，是指采用氮气和氢气形成的混合保护性气体，氢气是氮气体积分数的0.2~0.5%。

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