CN103343256A - 球形孔通孔泡沫铝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球形孔通孔泡沫铝的制备方法。包括：步骤一，选用球形氯化钙颗粒作为预制体材料，经筛网筛分，获得尺寸均匀的不同粒径的球形氯化钙颗粒；步骤二，将筛分出的球形氯化钙颗粒装到模具内，先在260℃-350℃预热20分钟-60分钟，后将温度调到580℃-650℃加热，同时对颗粒加压，加热时间和加压根据产品的孔隙率要求设定；步骤三，将金属铝升温至680℃-740℃，熔化成铝液后浇注到模具内，然后施压将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；本方法制备的泡沫铝具有孔形状可控制（球形），孔径尺寸可调，孔隙率可根据使用要求进行设计，性能稳定、工艺简单，利于产业化。
Description
技术领域：
本发明涉及一种球形孔通孔泡沫铝的制备方法。
背景技术：
多孔泡沫铝是一种结构功能一体化的材料，具有较高的比强度、比刚度，很好的能量吸收特性、阻尼性能、吸声性能，因而在交通运输、航空航天、机械、包装等行业具有广泛的用途。
多孔泡沫铝可分为通孔泡沫铝（亦称开孔泡沫铝）和闭孔泡沫铝两大类。按孔的形状多孔泡沫铝可分为：球形、正多面体形和多角形孔。目前通孔泡沫铝中最常见的孔形状为不规则的多角形，其工艺过程为使用多角形的颗粒（一般为氯化钠颗粒）为预制体材料，最终获得以不规则的多角形孔为特征的通孔泡沫铝，其内部结构非常复杂，性能的可重复性和可再现性有待提高，导致材料在实际服役时稳定性不高。因此，开发孔形状规则、性能稳定的通孔泡沫铝及相应的制备技术对其实际应用是非常必要的。球形孔通孔泡沫铝的主要工艺为渗流法，其过程为：先将球形颗粒制成多孔预制体。将金属液施以一定压力，使其浸渗到多孔预制体内，待凝固后将颗粒去除，即获得孔洞三维贯通的泡沫金属。其中，球形颗粒多孔预制体的制成是其关键性工艺之一。目前，球形颗粒预制体主要有两种制作方法，一种是常用方法，即采用多角形氯化钠颗粒作为原材料，将多角形的氯化钠颗粒进行球化处理，然后制成多孔预制体。例如在《铸造设备研究》期刊上发表于2003年第2期名为《粒子外形对泡沫铝合金的影响》的论文，采用了涂覆方法、表面熔融法和重熔再结晶工艺使多角形的氯化钠颗粒的外形趋于圆形。中国专利公开(告)号为CN102146532A，公开(告)日为2011年8月10日，发明创造名称为《复合型球形孔多孔铝的制备方法》，其制备球形氯化钠颗粒的步骤为先用球磨机把盐粉碎进行筛分，然后将氯化钠颗粒放到底面粗糙的盘子里，边摇边喷水，即得到球形氯化钠颗粒。最后放在模具中形成球形颗粒多孔预制体。另外一种是金属（铅或锌）球烧结成形。例如，中国专利公开(告)号为CN101182606A，公开(告)日为2008年5月21日，发明创造名称为一种通孔泡沫铝的制备方法。其步骤为采用熔点低于铝或铝合金的金属铅或锌球经混合烧结获得预制体。
发明内容
本发明的目的是要提供一种球形孔通孔泡沫铝的制备方法。具有经济实用、工艺简单、不污染环境的特点，可实现工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
所述的球形孔通孔泡沫铝的制备方法包括如下步骤：
步骤一，选用球形氯化钙颗粒作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，获得尺寸较为均匀的不同粒径的球形氯化钙；
步骤二，将筛分出的合适尺寸的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃预热20分钟-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热，同时在颗粒上施加压力，加热时间和施加的压力可根据对产品孔隙率的要求而定；
步骤三，将金属铝升温至680-740℃，熔化成铝液，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，用水溶除内部的球形氯化钙颗粒，即得到球形孔通孔泡沫铝。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、常规方法制备出的泡沫铝一般为多角形孔，孔的形状不规则。采用本发明制备的泡沫铝孔形状为球形，因此，性能的可重复性和再现性好，使用的可靠性好，便于泡沫铝在不同工业用途中的选用和设计。
2、本发明采用的球形氯化钙是一种工业制品，成本低易得，常用作干燥、融雪和除尘使用。20℃时在水中的溶解度为74.5克，大大超过氯化钠的溶解度（20℃时溶解度为36克），因此，与目前工业上生产泡沫铝常用的氯化钠颗粒相比，在生产泡沫铝时氯化钙颗粒更易用水溶解去除。而且可减少氯化钠颗粒或其他盐颗粒加工成球形的工艺步骤，提高劳动生产率。附图说明
图1为使用本发明所述方法制备的孔径为3.5mm左右的球形孔通孔泡沫铝。
图2为使用本发明所述方法制备的不同相对密度的球形孔通孔泡沫铝（孔径为1mm左右）的压缩应力-应变曲线。从图中可以看出，球形孔泡沫铝呈现典型的塑性泡沫特征。并且当泡沫铝的相对密度相近（即孔隙率相近）时，球形孔泡沫铝的性能（曲线1和2，曲线3和4，曲线5和6）也很相近。特别是图中的曲线3和曲线4，二者的相对密度仅差0.002（即孔隙率相差0.2%），曲线的形状和同一应变下的应力水平几乎相同。这说明使用本发明所述方法制备的球形孔通孔泡沫铝的压缩性能稳定，具有很好的可重复性。
具体实施方式
实施例一：
步骤一，选用球形氯化钙作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，选取粒径在0.3mm的球形氯化钙待用；
步骤二，粒径为0.3mm的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃左右预热20分钟-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热，同时在颗粒上施加压力；
步骤二，将金属铝及铝合金材料升温至680-740℃，熔化成液态，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加10MPa压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，用水溶除球形氯化钙颗粒，即得到球形孔通孔泡沫铝。
实施例二：
步骤一，选用球形氯化钙作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，选取粒径在1mm的球形氯化钙待用。
步骤二，粒径为1mm的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃预热20分钟-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热，同时在颗粒上施加压力。
步骤三，将金属铝及铝合金材料升温至680-740℃，熔化成液态，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加8MPa压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，用水溶除球形氯化钙颗粒，即得到球形孔通孔泡沫铝。
实施例三：
步骤一，选用球形氯化钙作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，选取粒径在5mm的球形氯化钙待用；
步骤二，粒径为5mm的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃左右预热20分钟-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热，同时在颗粒上施加压力。
步骤三，将金属铝及铝合金材料升温至680-740℃，熔化成液态，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加4MPa压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，用水溶除球形氯化钙颗粒，即得到球形孔通孔泡沫铝。
实施例四：
步骤一，选用球形氯化钙作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，选取粒径在9mm的球形氯化钙待用。
步骤二，粒径为9mm的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃预热20分钟-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热，同时在颗粒上施加压力。
步骤三，将金属铝及铝合金材料升温至680-740℃，熔化成液态，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加1MPa压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，用水溶除球形氯化钙颗粒，即得到球形孔通孔泡沫铝。
实施例五：
步骤一，选用球形氯化钙作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，选取粒径在12mm的球形氯化钙待用；
步骤二，粒径为12mm的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃左右预热20分钟-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热1小时，同时在颗粒上施加压力；
步骤三，将金属铝及铝合金材料升温至680-740℃，熔化成液态，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加0.5MPa压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，用水溶除球形氯化钙颗粒，即得到球形孔通孔泡沫铝。
实施例六：
步骤一，选用球形氯化钙作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，选取粒径在15mm的球形氯化钙待用；
步骤二，粒径为15mm的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃左右预热20分钟-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热，同时在颗粒上施加压力；
步骤三，将金属铝及铝合金材料升温至680-740℃，熔化成液态，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加0.1MPa压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，用水溶除球形氯化钙颗粒，即得到球形孔通孔泡沫铝。
Claims (3)
1.一种球形孔通孔泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，选用球形氯化钙作为预制体材料，将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，获得尺寸均匀的不同粒径的球形氯化钙；
步骤二，将筛分出的合适尺寸的球形氯化钙颗粒装到模具内，首先在260℃-350℃预热20-60分钟，然后将温度调到580℃-650℃，在此温度下加热，同时在颗粒上施加压力，加热时间和施加的压力根据产品的孔隙率要求设定；
步骤三，将金属铝升温至680-740℃，熔化成铝液，把铝液浇注到装有氯化钙颗粒的模具内，然后施加压力将铝液压入氯化钙颗粒预制体中，形成铝-氯化钙复合体；
步骤四，待复合体凝固后，将其中的球形氯化钙颗粒用水溶去，即得到球形孔通孔泡沫铝。
2.根据权利要求1所述的一种球形孔通孔泡沫铝的制备方法，其特征在于：
所述球形氯化钙粒径为0.3mm-15mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种球形孔通孔泡沫铝的制备方法，其特征在于：
步骤二中所述在颗粒上施加压力为0.1-10MPa。
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