CN103540785B - 一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法,是针对泡沫铝块体强度低、抗压能力差的情况,采用在泡沫铝块中填充镁铝金属间化合物,经加热熔炼、保温渗流施压、切割成型,制成镁铝金属间化合物增强泡沫铝块,增加了泡沫铝的抗压强度,保持了泡沫铝良好的吸能特性,在压缩率为10%~60%时,压缩强度提高了3.2倍,扩大了泡沫铝的应用范围,是十分理想的泡沫铝的增强方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法,属有色金属增强制备及应用的技术领域。
背景技术
孔型泡沫铝是一种有色金属合金,具有密度小、吸音隔热、抗冲击性能优良的特点,具有很好的应用价值,常在航空、航天、机械、电子领域得到应用;但是孔型泡沫铝强度低,耐磨性能差,使在工业上应用受到了很大的局限,为了使泡沫铝得到广泛应用,故必须改善其力学性能、增加强度。
泡沫铝的增强方法有多种形式,例如用高分子材料对泡沫铝进行填充,改变结构组成,提高强度和抗冲击性能;例如掺杂稀土元素,在泡沫铝基体中掺杂稀土元素,改善孔隙结构和增强本身的强度,但是这些方法均存在一些弊端和不足,达不到预期效果。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足,采用在孔型泡沫铝中填充压入镁铝金属间化合物,以提高泡沫铝的强度,扩大应用范围。
技术方案
使用的化学物质材料为:镁块、铝块、泡沫铝块、丙酮、磷酸、去离子水、氩气,其组合准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位
增强泡沫铝的方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度、浓度控制:
(2)制备开合式模具
制备使用的开合式模具为圆筒形,用不锈钢材料制作,圆筒型腔为Ф45mm×150mm,型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm;
(3)清洗泡沫铝块
①将泡沫铝块置于烧杯中,加入丙酮500mL±10mL,然后置于超声波清洗器内清洗,超声频率40KHz,清洗时间10min;
②将泡沫铝块置于另一烧杯中,加入磷酸500mL±5mL,然后置于超声波清洗器内清洗,超声频率40KHz,清洗时间10min;
清洗后晾干;
(4)熔炼镁铝金属间化合物
①清理清洁熔炼炉坩埚,用金属铲、金属刷清理熔炼炉坩埚,并用吸尘器抽吸炉内灰尘及有害物质,使坩埚洁净;
②将镁块17.72g±0.01g,铝块14.07g±0.01g,加入熔炼坩埚内;
③开启熔炼炉加热器,加热温度720℃±5℃,使镁块、铝块熔化,恒温、保温、搅拌20min,成镁铝金属间化合物熔液,备用;
(5)浇注、压制增强型泡沫铝
增强型泡沫铝的浇注、压制是在压力机上进行的,是在保温炉内、筒形模具内,在氩气底吹、施压状态下完成的;
①预热筒形模具及泡沫铝,预热温度300℃±5℃,预热时间30min;
②将筒型模具置于压力机的加热工作台上,将筒形模具下垫块内通入氩气底吹管;
③将泡沫铝装入筒形模具内的下垫块上;
④将熔炼好的镁铝金属间化合物熔液浇注至筒形模具内的泡沫铝块上;
⑤将上压头压至镁铝金属间化合物熔液上,并由压力机的压力杆、压力电机逐渐施压,施压压强10MPa,施压时间5min±1min;
⑥在浇注、施压过程中开启氩气底吹管,氩气吹入速度100cm3/min;
⑦在浇注、施压过程中开启保温炉,保温温度500℃±5℃;
⑧在浇注、施压过程中开启外水循环冷却管,进行恒温冷却;
⑨加热、恒温、保温、施压、氩气保护5min±1min,使泡沫铝浇注成型;然后停止施压、加热、氩气底吹,使浇注的泡沫铝自然冷却至25℃;
⑩升起压力机的压力杆、上压头,打开筒形模具,取出泡沫铝产物,即增强型泡沫铝;
(6)切制成型,周边打磨
将增强型泡沫铝用机械切制浇注平面及周边外形,使平面部及周边光滑平整;然后用砂纸打磨各部,使之光洁;
(7)检测、分析、表征
对制备的镁铝金属间化合物增强泡沫铝的形貌、色泽、力学性能进行检测、分析、表征;
用扫描电子显微镜进行显微组织分析;
用拉伸试验机进行力学性能分析;
用X射线衍射仪进行成分分析;
结论:镁铝金属间化合物增强泡沫铝为银灰色块状,泡沫铝孔型内填充了镁铝金属间化合物,泡沫铝保持了高应变率,压缩率为10%~60%时,压缩强度提高了3.2倍。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对泡沫铝强度低、耐磨性差的情况,采用在泡沫铝中填充镁铝金属间化合物的方法,经加热熔炼、保温施压渗流、切割成型,制成镁铝金属间化合物增强泡沫铝,增加了泡沫铝的强度,在压缩率为10%~60%时,压缩强度提高了3.2倍,扩大了泡沫铝的应用范围,是十分理想的泡沫铝的增强方法。
附图说明
图1为镁铝金属间化合物熔液渗流施压泡沫铝状态图
图2为泡沫铝填充金属间化合物前后对比图
图3为填充金属间化合物的泡沫铝X射线衍射图谱
图4为填充金属间化合物前后泡沫铝的应力应变曲线图
图中所示,附图标记清单如下:
1、压力电机,2、上横梁,3、压力传感器,4、压力杆,5、保温炉,6、外水循环冷却管,7、上压头,8、筒形模具,9、镁铝金属液,10、泡沫铝,11、下垫块,12、氩气瓶,13、加热工作台,14、底座,15、左立柱,16、右立柱,17、导线,18、氩气阀,19、压力电机调控器,20、温度调控器,21、电控柜,22、氩气底吹管,23、开合架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明:
图1所示,为镁铝金属间化合物熔液渗流施压泡沫铝状态图,各部位置、连接关系要正确,按量配比,按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫升、厘米3为计量单位。
镁铝金属间化合物熔液渗流泡沫铝是在压力机上进行的,是在筒形模具内,在加热保温、氩气底吹、施加压力的过程中完成的;
压力机为立式,压力机底部为底座14、底座14的左部设有立柱15、右部设有立柱16,在左右立柱的顶部为上横梁2;在底座14上部设有保温炉5,保温炉5外部由外水循环冷却管6环绕;在保温炉5内底部设有加热工作台13,在加热工作台13上部设有下垫块11,在下垫块11上部设有筒形模具8,在筒形模具8内底部置放泡沫铝10,在泡沫铝10上部为镁铝金属液9,镁铝金属液9上部由上压头7压住,上压头7上部由压力杆4压住,压力杆4上部设有压力传感器3,压力传感器3联接上横梁2上部的压力电机1;下垫块11内设有氩气底吹管22,氩气底吹管22联接氩气阀18、氩气瓶12,氩气底吹管22与筒形模具8内底部联通,并吹至泡沫铝10;在压力机的右部设有电控柜21,电控柜21上设有压力电机调控器19,温度调控器20,压力电机调控器19通过导线17与压力传感器3、压力电机1联接,温度调控器20通过导线17与保温炉5连接。
图2所示,为泡沫铝填充金属间化合物前后对比图,泡沫铝填充前为不规则孔形,填充金属间化合物后致密,无气孔。
图3所示,为填充金属间化合物的X射线衍射图谱,纵坐标为衍射强度,横坐标为衍射角,由图可见,填充物为单一成分,无杂相。
图4所示,为填充金属间化合物前后泡沫铝的应力应变曲线,填充金属间化合物后压缩率为10%~60%时,压缩强度提高3.2倍。
Claims (2)
1.一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法,其特征在于:
使用的化学物质材料为:镁块、铝块、泡沫铝块、丙酮、磷酸、去离子水、氩气,其组合准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位
增强泡沫铝的方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度、浓度控制:
(2)制备开合式模具
制备使用的开合式模具为圆筒形,用不锈钢材料制作,圆筒型腔为Ф45mm×150mm,型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm;
(3)清洗泡沫铝
①将泡沫铝块置于烧杯中,加入丙酮500mL±10mL,然后置于超声波清洗器内清洗,超声频率40kHz,清洗时间10min;
②将泡沫铝块置于另一烧杯中,加入磷酸500mL±5mL,然后置于超声波清洗器内清洗,超声频率40kHz,清洗时间10min;
清洗后晾干;
(4)熔炼镁铝金属间化合物
①清理清洁熔炼炉坩埚,用金属铲、金属刷清理熔炼炉坩埚,并用吸尘器抽吸炉内灰尘及有害物质,使坩埚洁净;
②将镁块17.72g±0.01g,铝块14.07g±0.01g,加入熔炼坩埚内;
③开启熔炼炉加热器,加热温度720℃±5℃,使镁块、铝块熔化,恒温、保温、搅拌20min,成镁铝金属间化合物熔液,备用;
(5)浇注、压制增强型泡沫铝
增强型泡沫铝的浇注、压制是在压力机上进行的,是在保温炉内、筒形模具内,在氩气底吹、施压状态下完成的;
①预热筒形模具及泡沫铝,预热温度300℃±5℃,预热时间30min;
②将筒型模具置于压力机的加热工作台上,将筒形模具下垫块内通入氩气底吹管;
③将泡沫铝装入筒形模具内的下垫块上;
④将熔炼好的镁铝金属间化合物熔液浇注至筒形模具内的泡沫铝块上;
⑤将上压头压至镁铝金属间化合物熔液上,并由压力机的压力杆、压力电机逐渐施压,施压压强10MPa,施压时间5min±1min;
⑥在浇注、施压过程中开启氩气底吹管,氩气吹入速度100cm3/min;
⑦在浇注、施压过程中开启保温炉,保温温度500℃±5℃;
⑧在浇注、施压过程中开启外水循环冷却管,进行恒温冷却;
⑨加热、恒温、保温、施压、氩气保护5min±1min,使泡沫铝浇注成型;然后停止施压、加热、氩气底吹,使浇注的泡沫铝自然冷却至25℃;
⑩升起压力机的压力杆、上压头,打开筒形模具,取出泡沫铝产物,即增强型泡沫铝;
(6)切制成型,周边打磨
将增强型泡沫铝用机械切制浇注平面及周边外形,使平面部及周边光滑平整;然后用砂纸打磨各部,使之光洁;
(7)检测、分析、表征
对制备的镁铝金属间化合物增强泡沫铝的形貌、色泽、力学性能进行检测、分析、表征;
用扫描电子显微镜进行显微组织分析;
用拉伸试验机进行力学性能分析;
用X射线衍射仪进行成分分析;
结论:镁铝金属间化合物增强泡沫铝为银灰色块状,泡沫铝孔型内填充了镁铝金属间化合物,泡沫铝保持了高应变率,压缩率为10%~60%时,压缩强度提高了3.2倍。
2.根据权利要求1所述的一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法,其特征在于:镁铝金属间化合物熔液渗流泡沫铝是在压力机上进行的,是在筒形模具内,在加热保温、氩气底吹、施加压力的过程中完成的;
压力机为立式,压力机底部为底座(14)、底座(14)的左部设有立柱(15)、右部设有立柱(16),在左右立柱的顶部为上横梁(2);在底座(14)上部设有保温炉(5),保温炉(5)外部由外水循环冷却管(6)环绕;在保温炉(5)内底部设有加热工作台(13),在加热工作台(13)上部设有下垫块(11),在下垫块(11)上部设有筒形模具(8),在筒形模具(8)内底部置放泡沫铝(10),在泡沫铝(10)上部为镁铝金属液(9),镁铝金属液(9)上部由上压头(7)压住,上压头(7)上部由压力杆(4)压住,压力杆(4)上部设有压力传感器(3),压力传感器(3)联接上横梁(2)上部的压力电机(1);下垫块(11)内设有氩气底吹管(22),氩气底吹管(22)联接氩气阀(18),氩气瓶(12),氩气底吹管(22)与筒形模具(8)内底部联通,并吹至泡沫铝(10);在压力机的右部设有电控柜(21),电控柜(21)上设有压力电机调控器(19),温度调控器(20),压力电机调控器(19)通过导线(17)与压力传感器(3)、压力电机(1)联接,温度调控器(20)通过导线(17)与保温炉(5)连接。
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