CN104942269B - 一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置及发泡工艺 - Google Patents

Abstract

一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置，包括一个具有发泡容腔的模具箱，模具箱常设计成上大下小的圆台或四棱台敞口空腔结构，模具箱配套有各种尺寸规格的加压盖板，加压盖板中心位置连接液压活塞杆，加压盖板四周边缘设置有密封圈，加压盖板上还设置有电加热装置和一个或多个排气阀，模具箱体置于保温室内，防止熔体过快凝固；在模具箱外壁上设有冷却管道，在需要的时候对熔体进行冷却处理。本发明设备结构简单，设计新颖，采用加压冷却使熔体降温到半固态增稠后再自然发泡或减压发泡，避免气泡上浮，能够保持发泡熔体密度的上下一致性，确保发泡均匀，提高产品合格率，克服了传统熔体发泡法发泡不均匀的问题。

Description

一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置及发泡工艺

技术领域

本发明涉及泡沫铝加工技术领域，具体涉及一种提高泡沫铝发泡均匀度的工艺及专用增压发泡模具。

背景技术

泡沫金属是一种新型多用途材料，常用多孔金属材料的材质有青铜、镍、钛、铝、不锈钢，以及其他金属和合金，在所有多孔金属材料中受到特别重视的是泡沫铝。现代工艺技术的发展，使得泡沫铝的制备技术日趋完善，制造成本不断降低。以泡沫铝为代表的泡沫金属是近年来发展较快的一种新型功能结构材料，它具有优良的机械阻尼、消声降噪、吸能、电磁屏蔽等功能，而且质轻、坚固、耐热、美观，在国民经济建设和国防高科技等诸多领域有着广泛的应用前景，已成为当今世界材料科学研究的重要内容之一。

泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料，它兼有连续金属相和分散空气相的特点。按孔结构划分，泡沫铝通常可分为胞状铝(闭孔泡沫铝)和多孔铝(通孔泡沫铝)两类，前者孔隙率在80％以上，孔径一般为中2mm-5mm，各孔互不相通；后者的孔隙率在60％-75％，孔径一股为中0.8mm-2mm，各孔相互连通。泡沫铝以其独特的结构而具有许多优异的性能，它不仅具有多孔材料所具有的轻质特性，还具有金属所具有的优良的力学性能和热、电等物理性能，如渗透、阻尼、能量吸收、高比表面积、电磁屏蔽等性能。现在，泡沫铝的应用主要有：防火和吸音板、冲击能量吸收材料、建筑板、半导体气体扩散盘、热交换器、电磁屏蔽物等方面。也可用于冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域，应用范围不断扩大。

制备泡沫铝的方法有多种，根据制备过程中铝的状态可以分为三大类：液相法、固相法和电沉积法。液相法是通过液态铝产生泡沫结构，可在铝液中直接发泡，也可用高分子泡沫或紧密堆积的造孔剂铸造来得到多孔材料。固相法是用铝粉末代替液态铝同样可制得多孔材料，因为大部分固相法通过烧结使铝颗粒互相联结，铝始终保持在固态，所以此法生产的泡沫铝多数具有通孔结构。电沉积法是以泡沫塑料为基底，经导电化处理后，电沉积铝制成，可通过浸涂导电胶或化学镀膜等方法使泡沫塑料导电。用电沉积法生产的泡沫铝具有孔径小，孔隙均匀，孔隙率高等特点，其隔热性能和阻尼特性优于铸造法生产的泡沫铝。

其中，液相法中的熔体发泡法制备泡沫铝的基本原理为：将发泡剂加入熔融的铝或铝合金当中，发泡剂受热在高温下分解并释放出气体，气体滞留于金属熔体中，凝固后成为泡沫金属。但传统的熔体发泡法在发泡过程中，发泡剂产生的气孔上浮，熔体上部气孔多，下部气孔少，导致泡沫铝发泡不均匀，合格率较低。为了改变这种气孔上浮的方式，部分研究人员采用加入粘稠剂的方式，来提高熔体粘稠度，控制气泡上浮，但实际应用过程中发现，由于粘稠剂不能添加过多，添加粘稠剂后的熔体在凝固前流动性依然很大，导致气泡仍然会上浮，造成熔体发泡上下不均匀，下面气泡少密度大，上面气泡多密度小，产品合格率差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种制造方便，质量稳定可靠的提高泡沫铝发泡均匀度的工艺。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置，其特征在于，包括一个具有发泡容腔的模具箱，为便于开模，所述模具箱常设计成上大下小的圆台或四棱台敞口空腔结构，所述模具箱配套有各种尺寸规格的加压盖板(可以根据发泡体多少选用相应规格的盖板，使加压盖板能对模具箱内部形成还很好的密封)，所述加压盖板中心位置连接液压活塞杆，所述加压盖板四周边缘设置有密封圈，加压盖板上还设置有电加热装置和一个或多个排气阀，排气阀中的悬吊式活塞阀能够保证排气结束自动闭合阀门，该模具箱的盖板结构可对尚未发泡的发泡体及时密封和加压，便于控制减缓气泡膨胀速度，为发泡体冷却降温提供时间，当温度降低到发泡体由液态流体接近半固态时，启动盖板加热装置，使盖板接触的发泡体表面迅速二次熔化，收缩液压活塞杆撤除压力，取出加压盖板，让发泡体自然膨胀，此时气泡上浮力小于气泡上行受到的半固态粘稠阻力，难以上行，从而保证了发泡的上下均匀一致；模具箱体要置于保温室内，保温室内壁设有电加热装置，保证室内温度恒定在规定区间，防止熔体过快凝固；在模具箱外壁上设有冷却管道，在需要的时候可以对熔体进行冷却处理。

所述加压盖板采用耐热材料、防腐材料制成，在所述模具箱上还设有温度显示器，能够准确显示发泡容腔内的温度状况，方便查看；所述冷却管道可以采用蒸汽或水冷却的方式进行。

所述排气阀包括一排气腔体，在排气腔体上部设有排气孔，排气腔体内部设有悬吊式活塞浮球。

一种提高泡沫铝发泡均匀度的工艺，步骤如下：

1)在熔化后的铝或铝合金的熔体中加入发泡剂，用200-600转/分的转速对熔体进行搅拌，搅拌均匀后将熔体引入模具箱的发泡容腔内；

2)根据发泡体多少选用相应规格的加压盖板，迅速利用液压活塞杆推动加压盖板盖住模具箱里的熔体，对熔体进行密封，加压盖板下预留的少量空间中气体随熔体发泡膨胀从排气阀中挤出，排气结束排气阀中的悬吊式活塞浮球自动闭合排气孔，然后熔体受到加压盖板约束受压暂停膨胀，在此过程中，利用模具箱外壁上的冷却管道通气迅速冷却模具，降低熔体温度；

3)当熔体温度降低到发泡体由液态流体接近半固态时，启动盖板加热装置，使盖板接触的发泡体表面迅速二次熔化，收缩液压活塞杆撤除压力，取出加压盖板，让熔体在半固态下自然发泡膨胀；或者用大的密封盖二次盖住模具箱上口，利用密封盖上的排气口抽气减压，进行负压发泡，这两种情况下气泡上浮力小于气泡上行受到的半固态熔体的粘稠阻力，难以上行，从而保证半固态熔体发泡上下均匀一致；

4)在模具箱内进行发泡的同时，随时观察发泡熔体的发泡温度，在温度下降时利用保温室内的电加热装置进行加热，防止熔体完全凝固。

进一步的，在步骤1)中还可以加入适量耐火材料，增加发泡铝的耐火性能。

本发明的有益效果是：本发明设备结构简单，设计新颖，采用加压冷却使熔体降温到半固态增稠后再自然发泡或减压发泡，避免气泡上浮，能够保持发泡熔体密度的上下一致性，确保发泡均匀，提高产品合格率，克服了传统熔体发泡法发泡不均匀的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明排气阀结构简图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

参见图1、图2：一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置，包括一个具有发泡容腔的模具箱1，为便于开模，模具箱1常设计成上大下小的圆台敞口空腔结构，模具箱1配套有各种尺寸规格的加压盖板2(可以根据发泡体多少选用相应规格的加压盖板2，使加压盖板2能对模具箱1内部形成还很好的密封)，加压盖板2中心位置连接液压活塞杆3，加压盖板2四周边缘设置有密封圈4，加压盖板2上还设置有电加热装置5和一个或多个排气阀6，排气阀6中的悬吊式活塞阀能够保证排气结束自动闭合阀门，该模具箱1的盖板结构可对尚未发泡的发泡体及时密封和加压，便于控制减缓气泡膨胀速度，为发泡体冷却降温提供时间，当温度降低到发泡体由液态流体接近半固态时，启动加压盖板2的电加热装置5(如采用电阻丝加热)，使加压盖板2接触的发泡体表面迅速二次熔化，收缩液压活塞杆3撤除压力，取出加压盖板2，让发泡体自然膨胀，此时气泡上浮力小于气泡上行受到的半固态粘稠阻力，难以上行，从而保证了发泡的上下均匀一致；模具箱1体要置于保温室7内，保温室7内壁设有电加热装置，保证室内温度恒定在规定区间，防止熔体过快凝固；在模具箱1外壁上设有冷却管道8，在需要的时候可以对熔体进行冷却处理。排气阀6包括一排气腔体61，在排气腔体61上部设有排气孔，排气腔体内部设有悬吊式活塞浮球62。

加压盖板2采用耐热材料、防腐材料制成，在模具箱1上还设有温度显示器，能够准确显示发泡容腔内的温度状况，方便查看；冷却管8道可以采用水冷却的方式进行。

一种提高泡沫铝发泡均匀度的工艺，步骤如下：

1)在熔化后的铝或铝合金的熔体中加入发泡剂，用200-600转/分的转速对熔体进行搅拌，搅拌均匀后将熔体引入模具箱的发泡容腔内；

2)根据发泡体多少选用相应规格的加压盖板，迅速利用液压活塞杆推动加压盖板盖住模具箱里的熔体，对熔体进行密封，加压盖板下预留的少量空间中气体随熔体发泡膨胀从排气阀中挤出，排气结束排气阀中的悬吊式活塞浮球自动闭合排气孔，然后熔体受到加压盖板约束受压暂停膨胀，在此过程中，利用模具箱外壁上的冷却管道通气迅速冷却模具，降低熔体温度；

3)当熔体温度降低到发泡体由液态流体接近半固态时，启动盖板加热装置，使盖板接触的发泡体表面迅速二次熔化，收缩液压活塞杆撤除压力，取出加压盖板，让熔体在半固态下自然发泡膨胀；这种情况下气泡上浮力小于气泡上行受到的半固态熔体的粘稠阻力，难以上行，从而保证半固态熔体发泡上下均匀一致；

4)在模具箱内进行发泡的同时，随时观察发泡熔体的发泡温度，在温度下降时利用保温室内的电加热装置进行加热，防止熔体完全凝固。

实施例2

参见图1、图2：一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置，包括一个具有发泡容腔的模具箱1，为便于开模，模具箱1常设计成上大下小的圆台敞口空腔结构，模具箱1配套有各种尺寸规格的加压盖板2(可以根据发泡体多少选用相应规格的加压盖板2，使加压盖板2能对模具箱1内部形成还很好的密封)，加压盖板2中心位置连接液压活塞杆3，加压盖板2四周边缘设置有密封圈4，加压盖板2上还设置有电加热装置5和一个或多个排气阀6，排气阀6中的悬吊式活塞阀能够保证排气结束自动闭合阀门，该模具箱1的盖板结构可对尚未发泡的发泡体及时密封和加压，便于控制减缓气泡膨胀速度，为发泡体冷却降温提供时间，当温度降低到发泡体由液态流体接近半固态时，启动加压盖板2的电加热装置5(如采用电阻丝加热)，使加压盖板2接触的发泡体表面迅速二次熔化，收缩液压活塞杆3撤除压力，取出加压盖板2，让发泡体自然膨胀，此时气泡上浮力小于气泡上行受到的半固态粘稠阻力，难以上行，从而保证了发泡的上下均匀一致；模具箱1体要置于保温室7内，保温室7内壁设有电加热装置，保证室内温度恒定在规定区间，防止熔体过快凝固；在模具箱1外壁上设有冷却管道8，在需要的时候可以对熔体进行冷却处理。排气阀6包括一排气腔体61，在排气腔体61上部设有排气孔，排气腔体内部设有悬吊式活塞浮球62。

加压盖板2采用耐热材料、防腐材料制成，在模具箱1上还设有温度显示器，能够准确显示发泡容腔内的温度状况，方便查看；冷却管8道可以采用水蒸汽冷却的方式进行。

一种提高泡沫铝发泡均匀度的工艺，步骤如下：

1)在熔化后的铝或铝合金的熔体中加入发泡剂，用200-600转/分的转速对熔体进行搅拌，搅拌均匀后将熔体引入模具箱的发泡容腔内；

2)根据发泡体多少选用相应规格的加压盖板，迅速利用液压活塞杆推动加压盖板盖住模具箱里的熔体，对熔体进行密封，加压盖板下预留的少量空间中气体随熔体发泡膨胀从排气阀中挤出，排气结束排气阀中的悬吊式活塞浮球自动闭合排气孔，然后熔体受到加压盖板约束受压暂停膨胀，在此过程中，利用模具箱外壁上的冷却管道通气迅速冷却模具，降低熔体温度；

3)当熔体温度降低到发泡体由液态流体接近半固态时，启动盖板加热装置，使盖板接触的发泡体表面迅速二次熔化，收缩液压活塞杆撤除压力，取出加压盖板，用大的密封盖二次盖住模具箱上口，利用密封盖上的排气口抽气减压，进行负压发泡，这种情况下气泡上浮力小于气泡上行受到的半固态熔体的粘稠阻力，难以上行，从而保证半固态熔体发泡上下均匀一致；

4)在模具箱内进行发泡的同时，随时观察发泡熔体的发泡温度，在温度下降时利用保温室内的电加热装置进行加热，防止熔体完全凝固。

进一步的，在步骤1)中还可以加入适量耐火材料，增加发泡铝的耐火性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置，其特征在于，包括一个具有发泡容腔的模具箱，所述模具箱设计成上大下小的圆台或四棱台敞口空腔结构，所述模具箱配套有各种尺寸规格的加压盖板，所述加压盖板中心位置连接液压活塞杆，所述加压盖板四周边缘设置有密封圈，加压盖板上还设置有电加热装置和一个或多个排气阀，所述模具箱的箱体置于保温室内，保温室内壁设有电加热装置，保证室内温度恒定在规定区间，防止熔体过快凝固；在模具箱外壁上设有冷却管道，在需要的时候对熔体进行冷却处理。

2.根据权利要求1所述的一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置，其特征在于：所述模具箱上还设有温度显示器。

3.根据权利要求1所述的一种提高泡沫铝发泡均匀度的装置，其特征在于：所述排气阀包括一排气腔体，在排气腔体上部设有排气孔，排气腔体内部设有悬吊式活塞浮球。

4.一种根据权利要求3所述装置的发泡工艺，其特征在于，步骤如下：

1)在熔化后的铝或铝合金的熔体中加入发泡剂，用200-600转/分的转速对熔体进行搅拌，搅拌均匀后将熔体引入模具箱的发泡容腔内；

2)根据熔体多少选用相应规格的加压盖板，迅速利用液压活塞杆推动加压盖板盖住模具箱里的熔体，对熔体进行密封，加压盖板下预留的少量空间中气体随熔体发泡膨胀从排气阀中挤出，排气结束，排气阀中的悬吊式活塞浮球自动闭合排气孔，然后熔体受到加压盖板约束受压暂停膨胀，在此过程中，利用模具箱外壁上的冷却管道通气迅速冷却模具，降低熔体温度；

3)当熔体温度降低到熔体由液态流体接近半固态时，启动加压盖板上的电加热装置，使加压盖板接触的熔体表面迅速二次熔化，收缩液压活塞杆撤除压力，取出加压盖板，让熔体在半固态下自然发泡膨胀；这种情况下气泡上浮力小于气泡上行受到的半固态熔体的粘稠阻力，难以上行，从而保证半固态熔体发泡上下均匀一致；

4)在模具箱内进行发泡的同时，随时观察发泡熔体的发泡温度，在温度下降时利用保温室内壁上的电加热装置进行加热，防止熔体完全凝固。

5.根据权利要求4所述的发泡工艺，其特征在于，在步骤3)中，当加压盖板取出后，用大的密封盖二次盖住模具箱上口，利用密封盖上的排气口抽气减压，进行负压发泡，这种情况下气泡上浮力同样小于气泡上行受到的半固态熔体的粘稠阻力，难以上行，从而保证半固态熔体发泡上下均匀一致。