CN105855550B

CN105855550B - 一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法

Info

Publication number: CN105855550B
Application number: CN201610271938.6A
Authority: CN
Inventors: 程艳青
Original assignee: Lianwang Engineering Construction Co Ltd
Current assignee: Lianwang Engineering Construction Co., Ltd.
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2019-04-05
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: CN105855550A

Abstract

本发明是一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，包括预处理工艺和制备工艺，工艺的原料配方为高纯铝粉，纳米镧、纳米钕、纳米钪，增粘剂包括碳化硅、锰粉，活性剂包括镁粉、铜粉、铬粉、钛粉，锌粉，发泡剂包括碳酸镁，增强剂包括高强度陶瓷微粒，原料的材料细度在80目以下且均为粉末，预处理工艺包括承载构件处理和制备工艺。制备工艺包括以下步骤：将处理好原料混合搅拌；挤压不同的形状；加入多块压块并固定封闭；将封闭件填充件放入高温室；最后冷却降温，本发明降低工艺难度并节约成本。

Description

一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法。

背景技术

泡沫铝是一种在金属铝基体中分布有无数气泡的多孔质材料。目前，日本与德国在研究、生产和应用泡沫铝与其他金属泡沫方面居世界领先地位。我国对泡沫铝材的研究始于1980年后期，已取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破性的成就，仍然处于起步阶段，未形成生产力。

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、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，包括熔体发泡法、直接注气法、加发泡剂法，这种方法的优点是可制得非常均匀的泡沫，并且气孔平均尺寸和铝液粘度以及泡沫铝密度和粘度之间存在关系，使孔径可控。

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。其中散粉烧结法包括三个过程：粉末准备，粉末压缩，粉末烧结，此方法多用于制备泡沫铜。由于铝粉表面具有的致密氧化膜将阻止颗粒烧结在一起，因此用散粉烧结法制备泡沫铝相对困难。

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、磁控溅射锡膜或化学镀膜等方法使泡沫塑料导电。由于铝的电极电位比氢还负，所以不可以采用铝盐水溶液电镀，可采用烷基铝镀液。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。

泡沫铝由于其性能较好，具有多方面的应用。由于泡沫铝的单位体积重量轻，防音防振、耐火不燃、保温等性能，所以能用它来建造非承重的内墙壁、间壁墙、门、天花板、外面的装饰材料等。也能够利用到任何要求气密、通气性能好的建筑中。泡沫铝可以采用任意设计来做为建筑物内外和其他的装饰材料，也能够做成如石质、大理石、木材、玻璃等材料的式样。由于用它造成的雕刻物、塑像和其他物件造型即大又轻，搬运起来是极容易的。泡沫铝能够有效地利用其做为壁面来调整广播、音乐、讲堂、剧场等的音响效果。在产业部门适合做为发电室、发动机试验室、飞机场的防音、发音机械的平台等材料。日常生活中被用来做为唱机、立体摄影机的结构零件，室内冷却器的防音、旅馆等的防音部件等。对于用做汽车缓冲器及其他附带零件，以把冲撞减缓下来达到安全目的，泡沫铝是最好的材料。与此相反，也能用来做为对于沿路设备发生冲撞时的缓冲振动材料。由于泡沫铝模型及其他高温下使用的大型模型在操作上必需减轻重量，所以能用这种材料。试制汽车和其他大型的模型时，历来用的是蜂窝结构及其他材料，但是它有成本高的缺点，而泡沫铝则价格低又容易整形，并且在模形变化时，对于重复试制是非常适合的。

综上，泡沫铝以其优良的性能，决定了它具有广泛的用途和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于充分发挥泡沫铝的优势，提供一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，将泡沫铝的制备方法与应用工艺连接起来，制得可承载型体结构。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，其特征在于，包括预处理工艺和制备工艺，所述工艺的原料配方为：高纯铝粉 70％-85％，稀土包括纳米镧0.2～1％、纳米钕0.3～2％、纳米钪0.3～1％，增粘剂包括碳化硅 1～3％、锰粉0.2～0.5％，活性剂包括镁粉2～3％、铜粉1.0～2.0％、铬粉0.15～0.3％、钛粉 0.2％，锌粉5～6％，发泡剂包括碳酸镁1.5～2％，增强剂包括粒径2～10mm的高强度陶瓷微粒2～5％，余量为金属纤维；

所述原料的材料细度在80目以下且均为粉末，所述预处理工艺包括承载构件处理，所有与泡沫铝接触的构件内腔及龙骨筋条表面、陶瓷颗粒及金属纤维使用前需镀铝备用，所述制备工艺包括以下步骤：

步骤一：将处理好的金属纤维、高强陶瓷、发泡剂、活性剂、增粘剂、稀土材料及高纯铝粉进行混合搅拌；

步骤二：加入挤压机挤压成型，根据填充的型腔形状挤压不同的形状；

步骤三：按受高温时体积膨胀体积膨胀3～6倍计，型腔内分散均匀加入多块步骤二制备的压块，并固定及封闭；

步骤四：将放好压块的封闭件填充件放入高温室保证内外温度一致，然后升温到680～ 700度并保持10～15分钟；

步骤五：取出喷水冷却降温。

作为优选的进一步方案，所述预处理工艺中镀铝的铝膜厚度0.1～0.2毫米。

作为优选的进一步方案，所述制备工艺的步骤一中混合搅拌的时间为10～20分钟。

作为优选的进一步方案，所述制备工艺的步骤四中高温室的温度640～650度，恒温时间为20～30分钟。

作为优选的进一步方案，所述被填充构件的表皮过薄刚度不够，高温前需采用钢板辅助外加固，以保证型腔外形及承受力。

本发明的有益效果：本发明在制备泡沫时采用了粉末冶金法。粉末冶金法自发明以来，备受人们关注，许多泡沫铝性能的研究均用此法制备试样，例如热处理性能、压缩性能等。首先把铝粉、发泡剂混合后压制成致密的预制块，预制块中不能存在残留气孔或缺陷，否则将对产品质量造成很大影响。然后将预制块放入炉中加热，加热至铝熔点温度附近，发泡剂开始分解，释放的气体将使铝预制块膨胀，形成多孔结构。发泡时间依据发泡温度和预制块大小而定，一般从几秒钟到几分钟。这种方法适于制备各种泡沫金属，如纯铝和各种铸造、锻造铝合金，以及锡、青铜、铅等其它金属。发泡剂一般用TH2等金属氢化物，加入量通常＜1％。粉末冶金法的优点是工艺简单，并且可制备形状复杂的金属泡沫。本发明的发泡剂选用了碳酸钙，大大地降低了本发明的成本。

本发明制备了具有优异的物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性的泡沫铝。泡沫铝的这些优异性能使其在当今的材料领域具有广阔的应用前景，是很有开发前途的工程材料，特别是在交通运输工业，航天事业和建筑结构工业等方面。泡沫铝还有良好的声学功能：隔声性能(闭孔)、吸声性能(微通孔和通孔)，良好的电磁屏蔽性能和热学性能。

本发明中的构件范围广，可以是钢结构，体育场馆建筑物，也可以是汽车车身结构或飞机舱体等形体结构，体积庞大者可分成若干块进行制造。由于型腔体内填充了高亮度稀土泡沫铝合金，相应形体结构外壁可减薄40～60％，重量降低50％左右，承压、承重、承受撞击力提高5～10倍，屈服压强大于20mp。型腔内泡沫铝孔隙率达到60～90％，稀土泡沫铝合金密度0.4～0.7g/cm3，提高了构件强度和硬度，降低了材料成本。

综上，本发明降低了工艺的难度，节约了成本，适合进一步的推广。

附图说明

图1为本发明一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

实施例1：

一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，包括预处理工艺和制备工艺，原料配方为：高纯铝粉80％，稀土包括纳米镧0.2％，纳米钕0.3％，纳米钪0.3％；增粘剂包括碳化硅3％，锰0.5％，活性剂包括镁2％、铜1％、铬0.15％、钛0.2％，锌5％，发泡剂包括碳酸镁1.5％，增强剂包括粒径2mm的高强度陶瓷微粒5％，余量为金属纤维。原料的材料细度在 80目以下且均为粉末。

预处理工艺包括承载构件处理，所有与泡沫铝接触的构件内腔及龙骨筋条表面、陶瓷颗粒及金属纤维使用前需镀铝备用，所述制备工艺包括以下步骤：

步骤一：将处理好的金属纤维、高强陶瓷、发泡剂、活性剂、增粘剂、稀土材料及高纯铝粉进行混合搅拌10分钟；

步骤三：按受高温时体积膨胀体积膨胀3～6倍计，型腔内可分散均匀加入多块压块，并固定及封闭；

步骤四：将放好压块的封闭件填充件放入高温室，高温室的温度640度，恒温时间为 20分钟保证构件内外温度一致，然后升温到680度并保持10分钟；

步骤五：取出喷水冷却降温。

实施例2：

一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，包括预处理工艺和制备工艺，原料配方为：高纯铝粉85％，稀土包括纳米镧0.6％，纳米钕0.8％，纳米钪0.5％；增粘剂包括碳化硅3％，锰0.5％，活性剂包括镁2％、铜1％、铬0.15％、钛0.2％，锌5％，发泡剂包括碳酸镁1.5％，增强剂包括粒径2mm的高强度陶瓷微粒5％，余量为金属纤维。原料的材料细度在 80目以下且均为粉末。

步骤一：将处理好的金属纤维、高强陶瓷、发泡剂、活性剂、增粘剂、稀土材料及高纯铝粉进行混合搅拌15分钟；

步骤四：将放好压块的封闭件填充件放入高温室，高温室的温度650度，恒温时间为 20分钟保证构件内外温度一致，然后升温到680度并保持15分钟；

步骤五：取出喷水冷却降温。

实施例3：

一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，包括预处理工艺和制备工艺，原料配方为：高纯铝粉81％，稀土包括纳米镧0.7％，纳米钕0.8％，纳米钪0.9％；增粘剂包括碳化硅3％，锰0.5％，活性剂包括镁2％、铜1％、铬0.15％、钛0.2％，锌5％，发泡剂包括碳酸镁1.5％，增强剂包括粒径2mm的高强度陶瓷微粒5％，余量为金属纤维。原料的材料细度在80目以下且均为粉末。

步骤一：将处理好的金属纤维、高强陶瓷、发泡剂、活性剂、增粘剂、稀土材料及高纯铝粉进行混合搅拌20分钟；

步骤三：按受高温时体积膨胀体积膨胀3～6倍计，型腔内可分散均匀加入多块压块，并固定及封闭

步骤四：将放好压块的封闭件填充件放入高温室，高温室的温度640度，恒温时间为 20分钟保证构件内外温度一致，然后升温到700度并保持15分钟。

步骤五：取出喷水冷却降温。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和发明的优点。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界定。

Claims

1.一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，其特征在于，包括预处理工艺和制备工艺，所述工艺的原料配方为：高纯铝粉70％-85％，稀土包括纳米镧0.2～1％、纳米钕0.3～2％和纳米钪0.3～1％，增粘剂包括碳化硅1～3％和锰粉0.2～0.5％，活性剂包括镁粉2～3％、铜粉1.0～2.0％、铬粉0.15～0.3％、钛粉0.2％和锌粉5～6％，发泡剂包括碳酸镁1.5～2％，增强剂包括粒径2～10mm的高强度陶瓷微粒2～5％，余量为金属纤维；

所述原料的材料细度在80目以下且均为粉末，所述预处理工艺包括承载构件处理，所有与泡沫铝接触的构件内腔及龙骨筋条表面、高强度陶瓷微粒及金属纤维使用前需镀铝备用，所述制备工艺包括以下步骤：

步骤一：将处理好的金属纤维和高强度陶瓷微粒，以及发泡剂、活性剂、增粘剂、稀土材料与高纯铝粉进行混合搅拌；

步骤三：按受高温时体积膨胀3～6倍计，型腔内分散均匀加入步骤二中多块压块，并固定及封闭；

步骤四：将放好压块的封闭件填充件放入高温室并保证其内外温度一致，然后升温到680～700度并保持10～15分钟；

步骤五：取出喷水冷却降温。

2.根据权利要求1所述的一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，其特征在于，所述预处理工艺中镀铝的铝膜厚度0.1～0.2毫米。

3.根据权利要求1所述的一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，其特征在于，所述制备工艺的步骤一中混合搅拌的时间为10～20分钟。

4.根据权利要求1所述的一种利用稀土泡沫铝填充可承载型体结构的工艺方法，其特征在于，所述制备工艺的步骤四中高温室的温度640～650摄氏度，恒温时间为20～30分钟。