CN107058781A - 金属连续发泡新工艺 - Google Patents
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Abstract
一种金属连续发泡新工艺,(1)将熔化后的金属液引入到搅拌罐中,加入粘稠剂;(2)将搅拌器伸入到搅拌罐,该搅拌器的搅拌杆内部设有空腔,在搅拌器的搅拌桨叶上设置有与空腔相通的小气孔,搅拌杆内通过气管与装有液氮或干冰的罐相接;(3)启动搅拌器,通过气管向搅拌杆内通入液氮或干冰,液氮或干冰吸热汽化,从小气孔排出,边通气边搅拌,汽化后的液氮或干冰在金属液中形成气泡,在通过搅拌器搅拌使气泡均匀分布在金属液中;(4)待温度接近金属液开始凝固之前,打开搅拌罐底部的出料口,搅拌完成后的金属液流入到模铸生产线中直接浇铸成型;(5)待搅拌完成后,升起搅拌器,保持气孔通畅下冷却搅拌便于下次使用。
Description
技术领域
本发明涉及金属发泡技术领域,具体涉及一种金属连续发泡新工艺。
背景技术
多孔泡沫金属材料由金属骨架及孔隙所组成,是近几十年发展起来的一种功能材料。自问世以来,作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能,兼之其可回收的特点,适应了当前发展的需要,在国内外一般工业领域及高技术领域得到了越来越广泛的应用。
目前已研制出的多孔泡沫金属材料有泡沫铝(及泡沫铝合金)、泡沫镍、泡沫锌、泡沫铅、泡沫钛、泡沫铸铁及泡沫钢等,其中泡沫铝的研究最为成熟,并在实际应用中展现出广阔的前景。泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后,经过发泡工艺而成,同时兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。
泡沫铝传统制备方法中,熔体发泡法工艺如下:在铝液中加入增粘剂,搅拌均匀后加入发泡剂,放入到一定温度的模具中进行发泡而成。其具体的工具参数为:增粘剂采用钙粒,其添加温度对熔体的粘度有很大影响,温度越高粘度越大,在660℃添加2%Ca粒搅拌10min可以获得合适的熔体发泡粘度。折叶桨式搅拌器的搅拌效果理想,采用边加入边提高转速的方法添加TiH2易于将发泡剂分散均匀。选用粒度为74μmTiH2颗粒可以得到较高孔隙率的泡沫。氢化钛添加量宜在1.0~1.6%范围,发泡温度选择620~630℃范围,冷却方式在空气中自然缓冷,并使发泡槽温度高于熔体10℃。可以实现不同厚度500mm×1000mm×X的铝合金泡沫铝板材的制备。
传统制备方法缺点如下:1.不能实现连续制备,导致生产率低,材料成型长度受限制;2.由于发泡时材料为开放式静置,因此,所生成的气泡会汇聚变大,从而影响材料性能,甚至形成空洞;同时,静置导致铝合金下降,气泡上升,使得现有工艺成品率难以超过40%,客观上造成了资源浪费,提高了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种成型率高,发泡质量稳定的金属连续发泡新工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种金属连续发泡新工艺,步骤如下:
(1)将熔化后的金属液引入到搅拌罐中,加入粘稠剂,发泡剂可加可不加,若加入发泡剂,加入量不超过理论加入量的1/5;
(2)将搅拌器伸入到搅拌罐中,该搅拌器的搅拌杆内部设有空腔(空心状),在搅拌器的搅拌桨叶上设置有与空腔相通的小气孔,搅拌杆内通过气管与装有液氮或干冰的罐相接,在搅拌杆旋转的过程中气管保持不转动;
(3)打开气管上的阀门,启动搅拌器,通过气管向搅拌杆内通入液氮或干冰,液氮或干冰吸热汽化,形成压力,从小气孔中排出,将搅拌齿逐渐浸入制备好的稍粘金属熔液中,边通气边搅拌,或者先通入液氮或干冰后再搅拌,汽化后的液氮或干冰在金属液中形成气泡,在通过搅拌器搅拌使气泡均匀分布在金属液中;
(4)待温度接近金属液开始凝固之前,打开搅拌罐底部的出料口,搅拌完成后的金属液流入到模铸生产线中直接浇铸成型,实现边搅拌,边发泡,边成型,完成连续生产;
(5)待搅拌完成后,升起搅拌器,保持气孔通畅下冷却搅拌便于下次使用。
通过发泡工艺得到的泡沫铝的孔隙率为65~85%,孔径为2~4mm,所生产的泡沫铝材料加工成10mm厚板材,经检测,吸能密度:12~20J/cm3;强度:≥15Mpa;降噪系数NRC0.7以上(泡沫铝板材降噪系数0.6);压缩性能(孔隙率85%时):上屈服点4.55Mpa,下屈服点3.30Mpa。
所述搅拌罐为有底搅拌罐,在底部开有出料口,该出料口与成型模具的进料流道相连,在出料口处设置有超声波振动装置,待金属液由出料口出来时,通过超声波对其进行振动,金属液在往下流动过程中起泡会变长,但通过超声振动后,起泡会由长变为圆球状,提高泡沫孔的质量。
所述出料口为任意几何形状,没有特殊要求。
所述搅拌桨叶分层设置,由下向上分为2~3层,其中上面的1~2层为倾斜桨叶,每层2~4支叶片,该倾斜桨叶与水平面的角度为30°~45°,主要作用是将液体向下压,底层为垂直桨叶,分布2~4支叶片,主要作用是将液体向外甩出,增大边角搅拌效率。
所述搅拌杆及搅拌叶中间设置有隔热层(保温层),由于金属导热效率较高,不设置隔热层的话液氮或干冰在搅拌杆内就汽化了,无法在熔液中形成起泡,并且搅拌桨叶表面的微孔也容易被堵塞;因此要对比液氮或干冰进行隔热处理,使其在熔液中才开始汽化,产生均匀的气孔。
所述搅拌桨叶上的小气孔设置在搅拌桨叶的背面。
所述装有液氮或干冰的罐内设置有加热器,该加热器连接有PLC控制器,在罐体的外部设置有保温层;在罐内设置温度传感器以及压力传感器,该温度传感器以及压力传感器分别通过信号线与PLC控制器相接;通过PLC控制器对罐进行加热,提高罐内的压力,当达到设定温度和压力时切断电源,停止加热;通过加热,使罐内形成高压,使液氮或干冰形成的气体能够穿过熔体相上运行,在泡沫铝中形成气泡。
在罐的出气口安装有阀门,当发泡完成后关闭阀门。
在搅拌过程中,在离心力的作用下金属会甩向周边,导致搅拌不均匀,因此,将垂直桨叶分为前段和后段,前段为搅拌段,表面积较大,增加搅拌力度,后端为切割段,表面积较小。
所述小气孔设置在底层的垂直桨叶上,在搅拌过程中由底部向上形成气泡,由上部的倾斜桨叶将气泡打散。
本发明的有益效果是:本发明的技术方案改变传统静态发泡,结合搅拌,从底部通入液氮或干冰,利用液氮或干冰吸热汽化的特点,能够在铝液中形成起泡,同时在搅拌过程中气泡被均匀打散在铝液中,随着铝液的冷却,气泡上行压力大,便均匀分布在铝液中,从而减少气泡上行和铝液下沉,提高泡沫铝发泡的均匀性,同时可以大大减少发泡剂的用量,降低生产成本。
附图说明
图1为本发明搅拌杆结构图。
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(以泡沫铝发泡为例)
(1)将熔化后的铝液引入到搅拌罐中,加入粘稠剂;
(2)将搅拌器伸入到搅拌罐中,该搅拌器的搅拌杆内部设有空腔(空心状),在搅拌器的搅拌桨叶上设置有与空腔相通的小气孔,搅拌杆内通过气管与装有液氮或干冰的罐相接,在搅拌杆旋转的过程中气管保持不转动;
(3)打开气管上的阀门,启动搅拌器,通过气管向搅拌杆内通入液氮或干冰,液氮或干冰吸热汽化,形成压力,从小气孔中排出,将搅拌齿逐渐浸入制备好的稍粘铝熔液中,边通气边搅拌,或者先通入液氮或干冰后再搅拌,汽化后的液氮或干冰在铝液中形成气泡,在通过搅拌器搅拌使气泡均匀分布在铝液中;
(4)待温度接近铝液开始凝固之前,打开搅拌罐底部的出料口,搅拌完成后的铝液流入到模铸生产线中直接浇铸成型,实现边搅拌,边发泡,边成型,完成连续生产;
(5)待搅拌完成后,升起搅拌器,保持气孔通畅下冷却搅拌便于下次使用。
如图1所示,搅拌桨叶分层设置,由下向上分为2~3层,其中上面的1~2层为倾斜桨叶1,每层2~4支叶片,该倾斜桨叶1与水平面的角度为30°~45°,主要作用是将液体向下压,底层为垂直桨叶2,分布2~4支叶片,主要作用是将液体向外甩出,增大边角搅拌效率。小气孔3设置在底层的垂直桨叶2上,在搅拌过程中由底部向上形成气泡,由上部的倾斜桨叶1将气泡打散。在搅拌过程中,在离心力的作用下金属会甩向周边,导致搅拌不均匀,因此,将垂直桨叶2分为前段和后段,前段为搅拌段,表面积较大,增加搅拌力度,后端为切割段,表面积较小。
实施例2(以泡沫镁发泡为例)
(1)将熔化后的镁液引入到搅拌罐中,加入粘稠剂和发泡剂,发泡剂的加入量不超过理论加入量的1/5;
(2)将搅拌器伸入到搅拌罐中,该搅拌器的搅拌杆内部设有空腔(空心状),在搅拌器的搅拌桨叶上设置有与空腔相通的小气孔,搅拌杆内通过气管与装有液氮或干冰的罐相接,在搅拌杆旋转的过程中气管保持不转动;
(3)打开气管上的阀门,启动搅拌器,通过气管向搅拌杆内通入液氮或干冰,液氮或干冰吸热汽化,形成压力,从小气孔中排出,将搅拌齿逐渐浸入制备好的镁熔液中,边通气边搅拌,或者先通入液氮或干冰后再搅拌,汽化后的液氮或干冰在镁液中形成气泡,在通过搅拌器搅拌使气泡均匀分布在镁液中;
(4)待温度接近镁液开始凝固之前,打开搅拌罐底部的出料口,搅拌完成后的镁液流入到模铸生产线中直接浇铸成型,实现边搅拌,边发泡,边成型,完成连续生产;
(5)待搅拌完成后,升起搅拌器,保持气孔通畅下冷却搅拌便于下次使用。
实施例3(以泡沫铝发泡为例)
(1)将熔化后的铝液引入到搅拌罐中,加入粘稠剂和发泡剂,发泡剂的加入量不超过理论加入量的1/5;
(2)将搅拌器伸入到搅拌罐中,该搅拌器的搅拌杆内部设有空腔(空心状),在搅拌器的搅拌桨叶上设置有与空腔相通的小气孔,搅拌杆内通过气管与装有液氮或干冰的罐相接,在搅拌杆旋转的过程中气管保持不转动;
(3)打开气管上的阀门,启动搅拌器,通过气管向搅拌杆内通入液氮或干冰,液氮或干冰吸热汽化,形成压力,从小气孔中排出,将搅拌齿逐渐浸入制备好的稍粘铝熔液中,边通气边搅拌,或者先通入液氮或干冰后再搅拌,汽化后的液氮或干冰在铝液中形成气泡,在通过搅拌器搅拌使气泡均匀分布在铝液中;
(4)待温度接近铝液开始凝固之前,打开搅拌罐底部的出料口,搅拌完成后的铝液流入到模铸生产线中直接浇铸成型,实现边搅拌,边发泡,边成型,完成连续生产;
(5)待搅拌完成后,升起搅拌器,保持气孔通畅下冷却搅拌便于下次使用。
如图1所示,搅拌桨叶分层设置,由下向上分为2~3层,其中上面的1~2层为倾斜桨叶1,每层2~4支叶片,该倾斜桨叶1与水平面的角度为30°~45°,主要作用是将液体向下压,底层为垂直桨叶2,分布2~4支叶片,主要作用是将液体向外甩出,增大边角搅拌效率。小气孔3设置在底层的垂直桨叶2上,在搅拌过程中由底部向上形成气泡,由上部的倾斜桨叶1将气泡打散。在搅拌过程中,在离心力的作用下金属会甩向周边,导致搅拌不均匀,因此,将垂直桨叶2分为前段和后段,前段为搅拌段,表面积较大,增加搅拌力度,后端为切割段,表面积较小。
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 (10)
1.一种金属连续发泡新工艺,其特征在于,步骤如下:
(1)将熔化后的金属液引入到搅拌罐中,加入粘稠剂;
(2)将搅拌器伸入到搅拌罐中,该搅拌器的搅拌杆内部设有空腔,在搅拌器的搅拌桨叶上设置有与空腔相通的小气孔,搅拌杆内通过气管与装有液氮或干冰的罐相接,在搅拌杆旋转的过程中气管保持不转动;
(3)打开气管上的阀门,启动搅拌器,通过气管向搅拌杆内通入液氮或干冰,液氮或干冰吸热汽化,形成压力,从小气孔中排出,将搅拌齿逐渐浸入制备好的粘稍金属熔液中,边通气边搅拌,或者先通入液氮或干冰后再搅拌,汽化后的液氮或干冰在金属液中形成气泡,在通过搅拌器搅拌使气泡均匀分布在金属液中;
(4)待温度接近金属液开始凝固之前,打开搅拌罐底部的出料口,搅拌完成后的金属液流入到模铸生产线中直接浇铸成型,实现边搅拌,边发泡,边成型,完成连续生产;
(5)待搅拌完成后,升起搅拌器,保持气孔通畅下冷却搅拌便于下次使用。
2.根据权利要求1所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,所述搅拌罐为有底搅拌罐,在底部开有出料口,该出料口与泡沫铝成型模具的进料流道相连。
3.根据权利要求1所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,所述搅拌桨叶分层设置,由下向上分为2~3层,其中上面的1~2层为倾斜桨叶,每层2~4支叶片,该倾斜桨叶与水平面的角度为30°~45°,层为垂直桨叶,分布2~4支叶片。
4.根据权利要求3所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,所述小气孔设置在底层的垂直桨叶上,在搅拌过程中由底部向上形成气泡,由上部的倾斜桨叶将气泡打散。
5.根据权利要求1所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,所述出料口处设置有超声波振动装置。
6.根据权利要求1所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,所述搅拌杆及搅拌叶中间设置有隔热层。
7.根据权利要求6所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,所述搅拌桨叶上的小气孔设置在搅拌桨叶的背面。
8.根据权利要求1所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,所述装有液氮或干冰的罐内设置有加热器,该加热器连接有PLC控制器,在罐体的外部设置有保温层;在罐内设置温度传感器以及压力传感器,该温度传感器以及压力传感器分别通过信号线与PLC控制器相接。
9.根据权利要求8所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,在罐的出气口安装有阀门,当发泡完成后关闭阀门。
10.根据权利要求1所述的金属连续发泡新工艺,其特征在于,在步骤(1)中还加入有发泡剂。
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