CN107604189B - 一种泡沫铝夹芯板及其半固态触变渗流铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫铝夹芯板及其半固态触变渗流铸造方法，其包含如下步骤：1)将非枝晶组织铝合金铸锭机械加工成两个坯料；2)将可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实制得预制块；3)将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到半固态温度区间，保温；4)渗流，施加的压力将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入预制块的孔隙中，冷却凝固，得到铝合金/可溶性盐颗粒复合体；5)溶去复合体中的可溶性盐颗粒，得到泡沫铝合金夹芯板。其利用半固态触变渗流铸造方法一次形成厚度可控、结构均匀的泡沫铝合金夹芯板，中间芯层和金属面板为一体结构。

Description

一种泡沫铝夹芯板及其半固态触变渗流铸造方法

技术领域

本发明涉及一种多孔金属材料的制备领域，具体涉及一种泡沫铝夹芯板及其半固态触变渗流铸造方法。

背景技术

泡沫铝合金夹芯板由于具有重量轻、比强度高和冲击性能好等优点，使其在汽车制造、航空航天和轨道交通等领域的应用前景相当广阔。目前，得到应用的泡沫铝合金夹芯板的制备方法主要有胶粘结合法和粉末冶金法两种。

胶粘结合法主要利用胶粘剂的粘质特性，将面板与泡沫铝合金复合，但由于该方法本质上属于物理连接，从而使得芯层与面板之间无法实现可靠的冶金结合。此外，胶粘结合法还存在胶粘剂容易老化、不耐高温和腐蚀、粘接前的清理十分困难等不利因素。很显然，这些不利因素极大地限制了胶粘结合法的应用。

粉末冶金法主要包括传统的粉末冶金法和轧制-粉末冶金法。其中传统的粉末冶金法是将混有发泡剂的铝粉和不加发泡剂的铝粉分层压制在一起，发泡后得到实体铝与泡沫铝的冶金结合。而轧制-粉末冶金法则是将铝合金、增粘剂和发泡剂均匀混合后制成一定形状的可发泡预制坯，然后将预制坯与表面镀层处理的钢板进行热压复合得到夹有预制坯的可发泡复合板，最后将夹有预制坯的可发泡复合板放入密闭模套中，加热发泡后将模套从发泡炉内拉出并冷却，就可获得一定厚度的泡沫铝合金夹芯板。与胶粘结合法相比，虽然粉末冶金法制备的泡沫铝合金夹芯板的面板/芯层结合强度较高，界面实现了冶金结合，但该方法生产设备复杂和工艺流程较长。此外，无论采用胶粘结合法还是粉末冶金法制备泡沫铝合金夹芯板，都需要将制备的中间发泡预制体或泡沫体与面板进行连接，从而使得工艺复杂，局限性大。因此，有必要开发一种新的泡沫铝合金夹芯板的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫铝夹芯板及其半固态触变渗流铸造方法，其利用半固态触变渗流铸造方法一次形成厚度可控、结构均匀的泡沫铝合金夹芯板，中间芯层和金属面板为一体结构。

本发明所述的泡沫铝夹芯板，包括上下两面铝合金面板和位于铝合金面板之间的泡沫铝合金芯层，所述铝合金面板的材料是非枝晶组织铝合金，所述泡沫铝合金芯层通过将半固态非枝晶组织铝合金面板材料加热成非枝晶组织半固态浆料再触变渗流铸造形成，其与铝合金面板为一体结构。

一种泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其包含如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织铝合金铸锭机械加工成两个坯料；

2)制备预制块，将粒径为6～16目的可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将处理后的可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块的形状与坯料一致，且其体积小于两个坯料的体积和；

3)制备非枝晶组织铝合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到铝合金半固态温度区间，保温2～3min，得到液相分数比例为50～60％的非枝晶组织铝合金半固态浆料；

4)渗流，施加4～6MPa的压力将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到铝合金/可溶性盐颗粒复合体；

5)去除可溶性盐颗粒，溶去铝合金/可溶性盐颗粒复合体中的可溶性盐颗粒，得到面板和芯层为一体结构的泡沫铝合金夹芯板，其中泡沫芯层的平均孔隙直径为2～4mm。

进一步，所述可溶性盐颗粒为NaCl颗粒。

进一步，所述步骤1)中的两个坯料的大小和形状一致。

目前已公开的技术中，通常采用熔体搅拌法来制备非枝晶组织铝合金铸锭。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明泡沫铝夹芯板的面板与芯层为一体结构，提高了泡沫铝夹芯板的力学性能，应用范围更为广泛，具有较高的抗压/拉强度和粘结强度，有着良好的承载能力和优异的剥离性能。

2、本发明通过限定预制块的形状与坯料一致，保证预制块能完全隔开两个坯料，避免渗流施加压力时，坯料因没有预制块的限制而发生异常变形；通过限定预制块的体积小于两个坯料的体积和，保证渗流时坯料留有一定余量，进而在泡沫芯层的上下两面通过坯料的余量冷却凝固形成夹芯板的面板。

3、本发明可制备不同厚度的泡沫铝合金夹芯板，通过调整坯料和预制块的尺寸大小，制备出不同厚度的夹芯板。

4、本发明制备的泡沫铝合金夹芯板的面板和芯层的成分、组成可以根据需要进行调整，能够获得不同性能的夹芯板。

5、本发明通过保温温度和保温时间的合理控制，即将两个坯料和预制块升温到铝合金半固态温度区间，保温2～3min，得到液相分数比例为50～60％非枝晶组织铝合金半固态浆料。若保温时间过短，则得到的铝合金浆料液相分数比例较低，不利于渗流铸造；若保温时间过长，则铝合金容易发生氧化和烧损，降低泡沫铝合金的性能和增加制造成本。

6、本发明的工艺、设备简单，适用于批量化生产。

附图说明

图1是本发明的实施装置示意图；

图2是本发明的流程示意图。

图中，1—底座，2—垫块，3—加热炉，4—坯料，5—预制块，6—渗流模具，7—压头。

具体实施方式

参见图2，所示的泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其包含如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织铝合金铸锭机械加工成两个坯料；

2)制备预制块，将粒径为6～16目的可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将处理后的可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块的形状与坯料一致，且其体积小于两个坯料的体积和；

3)制备非枝晶组织铝合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到铝合金半固态温度区间，保温2～3min，得到液相分数比例为50～60％的非枝晶组织铝合金半固态浆料；

4)渗流，施加4～6MPa的压力将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到铝合金/可溶性盐颗粒复合体；

5)去除可溶性盐颗粒，溶去铝合金/可溶性盐颗粒复合体中的可溶性盐颗粒，得到面板和芯层为一体结构的泡沫铝合金夹芯板，其中泡沫芯层的平均孔隙直径为2～4mm。

参见图1，所示的一种实现本发明的装置，包括底座1、固定于底座1上的加热炉3、与加热炉3内壁配合的渗流模具6和与渗流模具6内壁配合的压头7，所述渗流模具6底部设有垫块2，两个坯料4和预制块5置于渗流模具6内且其形状与渗流模具6内壁间隙配合，两个坯料4和预制块5的放置方式是：将一个坯料4置于渗流模具6内的垫块2上，将预制块5置于坯料4上，将另一个坯料4置于预制块5上，压头7与预制块5上面的坯料4接触。该装置具体工作时，将两个坯料4和预制块5按顺序依次放入渗流模具6中，将渗流模具6置于加热炉3中，然后升温到铝合金半固态温度区间，并保温2～3min，再通过压头7向坯料4和预制块5施加压力，将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块5的上、下方同时触变渗入预制块5的间隙中，然后冷却凝固，得到铝合金/可溶性盐颗粒复合体，溶去复合体中的可溶性盐颗粒即可得到泡沫铝合金夹芯板，包括上下两面铝合金面板和位于铝合金面板之间的泡沫铝合金芯层，所述铝合金面板的材料是非枝晶组织铝合金，所述泡沫铝合金芯层通过将半固态非枝晶组织铝合金面板材料加热成非枝晶组织半固态浆料再触变渗流铸造形成，其与铝合金面板为一体结构。相比于现有的粘接结合或冶金结合的金属泡沫夹芯板，一体结构的泡沫铝夹芯板的力学性能更好，应用范围更为广泛。

实施例一，一种泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其包含如下步骤：

1)制备坯料，将半固态非枝晶组织ZL201铝合金铸锭机械加工成两个坯料，所述坯料为直径50mm、高15mm的圆柱体；其中ZL201铝合金的各成分的重量比为：Cu：4.5～5.3％，Mn：0.6～1.0％，Ti：0.15～0.35％，Fe和Si等杂质元素总和≤0.15％，其余为Al；

2)制备预制块，将粒径为6～16目的NaCl颗粒经预脱水处理，然后将处理后的NaCl颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块为直径50mm、高10mm的圆柱体；

3)制备非枝晶组织铝合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到629℃，保温3min，得到液相分数比例为58％的非枝晶组织铝合金半固态浆料；

4)渗流，施加4MPa的压力将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到铝合金/NaCl颗粒复合体；

5)去除可溶性盐颗粒，溶去铝合金/NaCl颗粒复合体中的NaCl颗粒，得到厚度为15mm的面板和芯层为一体结构的泡沫铝合金夹芯板，泡沫芯层的平均孔隙直径为3.6mm。

实施例二，一种泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其包含如下步骤：

1)制备坯料，将半固态非枝晶组织A356铝合金铸锭机械加工成两个坯料，所述坯料为直径50mm、高15mm的圆柱体；其中A356铝合金的各成分的重量比为：Si：6.5～7.5％，Mg：0.3～0.45％，Ti：≤0.2％，Fe：≤0.12％，Mn：≤0.05％，Cu：≤0.1％，Zn：≤0.05％，其余为Al；

2)制备预制块，将粒径为6～16目的NaCl颗粒经预脱水处理，然后将处理后的NaCl颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块为直径50mm、高10mm的圆柱体；

3)制备非枝晶组织铝合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到595℃，保温2min，得到液相分数比例为51％的非枝晶组织铝合金半固态浆料；

4)渗流，施加6MPa的压力将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到铝合金/NaCl颗粒复合体；

5)去除可溶性盐颗粒，溶去铝合金/NaCl颗粒复合体中的NaCl颗粒，得到厚度为20mm的面板和芯层为一体结构的泡沫铝合金夹芯板，泡沫芯层的平均孔隙直径为2.5mm。

实施例三，一种泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其包含如下步骤：

1)制备坯料，将半固态非枝晶组织2024铝合金铸锭机械加工成两个坯料，所述坯料为直径50mm、高15mm的圆柱体；其中2024铝合金的各成分的重量比为：Cu：3.8～4.9％，Mg：1.2～1.8％，Mn：0.3～0.9％，Si：0.5％，Fe：0.5％，Zn：0.25％，Ti：0.15％，Cr：0.1％，其余为Al。

2)制备预制块，将粒径为6～16目的NaCl颗粒经预脱水处理，然后将处理后的NaCl颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块为直径50mm、高10mm的圆柱体；

3)制备非枝晶组织铝合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到612℃，保温2.5min，得到液相分数比例为55％的非枝晶组织铝合金半固态浆料；

4)渗流，施加5MPa的压力将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到铝合金/NaCl颗粒复合体；

5)去除可溶性盐颗粒，溶去铝合金/NaCl颗粒复合体中的NaCl颗粒，得到厚度为17mm的面板和芯层为一体结构的泡沫铝合金夹芯板，泡沫芯层的平均孔隙直径为3.1mm。

Claims (3)

1.一种泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其特征在于包括如下步骤：

1）制备坯料，将非枝晶组织铝合金铸锭机械加工成两个坯料；

2）制备预制块，将粒径为6~16目的可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将处理后的可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块的形状与坯料一致，且其体积小于两个坯料的体积和；

3）制备非枝晶组织铝合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到铝合金半固态温度区间，保温2~3min，得到液相分数比例为50~60%的非枝晶组织铝合金半固态浆料；

4）渗流，施加4~6MPa的压力将非枝晶组织铝合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2）制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到铝合金/可溶性盐颗粒复合体；

5）去除可溶性盐颗粒，溶去铝合金/可溶性盐颗粒复合体中的可溶性盐颗粒，得到面板和芯层为一体结构的泡沫铝夹芯板，其中泡沫芯层的平均孔隙直径为2~4mm。

2.根据权利要求1所述的泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其特征在于：所述可溶性盐颗粒为NaCl颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的泡沫铝夹芯板的半固态触变渗流铸造方法，其特征在于：所述步骤1）中的两个坯料的大小和形状一致。