CN107855500A - 一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，是通过金属网箱将携带冷量的轻质陶球压入浸没到发泡铝熔体中，实现从内部冷却熔体，有效解决了铝发泡分层难题，保证了陶球均匀地复合在泡沫铝中。本发明的工艺方案改变了传统泡沫铝结构，通过添加发泡陶球，强化了空间结构和立体支撑，大大降低了产品成本，制备的复合新材料，硬性与软性相互弥补，吸能效果更好，在未来电动汽车碰撞防护方面具有广阔应用前景。

Description

一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺
技术领域
本发明涉及发泡铸造技术领域，具体涉及一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺。
背景技术
泡沫铝具有良好的吸能特性，在车辆碰撞防护、落体保护和爆炸防护等方面具有广阔发展前景。
但现有泡沫铝材料在吸能应用上还存在两方面问题：一是由于泡沫金属冶炼加工工艺不够成熟，存在着许多难题尚未很好地解决，突出地表现在：在金属冶炼发泡过程中，由于熔融金属流动性好，气泡和金属密度悬殊大，常规是从外部冷却熔体，冷却速度缓慢，导致金属有机会下沉、气泡容易上浮，结果泡体和固体分层明显，冶炼出的泡沫体密度呈现上小下大的梯度变化，造成成品率极低，每次冶炼只有不足三分之一的金属得到发泡，产品返工率高，导致冶炼能耗高、发泡剂消耗多，生产成本和产品价格居高不下，大大限制了吸能性能推广应用。二是泡沫铝泡体壁薄硬度不够，在车辆高速碰撞防护和高空坠落防护时吸能不够，需要进一步提升压缩屈服强度。
我们研发出一种低成本高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺。该工艺通过均匀添加发泡陶球，不仅解决了泡沫铝均匀发泡复合难题，而且利用陶球携带冷量实现从内部快速冷却铝熔体，克服了从熔体外部冷却慢的弊端，避免了气泡上浮导致的泡体和固体分层，实现了均匀发泡，减少了产品返工二次冶炼，大大降低了能耗，特别是通过廉价轻质陶球的添加，大大降低了复合发泡材料的生产成本，也利用轻质陶球良好的压缩屈服强度进一步提升了发泡材料的吸能效果，尤其对解决未来电动汽车碰撞防护具有重大意义。
发明内容
本发明针对现有技术缺陷提供一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，可以有效地解决泡沫铝发泡不均匀难题，降低发泡材料的生产成本，提升发泡材料的压缩屈服强度。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，是在铝发泡过程中通过整体压入浸没技术将发泡陶球添加到泡沫铝中，保证了陶球能够均匀地分布在泡沫铝中，提高了发泡材料的抗压强度和隔热性能，大大降低了产品成本。为解决泡沫铝气泡漂浮产生的分层不均匀难题，发泡陶球通过内冷外热方式添加，通过发泡陶球携带冷量进入熔体达到从内部快速冷却发泡熔体，有效控制了气泡上浮和密度梯度变化，实现了均匀发泡。
具体铸造方法如下：
(1)将选定密度、粒径的发泡陶球通体冷却至设定的低温待用。
(2)按铝发泡常规工艺在容器中将发泡剂投入铝熔体搅拌均匀后倒入到发泡模具中；
(3)将无底金属网箱倒成底朝上盛满步骤(1)备好的低温发泡陶球，用浸了水的可燃性绳网将无底金属网箱封底后倒转还原成绳网底朝下，将该箱迅速移到步骤(2)同步备好的发泡熔体上方，使金属网箱的底部绳网接触高温熔体表面，并同步加热使陶球表面温度瞬间升到接近熔体温度(陶球内部仍保持低温)。待网箱底麻绳网被烘干燃断后，将该网箱连同发泡陶球慢慢压入浸没到发泡熔体中进行静置发泡，此间低温发泡陶球从周边吸热使熔体从内部得到迅速冷却，降低了铝熔体的流动性，避免发泡剂产生的气泡向上漂浮，待熔体流动性下降到气泡流不动时提出无底金属网状箱即可；
(4)冷却后，将模具中发泡完成的复合泡沫体取出即可得到低成本高效吸能复合发泡新材料。
进一步的，上述泡沫铝也可以是泡沫铝合金。
进一步的，上述发泡陶球选择粒径、密度、孔隙率大体一致符合设计要求的轻质陶球，最佳粒径区间在0.5-1cm。
进一步的，上述泡沫铝与发泡陶球的体积比为1：0.5-1.5。
进一步的，上述金属网筐采用外部压力自上而下压入浸没到铝发泡熔体过程中，发泡陶球间的空气被熔体自然挤出。
进一步的，所述发泡陶球的加热方式通过高温热风吹拂实现表面快速加热。
进一步的，所述发泡陶球冷却设定的低温数值是个可变量，要根据泡沫铝熔体温度高低和泡沫铝熔体凝固临界温度以及发泡陶球添加量来确定，既可以通过模拟测算，也可通过反复实验取得经验数据来确定。
经检测，本发明工艺所生产的一种低成本高效吸能复合发泡新材料，压缩屈服强度大于5M Pa，吸能密度可达40～80MJ/cm3，比纯泡沫铝提高40％，成本比泡沫铝降低50％以上。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的技术方案改变传统泡沫铝发泡结构，通过添加发泡陶球，强化了空间结构和立体支撑，使陶球的硬性与泡沫铝的软性相互更好地结合，制备的复合新材料吸能效果更好；
(2)通过对陶球采用特殊的处理方式，最终制成的发泡材料均匀性大大提升；
(3)改变传统纯泡沫铝成本高的瓶颈，最大化降低成本；
附图说明：
图1为发明结构剖视图；
图2为无底金属网箱示意图；
图3为轻质陶球压入浸没示意图；
其中：1-泡沫铝；2-陶球；3-无底金属网箱。
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，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例
如图1-3所示，一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，包括泡沫铝材料1，在泡沫铝材料1内均匀添加发泡陶球2，发泡陶球2封闭在泡沫铝材料1内部，且各发泡陶球2之间相互不接触。发泡陶球2是在泡沫铝板材发泡过程中加入的，与泡沫铝一起成型，由泡沫铝进行包裹；将发泡陶球2作为填充材料加入到泡沫铝中，大大降低成本，改善发泡材料的抗压强度和隔热性能。发泡陶球2选择粒径区间在0.5-1cm，制成的复合材料成本大大降低，压缩屈服强度得到提升。
具体加工方法如下：
(1)将选定密度、粒径的发泡陶球通体冷却至0-5℃待用。
(2)按铝发泡常规工艺在容器中将发泡剂投入铝熔体搅拌均匀后倒入到发泡模具中；
(3)将无底金属网箱3倒成底朝上盛满步骤(1)备好的低温发泡陶球，用浸了水的可燃性绳网将无底金属网箱3封底后倒转还原成绳网底朝下，将该箱迅速移到步骤(2)同步备好的发泡熔体上方，使金属网箱底部绳网接触高温熔体表面，并同步加热使发泡陶球表面温度瞬间升到接近熔体温度(陶球内部仍保持低温)。待网箱底绳网被烘干燃断后，将该网箱连同发泡陶球慢慢压入浸没到发泡熔体中进行静置发泡，此间低温发泡陶球从周边吸热使熔体从内部得到迅速冷却，降低了铝熔体的流动性，避免发泡剂产生的气泡向上漂浮，待熔体流动性下降到气泡流不动时提出无底金属网箱即可；
(4)冷却后，将模具中发泡完成的复合泡沫体取出即可得到低成本高效吸能复合发泡新材料。
进一步的，上述泡沫铝也可以是泡沫铝合金。
进一步的，上述发泡陶球选择粒径、密度、孔隙率大体一致符合设计要求的轻质陶球，最佳粒径区间在0.5-1cm。
进一步的，上述泡沫铝与发泡陶球的体积比约为1：0.5-1.5。
进一步的，上述金属网筐采用外部压力自上而下压入浸没到铝发泡熔体过程中，发泡陶球间的空气被熔体自然挤出。
进一步的，上述发泡陶球的加热方式为高温热风吹拂实现表面快速加热。
进一步的，所述发泡陶球设定的低温数值是个可变量，要根据泡沫铝熔体温度高低和泡沫铝熔体凝固临界温度以及发泡陶球添加量来确定，既可以通过模拟测算，也可通过反复实验取得经验数据来确定。
经检测，本发明工艺所生产的一种低成本高效吸能复合发泡新材料，压缩屈服强度大于6M Pa，吸能密度可达70MJ/cm3，比纯泡沫铝提高40％，成本比纯泡沫铝降低50％以上。
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)

1.一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，其特征在于在铝发泡过程中通过整体压入浸没技术将发泡陶球添加到泡沫铝中。
2.根据权利要求1所述的一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，其特征在于：上述发泡陶球通过内冷外热方式添加，通过发泡陶球携带冷量进入熔体达到从内部快速冷却发泡熔体，有效控制了气泡上浮和密度梯度变化，实现了均匀发泡。
3.根据权利要求1所述的一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，其特征在于：所述发泡陶球选择粒径、密度、孔隙率大体一致符合设计要求的轻质陶球，最佳粒径区间在0.5-1cm。
4.根据权利要求1所述的一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，其特征在于：所述泡沫铝与发泡陶球的体积比区间为1：0.5-1.5。
5.根据权利要求1所述的一种高效吸能复合发泡新材料的铸造工艺，其特征在于：所述发泡陶球的加热方式为高温热风吹拂实现表面快速加热。
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