CN108384975A - 一种多孔铝合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多孔铝合金的制备方法，属于多孔金属技术领域。首先，将预热的NaCl颗粒与铝合金熔体进行液态搅拌均混，冷却凝固后得到盐/铝合金复合坯；其次，将盐/铝合金复合坯加热到铝合金的半固态温度区，通过半固态挤压及剪切获得一定外观形状和长度的盐/铝合金复合体；最后，用水溶除盐/铝合金复合体中的NaCl颗粒，得到孔径范围5~200μm、孔隙率40%~70%的微米孔径多孔铝合金。本发明所制得的微米孔径多孔铝合金，孔结构及外观形状可控，制备工艺简单，成本低，可实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔铝合金的制备方法，属于多孔金属技术领域。
背景技术
随着现代工业的发展，微米尺寸固体颗粒是工业气体排放中的主要污染物之一。工业废气中的固体颗粒的过滤，通常采用布袋式或塑烧板过滤器。布袋式过滤存在过滤效率低、使用寿命短等缺点，而塑烧板过滤存在价格高、不耐温等缺点。微米孔径多孔铝合金除具有过滤特性外，还具有铝合金的高强韧、耐高温、抗静电等性质，在高温工业废气的固气分离过滤领域有广阔的应用前景。
目前关于多孔铝合金的制备方法主要有渗流铸造法和粉末冶金法。在渗流铸造法中，当NaCl等渗流前驱颗粒尺寸小于200μm时，由于微细孔的毛细作用使熔体渗流不充分，渗流铸造法难以获得孔径小于200μm的微米孔径多孔铝合金。而粉末冶金法由于成本高、工艺复杂、无法生产大尺寸材料等而难以实现规模化工业生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔铝合金的制备方法，制备的微米孔径多孔铝合金，孔结构及外观形状可控，制备工艺简单，成本低，可实现工业化生产，具体包括以下步骤：
（1）铝合金熔化保温：将铝合金加热到高于铝合金液相线20~60℃的温度熔化，保温10~40min，获得铝合金熔体。
（2）NaCl颗粒分筛：将粒径范围在5~200μm的NaCl颗粒通过不同目数的分样筛筛选出不同粒径的NaCl颗粒。
（3）NaCl颗粒预热：根据目标孔隙率的要求，计算并称量NaCl颗粒的量，并将NaCl颗粒在300~500℃下预热20~50min。
（4）NaCl颗粒与铝合金熔体液态搅拌均混：将步骤（3）预热的NaCl颗粒加入到步骤（1）得到的铝合金熔体中，通过搅拌使NaCl颗粒均匀的分散在铝合金熔体中，冷却凝固后得到盐/铝合金复合坯。
（5）半固态挤压成形：将步骤（4）得到的盐/铝合金复合坯加热到铝合金固相体积分数为20%~60%所对应的温度，通过半固态挤压后进行剪切获得所需尺寸的盐/铝合金复合体。
（6）水溶除NaCl颗粒：将步骤（5）得到的盐/铝合金复合体空冷后在超声波清洗机中通过50~80℃的恒温水浴溶除NaCl颗粒1~5h，得到孔隙率为40%~70%、孔径范围与NaCl颗粒粒径范围相同的微米孔径多孔铝合金。
优选的，本发明步骤（2）中筛选出的NaCl颗粒的粒径范围分为5~38μm、38~58μm、58~80μm、80~106μm、106~120μm、120~150μm、150~180μm、180~200μm，在生产过程中，可根据所需多孔铝合金的孔径进行选择。
优选的，本发明步骤（4）中搅拌的条件为：搅拌速度为10~200r/min、搅拌时间为5~30min。
本发明所述多孔铝合金的断面形状通过挤压模具进行控制、长度通过定尺剪切进行控制；所得的微米孔径多孔铝合金的断面形状不受限制，根据实际需要进行选择，一般断面外观形状为：厚度2~10mm、断面宽度50~200mm的波浪状，或厚度2~10mm、外直径50~200mm的管状；其长度可根据需要进行剪切，一般在100~2000mm之间进行定尺剪切选取。
本发明所述的铝合金为具有一定半固态温度区间的铝基二元或多元合金。
发明原理
1、孔隙率控制及原料质量百分比选取原理
微米孔径多孔铝合金的孔隙率采用不同NaCl颗粒含量进行控制；当NaCl颗粒体积百分含量（目标孔隙率）低于40%时，得到的微米孔径多孔铝合金的过滤效率会降低；当NaCl颗粒的体积百分含量高于70%时，NaCl颗粒在铝合金熔体中的均匀分散困难；因此，本发明所制备微米孔径多孔铝合金的目标孔隙率为40~70%。
通过目标孔隙率可得到NaCl颗粒和铝合金的体积比V NaCl：V 铝合金，并可得到NaCl颗粒质量与铝合金质量的关系：
2、半固态挤压的固相体积分数及挤压温度控制原理
在半固态挤压过程中，由于NaCl颗粒的存在，在铝合金的半固态温度区，当铝合金固相体积分数高于60%时，半固态铝合金的流变应力会大大增加，使半固态挤压困难；当固相体积分数低于20%时，在半固态挤压过程中会发生液相流失现象，不利于微米孔径多孔铝合金孔结构的控制；因此，本发明采用半固态挤压，控制铝合金的固相体积分数为20%~60%，并可通过式（2）确定一定固相体积分数条件下的半固态挤压温度。
本发明有益效果
本发明所述方法制备的多孔铝合金孔结构及外观形状可控，制备工艺简单，成本低，可实现工业化生产；本发明所述方法不仅解决了常规渗流铸造法中铝合金由于NaCl颗粒的粒度低于200μm时所导致的熔体渗流不充分的问题；还解决了粉末冶金法的高成本及铝粉末难以烧结等问题。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
图2为实施例4微米孔径多孔ZL116铝合金的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述微米孔径多孔2024铝合金的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
（1）铝合金熔化保温：将2024铝合金（固-液两相区温度范围500~650℃）加热到670℃并保温40min，获得2024铝合金熔体。
（2）NaCl颗粒预热：目标孔隙率40%（V NaCl：V 铝合金=2：3），选取NaCl颗粒的比例用量（mNaCl：m铝合金=53%），将称取的5~38μm的NaCl颗粒（依次用400目及2000目分样筛筛选）在300℃下预热50min。
（3）NaCl颗粒与铝合金熔体液态搅拌均混：将步骤（2）预热的NaCl颗粒加入步骤（1）的铝合金熔体中，采用10r/min的搅拌速度搅拌30min，使NaCl颗粒均匀的分散在2024铝合金熔体中，冷却凝固后得到盐/2024铝合金复合坯。
（4）半固态挤压成形及定尺剪切：将步骤（3）所制得的盐/2024铝合金复合坯加热到620℃（2024铝合金固相体积分数20%所对应的温度），通过半固态挤压及定尺剪切，获得厚度为2mm、断面宽度50mm、长度为100mm的波浪状盐/2024铝合金复合体。
（5）水溶除NaCl颗粒：将步骤（4）的波浪状盐/2024铝合金复合体空冷后，在超声波清洗机中通过80℃的恒温水浴溶除NaCl颗粒1h，得到孔隙率40%、孔径范围5~38μm、厚度2mm、断面宽度50mm、长度100mm的波浪状多孔2024铝合金过滤板。
实施例2
本实施例所述微米孔径多孔7075铝合金的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）铝合金熔化保温：将7075铝合金（固-液两相区温度范围477~635℃）加热到665℃并保温30min，获得7075铝合金熔体。
（2）NaCl颗粒预热：目标孔隙率50%（V NaCl ：V 铝合金 =1：1），选取NaCl颗粒的比例用量（mNaCl：m铝合金=77%），将称取的58~80μm的NaCl颗粒（180目及250目分样筛筛选）在350℃下预热40min。
（3）NaCl颗粒与铝合金熔体液态搅拌均混：将步骤（2）预热的NaCl颗粒加入步骤（1）的铝合金熔体中，采用200r/min的搅拌速度搅拌5min，使NaCl颗粒均匀的分散在7075铝合金熔体中，冷却凝固后得到盐/7075铝合金复合坯。
（4）半固态挤压成形及定尺剪切：将步骤（3）的盐/7075铝合金复合坯加热到591℃（7075铝合金固相体积分数28%时所对应的温度），通过半固态挤压及定尺剪切，获得厚度为3mm、断面宽度100mm、长度500mm的波浪状盐/7075铝合金复合体。
（5）水溶除NaCl颗粒：将步骤（4）的波浪状盐/7075铝合金复合体空冷后，在超声波清洗机中通过70℃的恒温水浴溶除NaCl颗粒2h，得到孔隙率50%、孔径范围58~80μm、厚度3mm、断面宽度100mm、长度500mm的波浪状多孔7075铝合金过滤板。
实施例3
本实施例所述微米孔径多孔A356铝合金的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）铝合金熔化保温：将A356铝合金（固-液两相区温度范围557~613℃）加热到653℃并保温25min，获得A356铝合金熔体。
（2）NaCl颗粒预热：目标孔隙率55%（V NaCl：V 铝合金=11：9），选取NaCl颗粒的比例用量（mNaCl：m铝合金=99%），将称取的80~106μm的NaCl颗粒（150目及180目分样筛筛选）在350℃下预热40min。
（3）NaCl颗粒与铝合金熔体液态搅拌均混：将步骤（2）预热的NaCl颗粒加入步骤（1）的铝合金熔体中，采用160r/min的搅拌速度搅拌10min，使NaCl颗粒均匀的分散在A356铝合金熔体中，冷却凝固后得到盐/A356铝合金复合坯。
（4）半固态挤压成形及定尺剪切：将步骤（3）的盐/A356铝合金复合坯加热到585℃（A356铝合金固相体积分数50%时所对应的温度），通过半固态挤压及定尺剪切，获得厚度为5mm、断面宽度200mm、长度1000mm的波浪状多孔A356铝合金过滤板。
（5）水溶除NaCl颗粒：将步骤（4）的波浪状盐/A356铝合金复合体空冷后，在超声波清洗机中通过65℃的恒温水浴溶除2.5h，得到孔隙率为55%、孔径范围80~106μm、厚度5mm、断面宽度200mm、长度1000mm的波浪状多孔A356铝合金过滤板。
实施例4
本实施例所述微米孔径多孔ZL116铝合金的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）铝合金熔化保温：将ZL116铝合金（固-液两相区温度范围572~609℃）加热到654℃并保温20min，获得ZL116铝合金熔体。
（2）NaCl颗粒预热：目标孔隙率60%（V NaCl：V 铝合金=3：2），选取NaCl颗粒的比例用量（mNaCl：m铝合金=122%），将称取的106~120μm的NaCl颗粒（120目及150目分样筛筛选）在400℃下预热35min。
（3）NaCl颗粒与铝合金熔体液态搅拌均混：将步骤（2）预热的NaCl颗粒加入步骤（1）的铝合金熔体中，采用150r/min的搅拌速度搅拌15min，使NaCl颗粒均匀的分散在ZL116铝合金熔体中，冷却凝固后得到盐/ZL116铝合金复合坯。
（4）半固态挤压成形及定尺剪切：将步骤（3）的盐/ZL116铝合金复合坯加热到595℃（ZL116铝合金固相体积分数38%时所对应的温度），通过半固态挤压及定尺剪切，获得厚度为8mm、外直径100mm、长度1000mm的管状盐/ZL116铝合金复合体。
（5）水溶除NaCl颗粒：将步骤（4）的管状盐/ZL116铝合金复合体空冷后，在超声波清洗机中通过60℃的恒温水浴溶除NaCl颗粒3.5h，得到孔隙率60%、孔径范围106~120μm、厚度8mm、外直径100mm、长度1000mm的多孔ZL116铝合金过滤管。图2为本实施例制备得到的微米孔径多孔ZL116铝合金的SEM照片，由图可以看出，多孔过滤管微米孔的孔结构均匀、完整。
实施例5
本实施例所述微米孔径多孔6063铝合金的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）铝合金熔化保温：将6063铝合金（固-液两相区温度范围615~655℃）加热到715℃并保温10min，获得6063铝合金熔体。
（2）NaCl颗粒预热：目标孔隙率70%（V NaCl：V 铝合金=7：3），选取NaCl颗粒的比例用量（mNaCl：m铝合金=187%），将称取的180~200μm的NaCl颗粒（70目及80目分样筛筛选）在500℃下预热20min。
（3）NaCl颗粒与铝合金熔体液态搅拌均混：将步骤（2）预热的NaCl颗粒加入步骤（1）的铝合金熔体中，采用120r/min的搅拌速度搅拌25min，使NaCl颗粒均匀的分散在6063铝合金熔体中，冷却凝固后得到盐/6063铝合金复合坯。
（4）半固态挤压成形及定尺剪切：将步骤（3）的盐/6063铝合金复合坯加热到631℃（6063铝合金固相体积分数60%时所对应的温度），通过半固态挤压及定尺剪切，获得厚度为10mm、外直径200mm、长度2000mm的管状盐/6063铝合金复合体。
（5）水溶除NaCl颗粒：将步骤（4）的管状盐/6063铝合金复合体空冷后，在超声波清洗机中通过50℃的恒温水浴溶除5h，得到孔隙率70%、孔径范围180~200μm、厚度10mm、外直径200mm、长度2000mm的多孔6063铝合金过滤管。
Claims (4)
1.一种多孔铝合金的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）铝合金熔化保温：将铝合金加热到高于铝合金液相线20~60℃的温度熔化，保温10~40min，获得铝合金熔体；
（2）NaCl颗粒分筛：将粒径范围在5~200μm的NaCl颗粒通过不同目数的分样筛筛选出不同粒径的NaCl颗粒；
（3）NaCl颗粒预热：根据目标孔隙率的要求，计算并称量NaCl颗粒的量，并将NaCl颗粒在300~500℃下预热20~50min；
（4）NaCl颗粒与铝合金熔体液态搅拌均混：将步骤（3）预热的NaCl颗粒加入到步骤（1）得到的铝合金熔体中，通过搅拌使NaCl颗粒均匀的分散在铝合金熔体中，冷却凝固后得到盐/铝合金复合坯；
（5）半固态挤压成形：将步骤（4）得到的盐/铝合金复合坯加热到铝合金固相体积分数为20%~60%所对应的温度，通过半固态挤压后进行剪切获得所需尺寸的盐/铝合金复合体；
（6）水溶除NaCl颗粒：将步骤（5）得到的盐/铝合金复合体空冷后在超声波清洗机中通过50~80℃的恒温水浴溶除NaCl颗粒1~5h，得到孔隙率为40%~70%、孔径范围与NaCl颗粒粒径范围相同的微米孔径多孔铝合金。
2.根据权利要求1所述多孔铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（2）中筛选出的NaCl颗粒的粒径范围分为5~38μm、38~58μm、58~80μm、80~106μm、106~120μm、120~150μm、150~180μm、180~200μm。
3.根据权利要求1所述多孔铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（4）中搅拌的条件为：搅拌速度为10~200r/min、搅拌时间为5~30min。
4.根据权利要求1所述多孔铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（6）所获得的微米孔径多孔铝合金，其断面外观形状为：厚度为2~10mm、断面宽度为50~200mm的波浪状，或厚度为2~10mm、外直径为50~200mm的管状。
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- 2018-03-29 CN CN201810268525.1A patent/CN108384975B/zh active Active
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