CN108929966A - 一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，本发明利用低温金属球沉入到金属发泡熔体中，让低温金属球从金属发泡熔体内部吸热，使金属发泡熔体从内部迅速冷却至凝固临界点，降低金属发泡熔体流动性，然后缓慢撤出金属球，再进行保温控制凝固速度，延长发泡时间，这样既可以避免气泡上浮，又能使金属发泡熔体继续完成发泡，减少金属发泡熔体中泡体与液体.分层，提高成品率，控制返工率，降低铸造成本。

Description

一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺

技术领域

本发明涉及金属发泡技术领域，具体为一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺。

背景技术

多孔泡沫金属材料由金属骨架及孔隙所组成，是近年来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、防火、防潮、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种良好物理性能，兼之其易加工、易安装、可表面涂装和循环利用的特点，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。

泡沫金属是在纯金属或金属合金熔体中加入粘稠剂、发泡剂等添加剂，经过发泡工艺而成的新材料，同时兼有金属和气泡特征。目前已研制出的多孔泡沫金属材料有泡沫铝、泡沫铝合金、泡沫镍、泡沫锌、泡沫铅、泡沫钛等，其中泡沫铝的研究最早，并在实际应用中展现出广阔的前景。

虽然泡沫金属具有很好的应用前景，但由于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，熔体从外部冷却缓慢，导致金属有机会下沉、气泡容易上浮，发泡体在流动性刚好得到控制又能不影响发泡的温度区间持续时间很短，导致要么熔体流动性控制过早温度降得过早过低导致熔体不能充分发泡，要么外部冷却过快会导致内外生熟不一，出现空芯现象，要么流动性控制晚形成泡体和固体分层明显，上述三种情况都会造成成品率极低，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，从而制约着泡沫金属的推广和应用。

我公司以前曾有利用低温陶球置入发泡熔体从内部冷却提高发泡材料的均匀度技术，见《一种硬质轻体复合材料的均匀发泡与复合工艺》 (专利申请号201711009175.9)，但该技术是将陶球作为填充剂置入发泡熔体后不再分离出来，形成的是金属与非金属复合发泡材料。但在金属发泡材料铸造技术中，至今尚没有能够将携冷物输入发泡熔体内部吸热后又迅速撤出直接铸造纯金属发泡材料技术。

为此提出将低温金属球沉入发泡熔体中吸热后撤出的思路实现熔体内外同步冷却，既能使发泡体内部温度维持在流动性临界点较长时间有利于自由发泡，又能保证熔体自上而下都能发泡，使生成的气泡不漂浮，从而提高了泡沫金属的成品率，控制产品返工率，降低铸造成本，提升技术竞争力。

发明内容

针对现有技术存在的工艺缺陷，本发明提出将低温金属球沉入发泡熔体中，让低温金属球从正在发泡的金属熔体内部吸热，使金属发泡熔体从内部迅速冷却至凝固临界点，降低发泡熔体流动性，然后缓慢撤出金属球，再通过保温控制凝固速度，延长发泡时间，这样既可以避免气泡上浮，又能使金属发泡熔体继续完成发泡，从根本上解决了金属发泡中泡体漂浮产生分层的难题，提高了泡沫金属的成品率，控制产品返工率，降低铸造成本。

一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，步骤如下：

(1)根据金属发泡熔体大小将所需的金属球如钢球加工成立体空间结构的低温金属球阵待用；

(2)将步骤(1)制备的低温金属球阵通体冷却至设定的低温待用 (该温度要依据发泡熔体总量、温度以及金属球需要吸收热量多少进行核算确定)；

(3)同步准备冷却池，冷却池长宽高均分别是发泡模具长宽高的1.5 倍左右，冷却池四周为金属网状结构，孔径略小于冷却砂粒直径，两层池盖，池盖也为网状结构，但网孔直径是冷却砂粒直径的3-5倍。

冷却池底部摊铺20-30cm厚的中砂垫层，用冷水浸透，水位高于中砂垫层厚的三分之二，备用；并在冷却池上方用可平移吊斗装满浸透冷水的中砂，吊斗容积为模具容积的3-3.5倍，吊斗底部两层结构，上层为孔径1-3cm均匀网眼的网格结构，下层为封堵门，可随时打开放砂；在吊斗上部均匀设置若干喷水头；

(4)按金属发泡常规工艺将搅拌均匀后金属发泡熔体倒入发泡模具中；

(5)将步骤(2)备好的低温金属球阵，用金属绳索系吊着缓慢浸入步骤(4)同步备好的金属发泡熔体中，滞留1-3分钟，低温金属球完成与所述金属发泡熔体之间热量交换，达到温度平衡后，再用金属绳索将金属球阵吊离金属发泡熔体(金属球阵可循环使用)；

(6)使金属发泡熔体置于保温室内在凝固临界点温度区间上下保温维持5-10分钟，使其充分发泡；

(7)用行车将步骤(6)完成发泡的金属发泡熔体连同发泡模具吊运到步骤(3)备好的冷却池中，坐在中砂垫层上，然后盖上两层池盖，打开吊斗底部的封堵门，斗中湿砂漏入池中，经池盖网格阻挡减速后覆盖倒入发泡模具四周冷却池内，移去吊斗，打开喷水头快速喷水，使砂中充满冷却水，模具中的金属发泡熔体迅速完成冷却定型，得到发泡均匀的泡沫金属材料。

进一步的，上述金属为铝、镁、铜等金属或合金。

进一步的，上述冷却池底部设置有集水槽，集水槽内水位可调，高程20-30cm；

进一步的，上述冷却池上部开口设计成漏斗结构，方便冷却湿砂倒入。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用低温金属球阵沉入到金属发泡熔体中，让低温金属球从金属发泡熔体内部吸热，使金属发泡熔体从内部迅速冷却至凝固临界点，降低金属发泡熔体流动性，然后缓慢撤出金属球，再进行保温控制凝固速度，延长发泡时间，这样既可以避免气泡上浮，又能使金属发泡熔体继续完成发泡，减少金属发泡熔体中泡体与液体.分层，提高成品率，控制返工率，降低铸造成本。

附图说明

图1为本发明冷却池结构；

图2为本发明吊斗结构图；

图3为本发明立体空间结构的低温金属球阵结构图；

图4为本发明喷水头结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参见图1-4；

一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，步骤如下：

(1)根据金属发泡熔体大小将所需的金属球如钢球加工成立体空间结构的低温金属球阵1待用；该低温金属球阵1的体积根据发泡模具的体积设计，能够方便装入发泡模具中；

(2)将步骤(1)制备的低温金属球阵1通体冷却至设定的低温待用(该温度要依据发泡熔体总量、温度和金属球质量及其需要吸收热量多少进行核算确定)；

(3)同步准备冷却池2，冷却池2长宽高均分别是发泡模具长宽高的1.5倍左右，冷却池2四周为金属网状结构，孔径略小于砂粒直径，两层池盖，池盖也为网状结构，但网孔直径是砂粒直径3-5倍；冷却池 2上部开口设计成上大下小的漏斗结构，方便冷却湿砂倒入。

冷却池2底部设置有集水槽3，集水槽内水位可调，高程20-30cm，冷却池2底部摊铺20-30cm厚的中砂垫层，用冷水浸透，水位至砂层厚的三分之二处，备用；并在冷却池2上方用可平移吊斗4装满浸透冷水的中砂，吊斗4容积为发泡模具容积的3-3.5倍，吊斗4底部两层结构，上层为均匀设有若干孔径1-3cm的滤网5，下层为封堵门6，封堵门6可随时打开放砂；在冷却池2上部均匀设置若干喷水头7；

(4)按金属发泡常规工艺将搅拌均匀后金属发泡熔体倒入发泡模具中；

(5)将步骤(2)备好的低温金属球阵1，用金属绳索系吊着缓慢浸入步骤(4)同步备好的发泡熔体中，滞留1-3分钟，低温金属球阵1完成与所述金属发泡熔体之间热量交换，达到温度平衡后，再用金属绳索系将金属球阵1吊离金属发泡熔体(循环使用)；

(6)使金属发泡熔体置于保温室内在凝固临界点温度区间上下保温维持5-10分钟，使其充分发泡；

(7)用行车将步骤(6)完成发泡的金属发泡熔体连同发泡模具吊运到步骤(3)备好的冷却池2中，坐在中砂垫层上，然后盖上两层池盖，打开吊斗4底部的封堵门6，吊斗4中湿砂漏入池中，经池盖网格阻挡减速后覆盖倒入发泡模具四周冷却池2内，移去吊斗4，打开喷水头7快速喷水，使砂中充满冷却水，模具中的金属发泡熔体迅速完成冷却定型，得到发泡均匀的泡沫金属材料。

实施例2

参见图1-4；

一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，步骤如下：

(1)根据金属发泡熔体大小将所需的金属球如钢球加工成立体空间结构的低温金属球阵1待用；该低温金属球阵1的体积根据发泡模具的体积设计，能够方便装入发泡模具中；

(2)将步骤(1)制备的低温金属球阵1通体冷却至设定的低温待用，具体方法是将立体空间结构的低温金属球1放入冷冻设备中进行冷冻，温度低于-20℃，冷冻时间大于1小时；

(3)同步准备冷却池2，冷却池2长宽高均分别是发泡模具长宽高的1.5倍左右，冷却池2四周为金属网状结构，孔径略小于砂粒(砂粒选用普通砂粒)直径，上部设置两层池盖，池盖也为网状结构，但网孔直径是砂粒直径3-5倍，便于砂粒能够均匀落入冷却池2中；冷却池2 上部开口设计成上大下小的漏斗结构，方便冷却湿砂倒入。

冷却池2底部设置有集水槽3，集水槽内水位可调，高程20-30cm，冷却池2底部摊铺20-30cm厚的砂垫层，用冷水浸透，水位至砂层厚的三分之二处，备用；并在冷却池2上方用可平移吊斗4装满浸透冷水的砂，吊斗4容积为发泡模具2容积的3-3.2倍，吊斗4底部两层结构，上层为均匀设有若干孔径1-3cm的滤网5，使砂粒能够下落，下层为封堵门6，封堵门6可随时打开放砂；在冷却池2上部均匀设置若干喷水头7；喷水头7设置为弧形结构，能够使冷却成2至少3个面喷上水；

(4)按金属发泡常规工艺(如金属选择铝，则采用泡沫铝发泡工艺) 将搅拌均匀后金属发泡熔体倒入发泡模具中；

(5)将步骤(2)备好的低温金属球阵1，用金属绳索系吊着缓慢浸入步骤(4)同步备好的发泡熔体中，滞留1-3分钟，低温金属球阵1完成与所述金属发泡熔体之间热量交换，达到温度平衡后，再用金属绳索系将立体空间结构的金属球阵1吊离金属发泡熔体(循环使用)；

(6)使金属发泡熔体置于保温室内在凝固临界点温度区间上下保温维持5-10分钟，使其充分发泡；

(7)用行车将步骤(6)完成发泡的金属发泡熔体连同发泡模具吊运到步骤(3)备好的冷却池2中，坐在中砂垫层上，然后盖上两层池盖，打开吊斗4底部的封堵门6，吊斗4中湿砂漏入池中，经池盖网格阻挡减速后覆盖着发泡模具四周冷却池2内，移去吊斗4，打开喷水头7快速喷水，使砂中充满冷却水，模具中的金属发泡熔体迅速完成冷却定型，得到发泡均匀的泡沫金属材料。

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)

1.一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，其特征在于步骤如下：

(1)根据金属发泡熔体大小将所需的金属球如钢球加工成立体空间结构的低温金属球阵待用；

(2)将步骤(1)制备的低温金属球阵通体冷却至设定的低温待用，该温度要依据发泡熔体总量、温度和金属球质量及其需要吸收热量多少进行核算确定；

(3)同步准备冷却池，冷却池长宽高均分别是发泡模具长宽高的1.5倍左右，冷却池四周为金属网状结构，孔径略小于冷却砂粒直径，两层池盖，池盖也为网状结构，但网孔直径是冷却砂粒直径的3-5倍；

冷却池底部摊铺20-30cm厚的中砂垫层，用冷水浸透，水位至砂厚的三分之二处，备用；并在冷却池上方用可平移吊斗装满浸透冷水的中砂，吊斗容积为模具容积的3-3.5倍，吊斗底部两层结构，上层为孔径1-3cm均匀网眼的网格结构，下层为封堵门，可随时打开放砂；在吊斗上部均匀设置若干喷水头；

(4)按金属发泡常规工艺将搅拌均匀后金属发泡熔体倒入发泡模具中；

(5)将步骤(2)备好的低温金属球，用金属绳索系吊着缓慢浸入步骤(4)同步备好的发泡熔体中，滞留1-3分钟，低温金属球完成与所述金属发泡熔体之间热量交换，达到温度平衡后，再用金属绳索将金属球阵吊离金属发泡熔体；

(6)使金属发泡熔体置于保温室内在凝固临界点温度区间上下保温维持5-10分钟，使其充分发泡；

(7)用行车将步骤(6)完成发泡的金属发泡熔体连同发泡模具吊运到步骤(3)备好的冷却池中，坐在中砂垫层上，然后盖上两层池盖，打开吊斗底部的封堵门，斗中湿砂漏入池中，经池盖网格阻挡减速后覆盖倒入发泡模具四周冷却池内，移去吊斗，打开喷水头快速喷水，使砂中充满冷却水，模具中的金属发泡熔体迅速完成冷却定型，得到发泡均匀的泡沫金属材料。

2.根据权利要求1所述的一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，其特征在于：上述金属为铝、镁、铜或其合金。

3.根据权利要求1所述的一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，其特征在于：上述冷却池底部设置有集水槽，集水槽内水位可调，高程20-30cm。

4.根据权利要求1所述的一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，其特征在于：上述冷却池上部开口设计成上大下小的漏斗结构。

5.根据权利要求1所述的一种利用沉球吸热促进金属均匀发泡的工艺，其特征在于：上述金属球选取不锈钢球。