CN110438361B - 一种吹气法制备泡沫铝材料的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种吹气法制备泡沫铝材料的装置及方法，装置包括反应容器、吹气管和气室；反应容器内设有搅拌桨；若干个吹气管穿过反应容器的底板并固定在底板上，吹气管的顶端设有吹气管头，每个吹气管的底端与气室连通，吹气管上设有流量控制器；气室通过带有减压阀的进气管与气源连通；方法为：1)在反应容器中将铝合金加热，形成铝合金熔体；加入增粘剂；(2)升温搅拌混合；(3)降温至680±5℃；通过气源向气室通入空气，空气经吹气管进入混合物料内，形成上升的微小气泡，液面形成泡沫铝中间体取出空冷。本发明的装置及方法能够在不破坏工艺连续性的条件下短时间内制备泡沫铝材料，有效控制胞孔尺寸，制成胞孔分布均匀、性能良好的泡沫铝材料。

Description

一种吹气法制备泡沫铝材料的装置及方法
技术领域
本发明属于多孔金属材料技术领域，具体涉及一种吹气法制备泡沫铝材料的装置及方法。
背景技术
泡沫铝作为一种新型材料，具有密度低，隔音，绝热，减震，电磁屏蔽等优良特性，在建筑，交通，航空航天等行业都有广泛的应用，其材料种类分为开孔和闭孔两种，其中闭孔材料的用途更加广泛。泡沫铝材料的制备方法主要有吹气发泡法、粉末冶金法和熔体发泡法。粉末冶金法和发泡剂发泡法的原理是发泡剂受到高温分解并在铝熔体产生气泡，制得闭孔泡沫铝材料，这两种方法的工艺复杂，成本较高。
吹气发泡法制备泡沫铝具有成本低、连续生产等优点。其原理是将铝或铝合金熔化，然后在铝熔液中加入碳化硅、氧化镁等高熔点材料颗粒增加熔液的粘性增加气泡的稳定性，利用吹气管将底吹气体从容器底部通入熔体中，并连续产生大量气泡上升到容器顶部，经冷却后形成具有一定含气率的泡沫铝材料；吹气发泡法生产的材料胞孔尺寸一般为5～20mm，其缺点在于吹气过程中难以控制气泡的分散性，导致生成的泡沫铝材料密度不均匀，严重影响材料的质量。
另一方面，胞孔尺寸小于5mm的泡沫铝材料具有许多优点。当泡沫铝的胞孔尺寸较小时，胞孔形状更加趋近于球形，使得胞孔受力均匀，可以承受更大的应力，材料的机械性能提高。同时，小孔径泡沫铝在冷却过程中坍塌现象较少，有利于泡沫铝材料大尺寸化生产，并且更易流动和形变，有利于泡沫铝材料二次加工。
泡沫铝材料的胞孔尺寸与制备过程中铝熔体中气泡尺寸直接相关，因而目前可通过减小吹气管管径来减小熔体内的气泡大小，从而控制材料的胞孔尺寸；但是，减小吹气管管径会限制通入气体的流量大小，进而降低气泡生成效率，难以实现工业化生产；此外，气泡到达顶端后，在泡沫堆积过程中，泡体会沿液面中心向外重新分布，增加了泡体的聚并现象，降低了最终胞孔的均匀性。
发明内容
本发明的目的是提供一种吹气法制备泡沫铝材料的装置及方法，利用多个小尺寸的吹气管，实现气泡尺寸的精确控制，通过设置吹气管的数量及间距，控制形成大量稳定的微小气泡，使泡体均匀稳定，有利于泡体在容器顶端的堆积，快速制备胞孔平均尺寸小，均匀性良好的泡沫铝材料。
本发明的一种吹气法制备泡沫铝材料的装置包括反应容器、吹气管和气室；反应容器内设有搅拌桨；若干个吹气管穿过反应容器的底板并固定在底板上，每个吹气管的顶端设有吹气管头位于反应容器内，每个吹气管的底端与气室连通，吹气管上设有流量控制器位于气室和反应容器的底板之间；气室通过带有减压阀的进气管与气源连通；所述的吹气管头的内径0.05～0.15mm；各吹气管在底板上排列为若干排；每排吹气管中，相邻两个吹气管的间距5～10mm；相邻两排吹气管的间距5～10mm。
上述装置中，气室分为一级气室和若干个二级气室；一级气室的进气口通过带有减压阀的管道与气源连通，一级气室设有若干个一级出气口，每个一级出气口通过管道与一个二级气室的进气口连通；每个二级气室设有若干个二级出气口，每个二级出气口与吹气管的底端连通。
上述装置中，吹气管的数量至少80个。
上述装置中，吹气管和吹气管头的材质为陶瓷或不锈钢。
上述的一级气室和二级气室的体积比为4～6。
本发明的吹气法制备泡沫铝材料的方法是采用上述装置，包括以下步骤：
(1)在反应容器中将铝合金加热至超过熔融温度，形成铝合金熔体；向铝合金熔体中加入增粘剂碳化硅粉料或氧化镁粉料，然后保持至少40min使反应容器以及增粘剂中的水分挥发；
(2)将反应容器内的物料升温至700±10℃，开启搅拌桨使增粘剂在铝合金熔体中分布均匀，形成混合物料；
(3)将反应容器内的混合物料降温至680±5℃；开启减压阀通过气源向气室通入空气，空气经吹气管进入混合物料内，通过调节流量控制器使各吹气管内的流速差≤5％；进入混合物料中的空气形成大量上升的微小气泡，并使混合物料在液面形成泡沫铝中间体；将泡沫铝中间体取出空冷至常温，获得泡沫铝材料。
上述方法中，各吹气管内空气的平均流速为1～5mL/min。
上述方法中，微小气泡的尺寸在0.8～3.5mm之间。
上述的增粘剂的粒径≤5μm。
上述的泡沫铝材料内部的孔洞的孔径3～10mm，孔隙率70～90％。
上述的减压阀用于控制吹气管内压力稳定，且控制吹气管内的压力在0.2±0.02MPa。
上述方法中，吹气管的流量由流量控制器控制，通过开启和关闭流量控制器来调节工作的吹气管数量，能够适用于多种孔径尺寸的泡沫铝材料制备。
与现有技术相比本发明提供的吹气法制备泡沫铝材料的装置及方法采用多个小尺寸的吹气管，在不破坏工艺连续性的条件下短时间内制备泡沫铝材料；由于吹气管的数量多且分布合理，可在短时间内产生大量气泡，减少了气泡在上升过程中互相掺混的概率，有效控制了小气泡聚并成大气泡的现象，解决了以往吹气法制备泡沫铝工艺中出现的气泡尺寸不均匀以及大空泡等影响材料性能的问题；既能有效控制胞孔尺寸，同时实现在时间较短的条件下制备胞孔分布均匀、性能良好的泡沫铝材料。
附图说明
图1为本发明实施例中的吹气法制备泡沫铝材料的装置结构示意图；
图2为图1中的底板部分俯视结构示意图；
图中，1、进气管，2、减压阀，3、气室(上层为二级气室，下层为一级气室)，4、吹气管，5、流量控制器，6、吹气管头，7、反应容器，8、气泡，9、混合物料，10、搅拌桨。
具体实施方式
本发明实施例中采用的铝合金为A356铝合金。
本发明实施例中采用的流量控制器选用市购浮子流量计。
本发明实施例中每个二级气室与3～4个吹气管连通。
本发明实施例中二级气室的体积5cm2。
本发明实施例中的碳化硅粉料或氧化镁粉料为市购产品。
本发明实施例中增粘剂的用量按质量比为增粘剂:铝合金熔体＝0.02～0.04。
本发明实施例中一级气室和二级气室的体积比为4～6。
实施例1
吹气法制备泡沫铝材料的装置结构如图1所示，俯视图结构如图2所示，包括反应容器7、吹气管4和气室3；反应容器7内设有搅拌桨10；若干个吹气管4穿过反应容器7的底板并固定在底板上，每个吹气管4的顶端设有吹气管头6位于反应容器7内，每个吹气管4的底端与气室3连通，吹气管4上设有流量控制器5位于气室3和反应容器7的底板之间；气室3通过带有减压阀2的进气管1与气源连通；
吹气管头6的内径0.1mm；各吹气管4在底板上排列为若干排；每排吹气管4中，相邻两个吹气管4的间距8mm；相邻两排吹气管4的间距8mm；
气室3分为一级气室和若干个二级气室；一级气室的进气口通过带有减压阀的管道与气源连通，一级气室设有若干个一级出气口，每个一级出气口通过管道与一个二级气室的进气口连通；每个二级气室设有若干个二级出气口，每个二级出气口与吹气管4的底端连通；
吹气管4的数量90个；
吹气管4和吹气管头6的材质为陶瓷；
吹气法制备泡沫铝材料的方法是采用上述装置，包括以下步骤：
(1)在反应容器中将铝合金加热至400℃，形成铝合金熔体；向铝合金熔体中加入粒径≤5μm的碳化硅粉料作为增粘剂，然后保持40min使反应容器以及增粘剂中的水分挥发；
(2)将反应容器内的物料升温至700±10℃，开启搅拌桨使增粘剂在铝合金熔体中分布均匀，形成混合物料；
(3)将反应容器内的混合物料降温至680±5℃；开启减压阀通过气源向气室通入空气，各吹气管内空气的平均流速为3.7～4.3mL/min；空气经吹气管进入混合物料内，通过调节流量控制器使各吹气管内的流速差≤5％；进入混合物料中的空气形成大量上升的微小气泡，微小气泡的平均尺寸0.8～3.5mm，并使混合物料在液面形成泡沫铝中间体；将在液面顶部堆积的泡沫铝中间体取出空冷至常温，获得泡沫铝材料；泡沫铝材料内部的孔洞的孔径3～10mm，孔隙率80％；
上述的减压阀用于控制吹气管内压力稳定，且控制吹气管内的压力在0.2±0.02MPa；
空气经减压阀后压力控制在0.3MPa；
吹气管头产生的微小气泡平均尺寸为1.7mm，泡沫铝中间体的平均胞孔尺寸为4.5mm。
实施例2
装置结构同实施例1，不同点在于：
(1)吹气管头的内径0.15mm；相邻两个吹气管的间距10mm；相邻两排吹气管的间距10mm；
(2)吹气管的数量62个；
(3)吹气管和吹气管头的材质为不锈钢；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)增粘剂为氧化镁粉料；
(2)各吹气管内空气的平均流速为5.7～6.3mL/min；微小气泡的平均尺寸3.1mm，泡沫铝材料孔隙率90％；泡沫铝中间体的平均胞孔尺寸为7.5mm。
实施例3
装置结构同实施例1，不同点在于：
(1)吹气管头的内径0.05mm；相邻两个吹气管的间距5mm；相邻两排吹气管的间距5mm；
(2)吹气管的数量118个；
(3)吹气管和吹气管头的材质为不锈钢；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)增粘剂为氧化镁粉料；
(2)各吹气管内空气的平均流速为2.7～3.3mL/min；微小气泡的平均尺寸1.0mm，泡沫铝材料孔隙率70％；泡沫铝中间体的平均胞孔尺寸为3.2mm。

Claims (5)

1.一种吹气法制备泡沫铝材料的方法，其特征在于采用吹气法制备泡沫铝材料的装置，该装置包括反应容器、吹气管和气室；反应容器内设有搅拌桨；若干个吹气管穿过反应容器的底板并固定在底板上，每个吹气管的顶端设有吹气管头位于反应容器内，每个吹气管的底端与气室连通，吹气管上设有流量控制器位于气室和反应容器的底板之间；气室通过带有减压阀的进气管与气源连通；所述的吹气管头的内径0.05~0.15mm；各吹气管在底板上排列为若干排；每排吹气管中，相邻两个吹气管的间距5~10mm；相邻两排吹气管的间距5~10mm；所述的气室分为一级气室和若干个二级气室；一级气室的进气口通过带有减压阀的管道与气源连通，一级气室设有若干个一级出气口，每个一级出气口通过管道与一个二级气室的进气口连通；每个二级气室设有若干个二级出气口，每个二级出气口与吹气管的底端连通；所述的吹气管的数量至少80个；
方法包括以下步骤：
（1）在反应容器中将铝合金加热至超过熔融温度，形成铝合金熔体；向铝合金熔体中加入增粘剂碳化硅粉料或氧化镁粉料，然后保持至少40min使反应容器以及增粘剂中的水分挥发；
（2）将反应容器内的物料升温至700±10℃，开启搅拌桨使增粘剂在铝合金熔体中分布均匀，形成混合物料；
（3）将反应容器内的混合物料降温至680±5℃；开启减压阀通过气源向气室通入空气，空气经吹气管进入混合物料内，各吹气管内空气的平均流速为1~5mL/min，通过调节流量控制器使各吹气管内的流速差≤5%；进入混合物料中的空气形成大量上升的微小气泡，微小气泡的尺寸在0.8~3.5mm之间，并使混合物料在液面顶部形成泡沫铝中间体；将泡沫铝中间体取出空冷至常温，获得泡沫铝材料。
2.根据权利要求1所述的一种吹气法制备泡沫铝材料的方法，其特征在于所述的吹气管和吹气管头的材质为陶瓷或不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种吹气法制备泡沫铝材料的方法，其特征在于所述的一级气室和二级气室的体积比为4~6。
4.根据权利要求1所述的一种吹气法制备泡沫铝材料的方法，其特征在于所述的增粘剂的粒径≤5μm。
5.根据权利要求1所述的一种吹气法制备泡沫铝材料的方法，其特征在于所述的泡 沫铝材料内部的孔洞的孔径3~10mm，孔隙率70~90%。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022122172A (ja) * 2021-02-09 2022-08-22 トヨタ自動車株式会社 発泡金属の製造方法
CN114772723B (zh) * 2022-06-16 2022-10-11 天津若金智能环保科技有限公司 用于自养反硝化脱氮的多孔硫、制备方法和装置及应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017171991A (ja) * 2016-03-24 2017-09-28 日立化成株式会社 アルミニウム多孔質体の製造方法
CN109735732A (zh) * 2019-03-08 2019-05-10 长江师范学院 一种吹气发泡法连续制备闭孔泡沫铝装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7195662B2 (en) * 2001-06-15 2007-03-27 Huette Klein-Reichenbach Gesellschaft Mbh Device and process for producing metal foam
CN101948962B (zh) * 2010-09-19 2012-07-25 昆明理工大学 一种泡沫铝/铝合金的真空发泡制备方法
CN109513941B (zh) * 2018-12-28 2022-01-07 北京康普锡威科技有限公司 一种空心铝合金微球制备装置及制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017171991A (ja) * 2016-03-24 2017-09-28 日立化成株式会社 アルミニウム多孔質体の製造方法
CN109735732A (zh) * 2019-03-08 2019-05-10 长江师范学院 一种吹气发泡法连续制备闭孔泡沫铝装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"吹气法制备泡沫铝的性能";范雪柳等;《中国有色金属学报》;20110630;第21卷(第6期);第1320-1327页 *

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