CN111434788A - 一种复合型泡沫铝材的生产制备方法 - Google Patents

一种复合型泡沫铝材的生产制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，具体包括如下步骤：S1、制成初步发泡球体，干燥后备用；S2、制成最终发泡球体，干燥后备用；S3、形成氧化石墨烯浆料，备用；S4、形成铝合金熔体；S5、搅拌形成预处理铝合金熔体；S6、进行渗流铸造，形成泡沫铝板坯料；S7、去除模具，超声浸渍一段时间，洗涤后，并在惰性气体保护下烘干；S8、将另一泡沫铝板坯料与被喷涂有氧化石墨烯浆料的泡沫铝板坯料贴合，形成复合型泡沫铝板坯料；S9、将复合型泡沫铝板坯料放入加热炉中，加热，然后，轧制成为最终的复合型泡沫铝板。本发明方法制备的复合型泡沫铝材具备良好的力学性能，结构强度得到提高，密度小，绝热性能好。

Description

一种复合型泡沫铝材的生产制备方法
技术领域
本发明涉及泡沫铝材生产技术领域，具体是一种复合型泡沫铝材的生产制备方法。
背景技术
泡沫铝材料是一种新型功能材料，其发明已有四十多年的历史。直至今日，国内外已相继研制出多种生产泡沫铝的方法，但基本上可分为两种类型，一种是气泡独立存在，称之为独立气泡型，也称闭孔型；另一种是气泡呈连续状态，称之为连续气泡型，也称开孔型。
泡沫铝作为一种很有应用前景的缓冲吸能材料，存在力学性能不佳的缺点，泡沫铝的力学性能主要由其密度决定，但孔的尺寸、结构与分布同样是决定力学性能的重要参数，泡沫铝的杨氏模量与剪切模量都随密度的增加而增加，而为了保持在低密度下良好的强度，需要对其进行增强。
目前熔体发泡法最常使用的发泡剂氢化钛的起始分解温度为433℃(分解峰为611℃)，与泡沫铝最适宜发泡温度660℃～740℃不相匹配。在发泡过程中，由于铝熔点超过氢化钛最大分解峰温度，氢化钛会在刚加入铝熔体的极短时间内不可控的快速分解，导致氢化钛在铝熔体中没有足够时间分散均匀，也不能够在搅拌均匀后保持良好的发泡能力，最后制备得到的泡沫铝孔分布不均匀，孔结构不规则。
而采用具有较高分解温度的发泡剂碳酸钙进行泡沫铝生产时，其分解温度为825℃，远高于铝熔体，在碳酸钙分解温度下铝熔体黏度很低，难以保留住熔体内的气体，同时，碳酸钙与铝的相容性较差，制备的泡沫铝孔壁塑性、韧性差，泡沫铝力学性能低。
如何降低泡沫铝的生产制作成本，使得泡沫铝材具备良好的力学性能，结构强度得到加强，实现产业升级成为需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将粉煤灰、黏土与金属氢化物按比例均匀搅拌混合，加入造粒机中，加水，制成初步发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，粉煤灰为15～25%，黏土为30～45%，其余为金属氢化物；
S2、将初步发泡球体、黏土与碳酸钙粉末按比例均匀混合后，加入造粒机中，加水，制成最终发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，初步发泡球体为60～65%，黏土为15～20%，其余为碳酸钙粉末；
S3、将氧化石墨烯、纤维素与乙醇搅拌混合均匀，氧化石墨烯与纤维素的质量比为1:2～1:3，氧化石墨烯与乙醇的质量比为1:30～1:40，然后，加入分散剂，进行超声分散后，形成氧化石墨烯浆料，备用；
S4、将铝锭加入熔炉中加热、熔化，并加热至1020～1050℃，按质量比例将锰粉、锆粉以及铥粉加入熔炉中，搅拌15～20min，形成铝合金熔体，按质量计，其中，锰粉为1.5～2.3%，锆粉为0.5～0.7%，铥粉为0.05～0.12%，其余为铝；
S5、将铝合金熔体转入发泡炉，将发泡炉温度控制在840～850℃，加入定量的碳酸钙粉末，搅拌形成预处理铝合金熔体；
S6、将最终发泡球体加入到模具中，将预处理铝合金熔体导入模具内，进行渗流铸造，形成泡沫铝板坯料；
S7、去除模具，将泡沫铝坯料放置于去离子水中，超声浸渍一段时间，洗涤后，并在惰性气体保护下烘干；
S8、在烘干后的泡沫铝板坯料表面喷涂氧化石墨烯浆料，厚度为0.5～1.2mm，再将另一泡沫铝板坯料与被喷涂有氧化石墨烯浆料的泡沫铝板坯料贴合，形成复合型泡沫铝板坯料；
S9、将复合型泡沫铝板坯料放入加热炉中，在520～530℃下加热20～25min，然后，经过万能轧机在380Mpa的压力下轧制，冷却，成为最终的复合型泡沫铝板。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中的金属氢化物采用氢化钛、氢化钙、氢化锆中的一种或几种混合物。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中的初步发泡球体的直径为3～5mm，所述步骤S2中的最终发泡球体的直径为6～10mm。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S5中的碳酸钙粉末占铝合金熔体的质量百分数为1.1～1.3%，搅拌时间为2～3min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S6中渗流铸造的具体操作方法为：
1）最终发泡球体加入到模具后，将模具温度预热至410～425℃；
2）将预处理铝合金熔体导入模具中，进行渗流铸造，控制最终发泡球体和预处理铝合金熔体之间的质量比为1:5～1:6，通过机械真空泵和真空室的配合，从模具底部抽气，使得预处理铝合金熔体填充满模具腔体；
3）然后，将模具加热至510～520℃，恒温处理2～3min，然后冷却，形成泡沫铝板坯料。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S7中，在氮气保护下，对泡沫铝板坯料进行烘干，烘干温度为130℃，烘干时间为15min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S7中，超声浸渍处理的时间为20～30min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S4中具体采用中频熔炼炉将铝锭熔化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明方法的复合型泡沫铝板经过三次发泡成型制成，复合型泡沫铝板内部不仅具有独立的气泡，还有均匀分布的连续型气泡，泡体壁厚分布均衡，有效提高了整体的抗压性能和吸音效果；该复合型泡沫铝板整体质量轻，密度小，生产制作成本低；增加的氧化石墨烯层，进一步提高了铝板材的整体结构强度。
具体实施方式
下面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。
一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将粉煤灰、黏土与金属氢化物按比例均匀搅拌混合，加入造粒机中，加水，制成初步发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，粉煤灰为15～25%，黏土为30～45%，其余为金属氢化物；
其中，金属氢化物采用氢化钛、氢化钙、氢化锆中的一种或几种混合物；初步发泡球体的直径为3～5mm。
S2、将初步发泡球体、黏土与碳酸钙粉末按比例均匀混合后，加入造粒机中，加水，制成最终发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，初步发泡球体为60～65%，黏土为15～20%，其余为碳酸钙粉末；
其中，最终发泡球体的直径为6～10mm。
S3、将氧化石墨烯、纤维素与乙醇搅拌混合均匀，氧化石墨烯与纤维素的质量比为1:2～1:3，氧化石墨烯与乙醇的质量比为1:30～1:40，然后，加入分散剂，进行超声分散后，形成氧化石墨烯浆料，备用；
S4、将铝锭加入熔炉中加热、熔化，并加热至1020～1050℃，采用中频熔炼炉将铝锭熔化，按质量比例将锰粉、锆粉以及铥粉加入熔炉中，搅拌15～20min，形成铝合金熔体，按质量计，其中，锰粉为1.5～2.3%，锆粉为0.5～0.7%，铥粉为0.05～0.12%，其余为铝；
S5、将铝合金熔体转入发泡炉，将发泡炉温度控制在840～850℃，加入定量的碳酸钙粉末，搅拌形成预处理铝合金熔体；
其中，碳酸钙粉末占铝合金熔体的质量百分数为1.1～1.3%，搅拌时间为2～3min。
S6、将最终发泡球体加入到模具中，将模具温度预热至410～425℃，将预处理铝合金熔体导入模具中，进行渗流铸造，控制最终发泡球体和预处理铝合金熔体之间的质量比为1:5～1:6，通过机械真空泵和真空室的配合，从模具底部抽气，使得预处理铝合金熔体填充满模具腔体，然后，将模具加热至510～520℃，恒温处理2～3min，然后冷却，形成泡沫铝板坯料；
S7、去除模具，将泡沫铝坯料放置于去离子水中，超声浸渍处理20～30min，洗涤后，在氮气保护下，对泡沫铝板坯料进行烘干，烘干温度为130℃，烘干时间为15min；
S8、在烘干后的泡沫铝板坯料表面喷涂氧化石墨烯浆料，厚度为0.5～1.2mm，再将另一泡沫铝板坯料与被喷涂有氧化石墨烯浆料的泡沫铝板坯料贴合，形成复合型泡沫铝板坯料；
S9、将复合型泡沫铝板坯料放入加热炉中，在520～530℃下加热20～25min，然后，经过万能轧机在380Mpa的压力下轧制，冷却，成为最终的复合型泡沫铝板。
在本发明方法中，先在840～850℃下的铝合金熔体中，加入定量的碳酸钙粉末，进行初期发泡，搅拌形成预处理铝合金熔体；再预处理铝合金熔体导入含有最终发泡球体的模具中，进行渗流铸造，由于预处理铝合金熔体的温度较高，最终发泡球体表层的碳酸钙会分解并释放出气体，而内部初步发泡球体的金属氢化物在热传导的作用下也会分解并释放出气体，实现铝合金熔体的二次发泡，在初步发泡球体的金属氢化物未分解完全，就将其冷却，形成泡沫铝板坯料，然后，在两个泡沫铝板坯料之间添加氧化石墨烯层，形成复合型泡沫铝板坯料，复合型泡沫铝板坯料在520～530℃下加热20～25min，在初步发泡球体内部未分解完全的金属氢化物会继续分解并释放出气体，从而实现三次发泡，最终轧制成复合型泡沫铝板。
该复合型泡沫铝板内部不仅具有独立的气泡，还有均匀分布的连续型气泡，泡体壁厚分布均衡，有效提高了整体的抗压性能和吸音效果；该复合型泡沫铝板整体质量轻，密度小，生产制作成本低；增加的氧化石墨烯层，进一步提高了铝板材的整体结构强度。
实施例1
一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将粉煤灰、黏土与金属氢化物按比例均匀搅拌混合，加入造粒机中，加水，制成初步发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，粉煤灰为15%，黏土为30%，其余为金属氢化物；其中，金属氢化物采用氢化钛、氢化钙、氢化锆中的一种或几种混合物；初步发泡球体的直径为3mm。
S2、将初步发泡球体、黏土与碳酸钙粉末按比例均匀混合后，加入造粒机中，加水，制成最终发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，初步发泡球体为60%，黏土为15%，其余为碳酸钙粉末；其中，最终发泡球体的直径为6mm。
S3、将氧化石墨烯、纤维素与乙醇搅拌混合均匀，氧化石墨烯与纤维素的质量比为1:3，氧化石墨烯与乙醇的质量比为1:40，然后，加入分散剂，进行超声分散后，形成氧化石墨烯浆料，备用；
S4、将铝锭加入熔炉中加热、熔化，并加热至1020℃，采用中频熔炼炉将铝锭熔化，按质量比例将锰粉、锆粉以及铥粉加入熔炉中，搅拌15min，形成铝合金熔体，按质量计，其中，锰粉为1.5%，锆粉为0.5%，铥粉为0.05%，其余为铝；
S5、将铝合金熔体转入发泡炉，将发泡炉温度控制在840℃，加入定量的碳酸钙粉末，搅拌形成预处理铝合金熔体；其中，碳酸钙粉末占铝合金熔体的质量百分数为1.1%，搅拌时间为2min。
S6、将最终发泡球体加入到模具中，将模具温度预热至410℃，将预处理铝合金熔体导入模具中，进行渗流铸造，控制最终发泡球体和预处理铝合金熔体之间的质量比为1:6，通过机械真空泵和真空室的配合，从模具底部抽气，使得预处理铝合金熔体填充满模具腔体，然后，将模具加热至510℃，恒温处理2min，然后冷却，形成泡沫铝板坯料；
S7、去除模具，将泡沫铝坯料放置于去离子水中，超声浸渍处理20min，洗涤后，在氮气保护下，对泡沫铝板坯料进行烘干，烘干温度为130℃，烘干时间为15min；
S8、在烘干后的泡沫铝板坯料表面喷涂氧化石墨烯浆料，厚度为0.5mm，再将另一泡沫铝板坯料与被喷涂有氧化石墨烯浆料的泡沫铝板坯料贴合，形成复合型泡沫铝板坯料；
S9、将复合型泡沫铝板坯料放入加热炉中，在520℃下加热20min，然后，经过万能轧机在380Mpa的压力下轧制，冷却，成为最终的复合型泡沫铝板。
实施例2
一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将粉煤灰、黏土与金属氢化物按比例均匀搅拌混合，加入造粒机中，加水，制成初步发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，粉煤灰为25%，黏土为45%，其余为金属氢化物；其中，金属氢化物采用氢化钛、氢化钙、氢化锆中的一种或几种混合物；初步发泡球体的直径为5mm。
S2、将初步发泡球体、黏土与碳酸钙粉末按比例均匀混合后，加入造粒机中，加水，制成最终发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，初步发泡球体为65%，黏土为20%，其余为碳酸钙粉末；其中，最终发泡球体的直径为10mm。
S3、将氧化石墨烯、纤维素与乙醇搅拌混合均匀，氧化石墨烯与纤维素的质量比为1:2，氧化石墨烯与乙醇的质量比为1:30，然后，加入分散剂，进行超声分散后，形成氧化石墨烯浆料，备用；
S4、将铝锭加入熔炉中加热、熔化，并加热至1050℃，采用中频熔炼炉将铝锭熔化，按质量比例将锰粉、锆粉以及铥粉加入熔炉中，搅拌20min，形成铝合金熔体，按质量计，其中，锰粉为2.3%，锆粉为0.7%，铥粉为0.12%，其余为铝；
S5、将铝合金熔体转入发泡炉，将发泡炉温度控制在850℃，加入定量的碳酸钙粉末，搅拌形成预处理铝合金熔体；其中，碳酸钙粉末占铝合金熔体的质量百分数为1.3%，搅拌时间为3min。
S6、将最终发泡球体加入到模具中，将模具温度预热至425℃，将预处理铝合金熔体导入模具中，进行渗流铸造，控制最终发泡球体和预处理铝合金熔体之间的质量比为1:5，通过机械真空泵和真空室的配合，从模具底部抽气，使得预处理铝合金熔体填充满模具腔体，然后，将模具加热至520℃，恒温处理3min，然后冷却，形成泡沫铝板坯料；
S7、去除模具，将泡沫铝坯料放置于去离子水中，超声浸渍处理30min，洗涤后，在氮气保护下，对泡沫铝板坯料进行烘干，烘干温度为130℃，烘干时间为15min；
S8、在烘干后的泡沫铝板坯料表面喷涂氧化石墨烯浆料，厚度为1.2mm，再将另一泡沫铝板坯料与被喷涂有氧化石墨烯浆料的泡沫铝板坯料贴合，形成复合型泡沫铝板坯料；
S9、将复合型泡沫铝板坯料放入加热炉中，在530℃下加热25min，然后，经过万能轧机在380Mpa的压力下轧制，冷却，成为最终的复合型泡沫铝板。
实施例3
一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将粉煤灰、黏土与金属氢化物按比例均匀搅拌混合，加入造粒机中，加水，制成初步发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，粉煤灰为22%，黏土为39%，其余为金属氢化物；其中，金属氢化物采用氢化钛、氢化钙、氢化锆中的一种或几种混合物；初步发泡球体的直径为4mm。
S2、将初步发泡球体、黏土与碳酸钙粉末按比例均匀混合后，加入造粒机中，加水，制成最终发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，初步发泡球体为63%，黏土为17%，其余为碳酸钙粉末；其中，最终发泡球体的直径为8mm。
S3、将氧化石墨烯、纤维素与乙醇搅拌混合均匀，氧化石墨烯与纤维素的质量比为1:2.5，氧化石墨烯与乙醇的质量比为1:35，然后，加入分散剂，进行超声分散后，形成氧化石墨烯浆料，备用；
S4、将铝锭加入熔炉中加热、熔化，并加热至1030℃，采用中频熔炼炉将铝锭熔化，按质量比例将锰粉、锆粉以及铥粉加入熔炉中，搅拌18min，形成铝合金熔体，按质量计，其中，锰粉为2.1%，锆粉为0.6%，铥粉为0.08%，其余为铝；
S5、将铝合金熔体转入发泡炉，将发泡炉温度控制在845℃，加入定量的碳酸钙粉末，搅拌形成预处理铝合金熔体；其中，碳酸钙粉末占铝合金熔体的质量百分数为1.2%，搅拌时间为2.5min。
S6、将最终发泡球体加入到模具中，将模具温度预热至420℃，将预处理铝合金熔体导入模具中，进行渗流铸造，控制最终发泡球体和预处理铝合金熔体之间的质量比为1:5.5，通过机械真空泵和真空室的配合，从模具底部抽气，使得预处理铝合金熔体填充满模具腔体，然后，将模具加热至515℃，恒温处理2.5min，然后冷却，形成泡沫铝板坯料；
S7、去除模具，将泡沫铝坯料放置于去离子水中，超声浸渍处理26min，洗涤后，在氮气保护下，对泡沫铝板坯料进行烘干，烘干温度为130℃，烘干时间为15min；
S8、在烘干后的泡沫铝板坯料表面喷涂氧化石墨烯浆料，厚度为0.7mm，再将另一泡沫铝板坯料与被喷涂有氧化石墨烯浆料的泡沫铝板坯料贴合，形成复合型泡沫铝板坯料；
S9、将复合型泡沫铝板坯料放入加热炉中，在525℃下加热22min，然后，经过万能轧机在380Mpa的压力下轧制，冷却，成为最终的复合型泡沫铝板。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、将粉煤灰、黏土与金属氢化物按比例均匀搅拌混合，加入造粒机中，加水，制成初步发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，粉煤灰为15～25%，黏土为30～45%，其余为金属氢化物；
S2、将初步发泡球体、黏土与碳酸钙粉末按比例均匀混合后，加入造粒机中，加水，制成最终发泡球体，干燥后备用，按质量计，其中，初步发泡球体为60～65%，黏土为15～20%，其余为碳酸钙粉末；
S3、将氧化石墨烯、纤维素与乙醇搅拌混合均匀，氧化石墨烯与纤维素的质量比为1:2～1:3，氧化石墨烯与乙醇的质量比为1:30～1:40，然后，加入分散剂，进行超声分散后，形成氧化石墨烯浆料，备用；
S4、将铝锭加入熔炉中加热、熔化，并加热至1020～1050℃，按质量比例将锰粉、锆粉以及铥粉加入熔炉中，搅拌15～20min，形成铝合金熔体，按质量计，其中，锰粉为1.5～2.3%，锆粉为0.5～0.7%，铥粉为0.05～0.12%，其余为铝；
S5、将铝合金熔体转入发泡炉，将发泡炉温度控制在840～850℃，加入定量的碳酸钙粉末，搅拌形成预处理铝合金熔体；
S6、将最终发泡球体加入到模具中，将预处理铝合金熔体导入模具内，进行渗流铸造，形成泡沫铝板坯料；
S7、去除模具，将泡沫铝坯料放置于去离子水中，超声浸渍一段时间，洗涤后，并在惰性气体保护下烘干；
S8、在烘干后的泡沫铝板坯料表面喷涂氧化石墨烯浆料，厚度为0.5～1.2mm，再将另一泡沫铝板坯料与被喷涂有氧化石墨烯浆料的泡沫铝板坯料贴合，形成复合型泡沫铝板坯料；
S9、将复合型泡沫铝板坯料放入加热炉中，在520～530℃下加热20～25min，然后，经过万能轧机在380Mpa的压力下轧制，冷却，成为最终的复合型泡沫铝板。
2.根据权利要求1所述的一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的金属氢化物采用氢化钛、氢化钙、氢化锆中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的初步发泡球体的直径为3～5mm，所述步骤S2中的最终发泡球体的直径为6～10mm。
4.根据权利要求1所述的一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的碳酸钙粉末占铝合金熔体的质量百分数为1.1～1.3%，搅拌时间为2～3min。
5.根据权利要求1所述的一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，所述步骤S6中渗流铸造的具体操作方法为：
1）最终发泡球体加入到模具后，将模具温度预热至410～425℃；
2）将预处理铝合金熔体导入模具中，进行渗流铸造，控制最终发泡球体和预处理铝合金熔体之间的质量比为1:5～1:6，通过机械真空泵和真空室的配合，从模具底部抽气，使得预处理铝合金熔体填充满模具腔体；
3）然后，将模具加热至510～520℃，恒温处理2～3min，然后冷却，形成泡沫铝板坯料。
6.根据权利要求1所述的一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，在氮气保护下，对泡沫铝板坯料进行烘干，烘干温度为130℃，烘干时间为15min。
7.根据权利要求1所述的一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，超声浸渍处理的时间为20～30min。
8.根据权利要求1所述的一种复合型泡沫铝材的生产制备方法，其特征在于，所述步骤S4中具体采用中频熔炼炉将铝锭熔化。
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