CN111842854B - 一种异质空心球泡沫钢制造方法及装置 - Google Patents

一种异质空心球泡沫钢制造方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属多孔材料制备技术领域，尤其涉及一种异质空心球泡沫钢制造方法及装置。包括坩埚、电磁感应加热器、振动台、压板、空心球与铁粉；坩埚放置在振动台上，电磁感应加热器的电磁感应线圈环绕在坩埚外壁周围，空心球与铁粉放置在坩埚内，压板压在空心球与铁粉上。采用此制造方法制造出的泡沫钢具有性能优良，具有密度小、高吸能、耐高温、高防火、隔音降噪特点。

Description

一种异质空心球泡沫钢制造方法及装置
技术领域
本发明涉及金属多孔材料制备技术领域，尤其涉及一种异质空心球泡沫钢制造方法及装置。
背景技术
泡沫钢作为近年来开发的一种新型金属多孔材料，具有高比强度、比模量高、耐高温、轻质、吸能减震、多孔过滤，隔音降噪等优点。与目前研究开发较为成熟的泡沫铝相比，泡沫钢具有远高于泡沫铝的强韧性、抗冲击吸能性，同时还可与钢结构共容、易焊接以及耐高温等特点。因此，这种新型轻质泡沫钢材料，在航空航天、汽车制造、船舶制造、工程建筑、交通运输、冶金化工、能源环保等领域有着广阔的应用前景，如航空航天业的超轻质构件、散热面板以及汽车的缓冲吸能装置、吸声降噪材料、新型开发的坦克防爆装甲及防弹衣等。
CN108405862A公开了《一种梯度多孔泡沫钢材料及制备方法》，具有工艺流程短、制备成本低等优点，可以制备孔径和孔隙率可控的梯度多孔泡沫钢，可作为减震吸能材料、吸音和过滤材料。CN103266259A公开了《一种泡沫钢的真空发泡制备方法》，最终可得到孔隙率为70～85％、孔径为0.5～5mm的泡沫钢。上述专利文献中所涉及的方法均能够制造出泡沫钢，但是均存在基体含有大量的造孔剂、增粘剂，导致强度、塑性均较低、切割加工性差的问题，将导致不能满足用户对泡沫钢高吸能、具备一定结构强度、易加工的要求。截至目前，尚未有成熟的泡沫钢制造技术，泡沫钢制造技术亟待开发。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种异质空心球泡沫钢制造方法及装置。采用此制造方法制造出的泡沫钢具有性能优良，具有密度小、高吸能、耐高温、高防火、隔音降噪特点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种异质空心球泡沫钢制造装置，包括坩埚、电磁感应加热器、振动台、压板、空心球与铁粉；坩埚放置在振动台上，电磁感应加热器的电磁感应线圈环绕在坩埚外壁周围，空心球与铁粉放置在坩埚内，压板压在空心球与铁粉上。
所述坩埚采用耐火材料制作，设有拔模斜度。
所述压板采用耐火材料制作，设有多个通孔，通孔直径小于空心球直径，通孔直径大于铁粉粒径。
所述空心球采用熔点高于铁的耐火材料制作，壁厚在0.2mm以上，球体直径在1.5mm以上。
所述铁粉粒径小于0.5mm。
所述振动台设有与坩埚底部尺寸相应的凹槽，坩埚能够放置在凹槽内。
一种异质空心球泡沫钢的制造方法，具体包括如下步骤：
1)将电磁感应线圈置于振动台正上方；
2)将坩埚穿过电磁感应线圈放置在振动台的凹槽内；
3)开启振动台的振动开关，使其上下振动；
4)将空心球逐层加入坩埚内，直至空心球填充至接近坩埚上沿10～100mm；
5)将压板压在空心球上，固定空心球位置；
6)将铁粉持续加入压板上部，在振动台的振动作用下，铁粉经压板通孔流过，填充空心球之间的间隙，直至全部充满；
7)在压板上填入适量铁粉，用于补充铁粉熔化后体积收缩形成的空隙；
8)将感应圈降至坩埚型腔底部，通电；
9)匀速升起感应圈，直至坩埚型腔上部使型腔内铁粉全部熔化，此过程中振动台始终振动；
10)感应圈下部熔融的金属液随之由下至上顺序冷却凝固，形成空心球与凝固金属结合而成的泡沫钢。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
1、本发明基体中不含制造孔剂与增粘剂，采用本发明制造方法制造出的泡沫钢具有性能优良，具有密度小、高吸能、耐高温、高防火、隔音降噪等全面性能；
2、装置结构简单、易于制作和安装；
3、成本低。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明填充后的坩埚局部剖示意图。
图中：1-坩埚 2-电磁感应线圈 3-振动台 4-压板 5-空心球 6-铁粉
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本发明的范围：
如图1所示，一种异质空心球泡沫钢制造装置，包括坩埚2、电磁感应加热器、振动台3、压板4、空心球5与铁粉6。电磁感应加热器与振动台3均为现有产品。
坩埚1材质为石墨、氧化镁等耐火材料，留有拔模斜度；压板4为材质石墨、氧化镁、氧化铝等耐火材料，厚度方向密排直径小于空心球5直径，远大于铁粉粒径的通孔，其作用是：使空心球5不能通过，而铁粉6能够顺畅通过。空心球5的材质为氧化铝等熔点高于铁的耐火材料，壁厚在0.2mm以上，球体直径在1.5mm以上。铁粉6为粒径小于0.5mm的各种成分的钢铁。
坩埚2放置在振动台3上，电磁感应加热器的电磁感应线圈2环绕在坩埚1外壁周围，空心球5与铁粉6放置在坩埚2内，压板4压在空心球5与铁粉6上。
一种异质空心球泡沫钢制造方法，具体如下步骤：
1.将电磁感应线圈2置于振动台3正上方；
2.将坩埚1穿过电磁感应线圈2落在振动台3的凹槽内；
3.开启振动台3的振动开关，使其开始上下振动；
4.将空心球5逐层加入坩埚1内，在振动作用下空心球5紧密排列，如此直至空心球5填充至接近坩埚1上沿(根据坩埚1容量的大小，保留一定深度的净空)；
5.将压板4压在空心球5上，压板4的自重将空心球5位置固定；
6.将铁粉6持续加入压板4上部，在振动台3的振动作用下，铁粉6充实空心球5间隙，直至全部充满，在坩埚1内形成二者组成的混合填充物；
7.再根据坩埚1容量的大小，在压板4上填入适量铁粉6，在压板4上部形成一层铁粉层(如图1所示)；
8.将电磁感应线圈2降至坩埚1型腔底部，通电，坩埚1底部铁粉在感应电流的作用下，温度升高直至铁粉熔化；
9.匀速升起电磁感应线圈2，直至坩埚1型腔上部使铁粉6全部熔化。电磁感应线圈2上升过程中，对应高度的铁粉6随之被加热熔化。在此过程中，振动台3始终保持振动。由于空心球5间的铁粉6被振实后的密度通常会低于熔化后的液态密度，所以在铁粉6熔化后，坩埚1型腔上部的空心球5之间的铁粉会在振动作用下持续向下运动形成空隙。此时，压板4上方的铁粉6亦会在振动作用下持续向下运动补充这些空隙；
10.在电磁感应线圈2上升的过程中，电磁感应线圈2下部熔融的金属液随之由下至上顺序冷却凝固，形成空心球5与凝固金属结合而成的泡沫钢；
11.待泡沫钢完全冷却后，吊出坩埚并翻转，取出泡沫钢，坩埚和压板可重复使用。
以下列举2个实施例对本发明具体实施方式的具体说明，具体内容如下所示：
1实施例1：
Q235材质铁粉三氧化二铝空心球泡沫钢的制造，具体包括如下步骤：
1.1制备Q235材质铁粉6，粒径为0.04～0.05mm。制备三氧化二铝材质空心球5，壁厚0.3～0.4mm，球径3mm；制备坩埚1，坩埚1为长方体，型腔尺寸：宽度900mm，厚度200mm，深度2500mm，拔模斜度1:50；制备压板4，压板4材质为氧化镁，尺寸为：长度897mm，宽度为196mm，厚度为50mm，孔隙直径2.5mm；电源为中频感应电源；电磁感应线圈2为中空水冷纯铜电磁感应线圈。
1.2将电磁感应线圈2置于振动台3正上方，将坩埚1穿过电磁感应线圈2落在振动台3的凹坑内。
1.3开动振动台3，使其开始上下振动。
1.4将空心球5逐层加入坩埚1内，在振动作用下空心球5紧密排列，如此直至空心球5填充至接近坩埚1上沿，保留深度为100mm的净空。
1.5将压板4压在空心球5上，压板4的自重将空心球5位置固定。
1.6将铁粉6持续加入压板4上部，在振动台3的振动作用下，铁粉6充实空心球5间隙，直至全部充满。
1.7在压板4上填入铁粉6，在压板4上部形成一层50mm厚铁粉层。
1.8将电磁感应线圈2降至坩埚1型腔底部，通电，坩埚1底部铁粉在感应电流的作用下，温度升高直至铁粉熔化。
1.9匀速升起电磁感应线圈2，直至坩埚1型腔上部使铁粉6全部熔化。
1.10在电磁感应线圈2上升的过程中，电磁感应线圈2下部熔融的金属液随之由下至上顺序冷却凝固，形成空心球5与凝固金属结合而成的泡沫钢。
1.11待泡沫钢完全冷却后，吊出坩埚1并翻转，取出泡沫钢，精整坩埚1和压板4重复使用。
2实施例2：
Q195材质铁粉三氧化二铝空心球泡沫钢的制造，具体包括如下步骤：
2.1制备Q195材质铁粉6，粒径为0.03～0.04mm。制备三氧化二铝材质空心球5，壁厚0.3～0.5mm，球径4mm；制备坩埚1，坩埚1为长方体，型腔尺寸：宽度1000mm，厚度180mm，深度3000mm,拔模斜度1:50；制备压板4，压板4材质为氧化镁，尺寸为：长度997mm，宽度为177mm，厚度为60mm，孔隙直径3.5mm；电源为中频感应电源；电磁感应线圈2为中空水冷纯铜电磁感应线圈。
2.2将电磁感应线圈2置于振动台3正上方，将坩埚1穿过电磁感应线圈2落在振动台3的凹坑内。
2.3开动振动台3，使其开始上下振动。
2.4将空心球5逐层加入坩埚1内，在振动作用下空心球5紧密排列，如此直至空心球5填充至接近坩埚1上沿，保留深度为120mm的净空。
2.5将压板4压在空心球5上，压板4的自重将空心球5位置固定。
2.6将铁粉6持续加入压板4上部，在振动台3的振动作用下，铁粉6充实空心球5间隙，直至全部充满。
2.7在压板4上填入铁粉6，在压板4上部形成一层70mm厚铁粉层。
2.8将电磁感应线圈2降至坩埚1型腔底部，通电，坩埚1底部铁粉在感应电流的作用下，温度升高直至铁粉熔化。
2.9匀速升起电磁感应线圈2，直至坩埚1型腔上部使铁粉6全部熔化。
2.10在电磁感应线圈2上升的过程中，电磁感应线圈2下部熔融的金属液随之由下至上顺序冷却凝固，形成空心球5与凝固金属结合而成的泡沫钢。
制造的泡沫钢孔隙率为68.5％，密度为2.95g/cm3，抗压强度3300kg/cm2，导热系数10.2W/m·K。制造的泡沫钢孔隙率为87.6％，密度为0.97g/cm3，抗压强度2900kg/cm2，导热系数9.26W/m·K，耐火度1390℃。
2.11待泡沫钢完全冷却后，吊出坩埚1并翻转，取出泡沫钢，精整坩埚1和压板4重复使用。
采用此制造方法制造出的泡沫钢具有性能优良，具有密度小、高吸能、耐高温、高防火、隔音降噪特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种异质空心球泡沫钢的制造方法，其特征在于，所用装置包括坩埚、电磁感应加热器、振动台、压板、空心球与铁粉；坩埚放置在振动台上，电磁感应加热器的电磁感应线圈环绕在坩埚外壁周围，空心球与铁粉放置在坩埚内，压板压在空心球与铁粉上；
具体包括如下步骤：
1)将电磁感应线圈置于振动台正上方；
2)将坩埚穿过电磁感应线圈放置在振动台的凹槽内；
3)开启振动台的振动开关，使其上下振动；
4)将空心球逐层加入坩埚内，直至空心球填充至接近坩埚上沿10～100mm；
5)将压板压在空心球上，固定空心球位置；
6)将铁粉持续加入压板上部，在振动台的振动作用下，铁粉经压板通孔流过，填充空心球之间的间隙，直至全部充满；
7)在压板上填入铁粉，用于补充铁粉熔化后体积收缩形成的空隙；
8)将感应圈降至坩埚型腔底部，通电；
9)匀速升起感应圈，直至坩埚型腔上部使型腔内铁粉全部熔化，此过程中振动台始终振动；
10)感应圈下部熔融的金属液随之由下至上顺序冷却凝固，形成空心球与凝固金属结合而成的泡沫钢。
2.根据权利要求1所述的一种异质空心球泡沫钢的制造方法，其特征在于，所述坩埚采用耐火材料制作，设有拔模斜度。
3.根据权利要求1所述的一种异质空心球泡沫钢的制造方法，其特征在于，所述压板采用耐火材料制作，设有多个通孔，通孔直径小于空心球直径，通孔直径大于铁粉粒径。
4.根据权利要求1所述的一种异质空心球泡沫钢的制造方法，其特征在于，所述空心球采用熔点高于铁的耐火材料制作，壁厚在0.2mm以上，球体直径在1.5mm以上。
5.根据权利要求1所述的一种异质空心球泡沫钢的制造方法，其特征在于，所述铁粉粒径小于0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种异质空心球泡沫钢的制造方法，其特征在于，所述振动台设有与坩埚底部尺寸相应的凹槽，坩埚能够放置在凹槽内。
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