CN112317748A - 一种节能型的泡沫铝合金制备工艺和泡沫铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金领域，具体涉及一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，将以铝为主要材料的第一金属颗粒为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒为钎料；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；具体来说，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔中，模具和加热器件通过接触式热传导的方式连接；模具和加热器件置于真空箱体中；包括如下步骤：步骤1：将箱体抽真空，以去除箱体内的氧气；步骤3：将混合物加热至钎料熔化温度，保温一段时间；步骤4：降温并取出泡沫铝合金。该工艺具有节能的优势。经过该工艺制备出来的泡沫铝合金用于铝均温板产品，可以快速检测出均温板产品是否合格，缩短检测时间。同时，本泡沫铝合金的性能上不低于传统工艺的产品性能。
Description
技术领域
本发明属于合金领域，具体涉及一种多孔铝合金制备工艺和铝合金超导热板。
背景技术
CN201610792401.4公开了一种开孔海绵结构的铝质材料的制备方法，包括以下步骤：将纯铝粉和主要成份为铝的粘接剂进行混合处理，得到混合均匀的混合物；在防氧化环境中，对所述混合物进行加热处理，使加热温度达到粘接剂熔化而纯铝粉未熔化的程度；熔化后的液态粘接剂在表面张力的作用下聚集在所述纯铝粉颗粒的连接处，经冷却处理后，粘接剂凝固，将铝粉颗粒连接在一起，得到海绵结构的铝质材料；其中，所述防氧化环境包括：向所述混合物中加入去氧化剂，再对混合物进行加热处理。
其性能如下：
| 铝块 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 孔隙率(％) | 0 | 48 | 42 | 51 |
| 表观密度(g/cm<sup>2</sup>) | 2.7 | 1.3 | 1.2 | 1.2 |
| 导热系(w/m·k) | 200 | 50 | 50 | 50 |
其整个方案存在的问题是：制备得到铝合金的时间长、能耗多。
经过分析，可能存在的影响因素在于：真空不导热，加热产品使用幅射方式。因为产品表面积远小于炉体内表面积，导致幅射能量大部分被炉壁吸收，加热效率低，能量损失大。
本方案所要解决的问题是：如何用较少的能耗制备得到泡沫铝合金材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能型的泡沫铝合金制备工艺和泡沫铝合金，该工艺具有节能的优势。经过该工艺制备出来的泡沫铝合金用于铝均温板产品时，可以快速检测出均温板产品是否合格，可以缩短检测时间。同时，本泡沫铝合金的性能上不低于传统工艺的产品性能。
本发明的技术方案为：
一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，将以铝为主要材料的第一金属颗粒为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒为钎料；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；
具体来说，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔中，模具和加热器件通过接触式热传导的方式连接；模具和加热器件置于真空箱体中；
包括如下步骤：
步骤1：将箱体抽真空，以去除箱体内的氧气；
步骤3：将混合物加热至钎料熔化温度，保温一段时间；
步骤4：降温并取出泡沫铝合金。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述步骤1和步骤3之间还包括：步骤2：将混合物加热至镁金属挥发温度，保温一段时间，使镁蒸气与骨料表面的氧化膜充分反应，去除骨料表面的氧化膜。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，步骤4具体包括：
步骤41：将混合物降温到575±15℃，保温2±2h；
步骤42：将混合物快速降温到500±50℃；
步骤43：缓慢降温到200±100℃；
步骤44：通入惰性气体，将混合物降温至40℃以下；
步骤45：取出泡沫铝合金在惰性气体下保存。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述步骤1中的真空度为绝对压力0.01Pa以下；步骤2中的温度为530±50℃；步骤3的温度为595±15℃。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述步骤2的加热时间为20±20min；步骤3的加热时间为10±8min。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述第一金属颗粒为1090、1060、1100、3003、6061、6063、7075等型号的铝合金；所述第二金属颗粒为铝镁硅合金；铝镁硅合金的主要成分为铝，镁的含量在1-1.5％，硅的含量在5-15％，也可以含有少量的铋，或者使用标号为4043、4004、4032、4045、4047、ZL104的铝合金作为钎焊料。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述第一金属颗粒为120±50目；第二金属颗粒为150±50目。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述第一金属颗粒和第二金属颗粒的重量比为3：1。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述模具包括上模、下模和中模，上模、下模和中模合围形成模腔；所述下模和加热器件紧密贴合，相临平面充分接触。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，所述镁粉为混合物总重的0-5％。
在上述的节能型的泡沫铝合金制备工艺中，所述模具为纯铝或铝合金。
最后，本发明还提供一种泡沫铝合金，采用如上任一所述的工艺制备得到。
本发明的有益效果如下：
本发明采用模具的模腔来封闭混合物，使混合物在升温过程中钎料挥发出的镁蒸汽能够在模腔中聚积到较高浓度，并且能够在降温的过程中，高浓度的镁蒸汽能够在连接的混合物表面凝结形成镁保护层。生产过程中，镁蒸汽能够去掉第一金属颗粒表面的氧化膜，利于熔化后的第二金属颗粒钎料和第一金属颗粒充分接触，提高结合的强度。生产后的合金表面以及孔隙内表面有微量镁金属层，在后续的使用过程中，会提高泡沫铝的表面活性。当这种泡沫铝材料用于铝质均温板产品作为毛细结构时，表面活性比铝高的镁成分会更快与工作液体内少量的水分等杂质反应。其表现是，铝质均温板产品在抽真空注入工作液体后，会出现传热温差变大的现象。原因是铝或镁成分与水反应生成了氢气：
2Al+6H20＝2Al(OH)3+3H2
Mg+H20＝MgO+H2
氢气堵塞了工质蒸汽流动的路径，导致产品温差变大。由于镁的活性高于铝，以上反应在本文所述结构中会更快进行，该反应结束后产品的导热温差在未来很长时间内将趋于稳定。
这有利于生产厂家更快速地检测出温差超标的产品，提高生产效率，防止温差超标产品流向客户。
同时，本案采用导热较好的铝或铝合金模具来制备泡沫铝合金材料，其和加热器件如电加热盘直接接触，会快速导热，相比背景技术中的方案，达到相同连接强度的时间可以缩短30％左右。发热盘加热方式使用5千瓦的功率可以在20分钟以内的时间里将工件温度升温到600℃，消耗电能1.67千瓦时，而使用幅射加热方式在同样的时间里升温到600℃需要的功率超过20千瓦，消耗电能超过6.67千瓦时，节能超过70％。
作为进一步改进，可优选设置步骤2，步骤2目的是使镁蒸汽于钎料熔化前挥发出来，以充分去除铝粉表面的氧化膜。
作为进一步改进，步骤4包括步骤41，步骤41的目的是使钎料中的镁、硅成分向铝粉中扩散，使材料的成分均匀化。
步骤42的目的是通过快速降温(不低于2.5℃/min)使镁蒸汽在材料表面凝结形成材料表面镁含量较高的特性。
步骤43缓慢降温的目的是为了减小模腔及材料变形。充入高纯氮气(纯度高于99.999％)的目的是为了增加热量传递，加快降温速度，提高生产效率。
本方案优选的方案还包括：所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，其主要作用是为了在升温过程中去除活性气体，使模腔所处的真空环境更纯净，提高铝粉的连接质量。
如果产品厚度很大，不能保证模腔内温度均匀时，也可以在上模的顶部放置加热盘，以获得更均匀的温度分布。
附图说明
图1为实施例1的显微镜照片，放大10倍；
图2为实施例1的显微镜照片，放大40倍；
图3为实施例1的X射线衍射相分析图；
图4为实施例1的X射线衍射相分析的实物切片样品及纯铝对比样品照片；
图5为实施例1的模具的立体图；
图6为实施例1的模具在去掉上模后的立体图；
图7为实施例1的模具和加热器件组合的立体图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，将以铝为主要材料的第一金属颗粒(1090铝合金,120±10目)为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒(铝镁硅合金，其主要成分为铝，镁的含量在1.5wt％，硅的含量在10wt％，150±10目)为钎料；第一金属颗粒和第二金属颗粒的重量比为3：1；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；
具体来说，参考图5-7，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔4中，模具和加热器件5(电加热器)通过接触式热传导的方式连接，加热器件5可以连接在下模上，也可以像三明治一样将模具夹在两个加热器件5之间；模具和加热器件置于箱体中；参考图5和6，所述模具包括上模1、下模3和中模2，上模1、下模3和中模2合围形成模腔4；所述下模3和加热器件固定连接，模具为纯铝；所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，所述镁粉为混合物总重的1.5％。
包括如下步骤：
步骤1：将箱体抽至真空度为绝对压力0.01Pa以下，以去除箱体内的氧气；
步骤2：将混合物加热至530±3℃，保温20min去除骨料表面的氧化膜。
步骤3：将混合物加热至592±3℃，保温10min；
步骤4：降温并取出泡沫铝合金。
步骤4具体包括：
步骤41：将混合物降温到565±3℃，保温2h；
步骤42：将混合物在10分钟内降温到500±3℃；
步骤43：以不大于2℃/min的速度缓慢降温到200±3℃；
步骤44：通入纯度99.999％的高纯氮气，将混合物降温至40℃以下；
步骤45：取出泡沫铝合金在惰性气体环境下保存。
实施例2
一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，将以铝为主要材料的第一金属颗粒(1060铝合金,120±10目)为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒(铝镁硅合金，其主要成分为铝，镁的含量在1.5wt％，硅的含量在10wt％，150±10目)为钎料；第一金属颗粒和第二金属颗粒的重量比为3：1；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；
具体来说，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔中，模具和加热器件通过接触式热传导的方式连接；模具和加热器件置于箱体中；所述模具包括上模、下模和中模，上模、下模和中模合围形成模腔；所述下模和加热器件固定连接，模具为纯铝；所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，所述镁粉为混合物总重的2％。
包括如下步骤：
步骤1：将箱体抽至真空度为绝对压力0.01Pa以下，以去除箱体内的氧气；
步骤2：将混合物加热至530±3℃，保温30min去除骨料表面的氧化膜。
步骤3：将混合物加热至592±3℃，保温2min；
步骤4：降温并取出泡沫铝合金。
步骤4具体包括：
步骤41：将混合物降温到565±3℃，保温1h；
步骤42：将混合物在10分钟内降温到500±3℃；
步骤43：以不大于2℃/min的速度缓慢降温到200±10℃；
步骤44：通入惰性气体，将混合物降温至40℃以下；
步骤45：取出泡沫铝合金在惰性气体下保存。
实施例3
一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，将以铝为主要材料的第一金属颗粒(1100铝合金,120±10目)为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒(4004铝合金钎料，150±10目)为钎料；第一金属颗粒和第二金属颗粒的重量比为3：1；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；
具体来说，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔中，模具和加热器件通过接触式热传导的方式连接；模具和加热器件置于箱体中；所述模具包括上模、下模和中模，上模、下模和中模合围形成模腔；所述下模和加热器件固定连接，模具为纯铝；所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，所述镁粉为混合物总重的1.5％。
包括如下步骤：
步骤1：将箱体抽至真空度为绝对压力0.01Pa以下，以去除箱体内的氧气；
步骤2：将混合物加热至530±3℃，保温10min去除骨料表面的氧化膜。
步骤3：将混合物加热至595±3℃，保温5min；
步骤4：降温并取出泡沫铝合金。
步骤4具体包括：
步骤41：将混合物降温到575±3℃，保温3h；
步骤42：将混合物在10分钟内降温到500±10℃；
步骤43：以1.5℃/min的速度缓慢降温到200±10℃；
步骤44：通入惰性气体，将混合物降温至40℃以下；
步骤45：取出泡沫铝合金在惰性气体下保存。
实施例4
一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，将以铝为主要材料的第一金属颗粒(6063铝合金,120±10目)为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒(4045铝合金钎料，150±10目)为钎料；第一金属颗粒和第二金属颗粒的重量比为3：1；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；
具体来说，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔中，模具和加热器件通过接触式热传导的方式连接；模具和加热器件置于箱体中；所述模具包括上模、下模和中模，上模、下模和中模合围形成模腔；所述下模和加热器件固定连接，模具为纯铝；所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，所述镁粉为混合物总重的1.5％。
包括如下步骤：
步骤1：将箱体抽至真空度为绝对压力0.01Pa以下，以去除箱体内的氧气；
步骤2：将混合物加热至530±3℃，保温10min去除骨料表面的氧化膜。
步骤3：将混合物加热至597±3℃，保温5min；
步骤4：降温并取出泡沫铝合金。
步骤4具体包括：
步骤41：将混合物降温到575±3℃，保温3h；
步骤42：将混合物在10分钟内降温到500±3℃；
步骤43：以1.5℃/min的速度缓慢降温到200±3℃；
步骤44：通入惰性气体，将混合物降温至40℃以下；
步骤45：取出泡沫铝合金在惰性气体下保存。
实施例5
一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，将以铝为主要材料的第一金属颗粒(7075铝合金,120±10目)为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒(ZL104铝合金钎料，150±10目)为钎料；第一金属颗粒和第二金属颗粒的重量比为3：1；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；
具体来说，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔中，模具和加热器件通过接触式热传导的方式连接；模具和加热器件置于箱体中；所述模具包括上模、下模和中模，上模、下模和中模合围形成模腔；所述下模和加热器件固定连接，模具为纯铝；所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，所述镁粉为混合物总重的3％。
包括如下步骤：
步骤1：将箱体抽至真空度为绝对压力0.01Pa以下，以去除箱体内的氧气；
步骤2：将混合物加热至530±3℃，保温10min去除骨料表面的氧化膜。
步骤3：将混合物加热至597±3℃，保温5min；
步骤4：降温并取出泡沫铝合金。
步骤4具体包括：
步骤41：将混合物降温到575±3℃，保温3h；
步骤42：将混合物在10分钟内降温到500±3℃；
步骤43：以1.5℃/min的速度缓慢降温到200±3℃；
步骤44：通入惰性气体，将混合物降温至40℃以下；
步骤45：取出泡沫铝合金在惰性气体下保存。
对比例1
参考CN201610792401.4的实施例2
试验例
将实施例1-5、对比例1得到海绵结构的铝质材料进行孔隙率、比表面积、表观密度、导热性能、抗拉强度的检测，检测结果如表1所示。
其中，孔隙率的检测方法是：排液体积测量法(测量材料的外形尺寸，计算体积作为分母，将材料浸入液体中，排开液体的体积与计算体积的差作为分子，计算孔隙率)；
表观密度的检测方法是：根据重量和尺寸计算；
导热性能的检测方法参照文件《大学物理实验-导热系数的测定》；
抗拉强度的检测使用拉伸试验机，型号：WAW-300B。
表1性能检测结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | |
| 孔隙率 | 45 | 47 | 43 | 45 | 48 | 48 |
| 表观密度 | 1.39 | 1.40 | 1.51 | 1.42 | 1.35 | 1.30 |
| 导热系数 | 58 | 62 | 60 | 62 | 55 | 50 |
| 抗拉强度 | 7.5 | 6.7 | 7.2 | 7.0 | 6.9 | 6.3 |
其图4中G140892代表纯铝片对比样；B140892代表制作完成的泡沫铝材料试样。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，将以铝为主要材料的第一金属颗粒为骨料、以含镁金属的第二金属颗粒为钎料；所述工艺采用含有真空腔的箱体、模具、加热器件进行；
具体来说，将骨料和钎料混合成混合物并置于模具的模腔中，模具和加热器件通过接触式热传导的方式连接；模具和加热器件置于真空箱体中；
包括如下步骤：
步骤1：将箱体抽真空，以去除箱体内的氧气；
步骤3：将混合物加热至钎料熔化温度，保温一段时间；
步骤4：降温并取出泡沫铝合金。
2.根据权利要求1所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤1和步骤3之间还包括：步骤2：将混合物加热至镁金属挥发温度，保温一段时间去除骨料表面的氧化膜。
3.根据权利要求1所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，步骤4具体包括：
步骤41：将混合物降温到575±15℃，保温2±2h；
步骤42：将混合物快速降温到500±50℃；
步骤43：缓慢降温到200±100℃；
步骤44：通入惰性气体，将混合物降温至40℃以下；
步骤45：取出泡沫铝合金在惰性气体下保存。
4.根据权利要求2所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤1中的真空度为绝对压力0.01Pa以下；步骤2中的温度为530±50℃；步骤3的温度为595±15℃。
5.根据权利要求4所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤2的加热时间为20±20min；步骤3的加热时间为10±8min。
6.根据权利要求1所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述第一金属颗粒为1090、1060、1100、3003、6061、6063、7075铝合金之一；所述第二金属颗粒为铝镁硅合金；铝镁硅合金的主要成分为铝，镁的含量在0.5-1.5％，硅的含量在5-15％，也可以含有少量的铋，或者使用标号为4043、4035、4047、4004、4045、ZL104的铝合金作为钎焊料。
7.根据权利要求6所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述第一金属颗粒为120±50目；第二金属颗粒为150±50目。
8.根据权利要求6所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述第一金属颗粒和第二金属颗粒的重量比为3：1。
9.根据权利要求1所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述模具包括上模、下模和中模，上模、下模和中模合围形成模腔；所述下模和加热器件固定连接。
10.根据权利要求1所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述加热器件上还分布有位于模具之外的镁粉，所述镁粉为混合物总重的0-5％。
11.根据权利要求1-10任一所述的节能型的泡沫铝合金制备工艺，其特征在于，所述模具为纯铝或铝合金。
12.一种泡沫铝合金，其特征在于，采用如权利要求1-11任一所述的工艺制备得到。
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