CN113005322A - 一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，包括：加热炉；以及发泡装置，其设置在所述加热炉内部；吹气头，其为中空结构，且所述吹气头的一端与所述发泡装置相连通；孔径调节装置，其设置在所述吹气头的一端，用于调节吹气孔的孔径；气流截断装置，其设置在所述吹气头中且设置在所述孔径调节装置的下部，用于截断吹入的气体；进气管，其一端与所述吹气头的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通。本发明还公开了一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，在吹气过程中调节吹气孔孔径制备出胞孔孔径梯度变化的泡沫铝材料；通过气流截断装置的往复运动，实现对吹入气流的间歇性截断，提高了对泡沫铝胞孔结构的控制性。

Description

一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及泡沫金属材料制备及加工技术领域，更具体的是，本发明涉及一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置及其制备方法。

背景技术

泡沫铝是一种具有高孔隙率、高比强度、导热性能优良等特性的轻质材料，还具有吸声隔音、防火阻燃、易加工等优点，已经在汽车交通、铁路运输、航空航天等领域得到广泛的应用。从胞孔结构的角度，泡沫铝可以分为开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝两种，其中闭孔泡沫铝由于其制备方式简单，结构承载能力强，应用范围也较开孔泡沫铝更加广泛。

目前，制备闭孔泡沫铝的方法主要有熔体发泡法、吹气法和粉末冶金发泡法。其中，吹气法具有成本低、可连续生产的优点，是目前使用最多的一种泡沫铝制备方法。吹气法是将气体通过特殊的吹气装置直接注入液态金属中产生泡沫的方法，其主要工艺流程为：加热得到金属熔液，然后在金属熔液中加入泡沫稳定剂，一般为一定量的难熔颗粒(陶瓷颗粒等)，从吹气头吹入气体，经过气泡的上浮、冷却凝固后即可收集制备得到泡沫铝。

近年来，由于梯度泡沫铝材料可以在一定程度上改善能量吸收和抗冲击等性能，且在不同受力状态下有着独特的力学性能，梯度泡沫铝材料已经成为学者们关注的焦点。梯度泡沫铝材料可以分为密度梯度、胞孔的孔径梯度以及材料的组分梯度。梯度泡沫铝材料可以应用于管件填充，如铝管、碳纤维管等；这就需要制备得到的泡沫铝在梯度分布方向上有较大尺寸。目前，制备梯度泡沫铝材料的方法主要为粉末冶金法及熔体发泡法，粉末冶金法通过改变预制体层间组分来实现梯度泡沫铝的制备，但是此方法仅适用于厚度较小的板件的生产制备，且制备成本较高、无法大规模连续化生产；熔体发泡法是通过在发泡过程中调控发泡和喷水冷却过程得到梯度泡沫铝，但是此方法对冷却过程控制要求很高，并且制备得到的泡沫铝胞孔结构也并不均匀，同时对胞孔孔径也很难有效把控。

有鉴于此，确有必要提出一种梯度泡沫铝的制备方法，能够在连续高效地生产大尺寸梯度泡沫铝的同时可以实现对泡沫铝的孔隙率及胞孔孔径等结构参数的精准控制，使制备得到的泡沫铝具有均匀且稳定的胞孔结构。

发明内容

本发明的目的是设计开发了一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，通过驱动杆带动多个吹气孔叶片调节吹气孔孔径以实现气泡尺寸的动态变化，制备出胞孔孔径梯度变化的泡沫铝材料；通过截流片的往复运动实现对吹入气流的间歇性截断，提高了对泡沫铝胞孔结构的控制性。

本发明还设计开发了一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，通过调节吹气孔的孔径变化范围、吹气孔孔径变化速度和气流截断频率，在对泡沫铝的胞孔孔径实现连续梯度变化的同时，保证了梯度泡沫铝材料的均匀结构和良好性能。

本发明提供的技术方案为：

一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，包括：

加热炉；以及

发泡装置，其设置在所述加热炉内部；

吹气头，其为中空结构，且所述吹气头的一端与所述发泡装置相连通；

吹气孔盖板，其固定在所述吹气头的一端，且所述吹气孔盖板的一侧设置有限位槽，所述吹气孔盖板具有第一中心通孔；

截流片盖板，其固定在所述吹气孔盖板的一侧且具有第二中心通孔，所述截流片盖板与所述吹气孔盖板之间为第一容纳室；

吹气孔叶片驱动环，其同轴可转动的卡合在所述吹气孔盖板的一侧，且所述吹气孔叶片驱动环具有限位片；

驱动杆，其与所述限位片相连接，用于带动所述吹气孔叶片驱动环转动；

多个连接杆，其一端固定在所述吹气孔叶片驱动环上；

吹气孔叶片固定基座，其固定在所述吹气孔盖板的一侧，所述吹气孔叶片固定基座同轴设置在所述吹气孔叶片驱动环的内部且具有第三中心通孔；

多个吹气孔叶片，其为扇形结构，所述多个吹气孔叶片扇形的一端均可转动的设置在所述吹气孔叶片固定基座上，扇形的另一端与所述多个连接杆的另一端分别一一对应的连接，且所述多个吹气孔叶片层叠排列形成可变孔径的吹气孔，用于可选择的将所述第三中心通孔开启或密封；

截流片，其设置在所述第一容纳室中，用于可选择的将所述第二中心通孔开启或密封；

进气管，其一端与所述吹气头的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通；

其中，所述限位片可移动的设置在所述限位槽中，所述吹气孔叶片驱动环的转动角度为0°-37.5°；所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔同轴设置。

优选的是，所述发泡装置包括：

发泡坩埚外壳，其设置在所述加热炉内部；

发泡坩埚，其设置在所述发泡坩埚外壳的内部；

收集装置，其设置在所述发泡坩埚的上部，用于收集梯度泡沫铝，且所述收集装置上设置有多个通气孔。

优选的是，还包括：

电磁阀，其与所述截流片相连接；

弹簧，其设置在所述电磁阀和截流片之间。

优选的是，还包括：

多个第一销钉，其分别一一对应的设置在所述多个连接杆的一端和吹气孔叶片驱动环之间；

多个第二销钉，其分别一一对应的设置在所述多个连接杆的另一端和多个吹气孔叶片扇形的一端之间；

多个第三销钉，其分别一一对应的设置在所述多个吹气孔叶片扇形的另一端和吹气孔叶片固定基座之间。

优选的是，还包括：

多个气流传感器，其设置在所述截流片盖板内部，用于检测气体压力及气体流量；

控制单元，其与所述电磁阀、多个气流传感器相连接。

优选的是，还包括：

驱动机构，其同时与所述控制单元和驱动杆相连接，用于带动所述驱动杆移动。

优选的是，所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔的直径均为2mm。

一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，使用所述的梯度泡沫铝制备装置，包括如下步骤：

步骤一、将金属铝加热熔化后放入发泡坩埚中，向铝熔液中加入金属镁及陶瓷颗粒并搅拌混合；

其中，所述金属镁的含量为所述铝熔液质量的0.5％-3％，所述陶瓷颗粒的含量为所述铝熔液质量的10％-20％；

步骤二、调节所述发泡坩埚中铝熔液温度至630℃±10℃并保持恒定，同时设置吹气孔的孔径变化范围并调节吹气孔孔径变化速度和气流截断频率，进气管向所述发泡坩埚底部持续吹入气体使铝熔液发泡，吹气结束后对所述铝熔液进行冷却凝固并收集得到梯度泡沫铝。

优选的是，所述步骤一中的金属铝加热温度为700℃-750℃。

优选的是，所述吹气孔的孔径变化范围为0mm-2mm，吹气孔孔径变化速度为0.1mm/min，所述气流截断频率满足：

式中，v_s为吹气孔处气体流量，δ为气泡膨胀系数，D为吹气孔孔径，K为误差系数；

所述气体截断频率不超过10Hz。

本发明所述的有益效果：

(1)、本发明设计开发的一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，通过调节吹气孔孔径来精确控制吹入气泡的尺寸，在吹气过程中使用机械驱动机构逐渐调节吹气孔孔径以实现气泡尺寸的动态变化，制备出胞孔孔径梯度变化的泡沫铝材料；通过机械驱动机构对吹气孔孔径直接进行动态调节，不用反复拆卸吹气装置来改变吹气孔孔径；并可以在吹气发泡的过程中锁止机械驱动机构使吹气孔孔径不发生改变，因此本发明亦可用于制备非梯度的均匀泡沫铝材料，使用范围很广。

(2)、本发明设计开发的一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，通过电磁阀控制气流截断装置进行往复运动，实现对吹入气流的间歇性截断，在吹气过程中控制每个气泡体积，提高了对泡沫铝胞孔结构的控制性，防止由于气流等不可控因素产生的干扰，并且具有成本较低、装置自动化程度高、制备过程简单等优势，同时制备得到的泡沫铝孔径均匀、结构稳定，不易产生明显孔结构缺陷，具有较好的力学性能。

(3)、本发明设计开发的一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，通过在吹气过程中动态调节吹气孔的孔径实现了对泡沫铝胞孔孔径的有效控制，并采用气流截断装置控制单个气泡体积并可以使气泡迅速脱离吹气孔，有效解决了吹气法制备泡沫铝过程中对泡沫铝结构可控性不高的问题。

附图说明

图1为本发明所述吹气法制备梯度泡沫铝的装置的结构示意图。

图2为本发明所述吹气法制备梯度泡沫铝的装置中吹气头的结构示意图。

图3为本发明所述吹气头中孔径调节装置及气流截断装置的轴测图。

图4为本发明所述吹气头中孔径调节装置的仰视结构示意图。

图5为本发明所述吹气孔叶片的结构示意图。

图6为本发明所述第一销钉的结构示意图。

图7为本发明所述吹气孔在闭合时的结构示意图。

图8为本发明所述吹气孔在吹气孔叶片旋转7.5°时的结构示意图。

图9为本发明所述吹气孔在吹气孔叶片旋转15°时的结构示意图。

图10为本发明所述吹气孔在吹气孔叶片旋转22.5°时的结构示意图。

图11为本发明所述吹气孔在吹气孔叶片旋转30°时的结构示意图。

图12为本发明所述吹气孔在吹气孔叶片旋转37.5°时的结构示意图。

图13为本发明所述吹气孔在吹气孔叶片旋转45°时的结构示意图。

图14为本发明所述吹气孔在吹气孔叶片旋转52.5°时的结构示意图。

图15为本发明所述气流截断装置完全开启时的结构示意图。

图16为本发明所述气流截断装置半开启时的结构示意图。

图17为本发明气流截断装置完全闭合时的结构示意图。

图18为本发明所述吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法的工艺流程图。

图19为本发明所述吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法的控制流程图。

具体实施方式

下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备装置，主要包括：加热炉110、发泡坩埚外壳121、发泡坩埚122、泡沫铝收集装置130、吹气头150和进气管160，发泡坩埚外壳121设置在所述加热炉110内部；发泡坩埚122设置在所述发泡坩埚外壳121的内部；加热炉110使用电磁感应的方式对发泡坩埚122中的金属铝溶液141进行加热，吹气头150与发泡坩埚外壳121固定连接，吹气头150为中空结构，吹气头150上部暴露在铝熔液141中，吹气头150下部由进气管160直接插入，在两者接合处使用密封圈以保证密封性，吹气头150中心轴线与进气管160中心轴线共线，保证气体进入吹气头150时与其内壁面保持平行，泡沫铝收集装置130将梯度泡沫铝142从发泡坩埚122中取出，泡沫铝收集装置130上部有少量通气孔，以保证装置内外的气压保持平衡。

如图2所示，吹气头150主要由吹气头外壳151、孔径调节装置152以及气流截断装置153组成，吹气头外壳151与发泡坩埚外壳121直接固定连接，孔径调节装置152在气流截断装置153上部，且两者紧密连接。气流经由进气管160进入吹气头150，首先经过气流截断装置153后，再经过孔径调节装置152，气流截断装置153内表面均匀布设了4-6个探针式气流传感器，用于测量气体流经该装置时的气体压力及气体流量等气流参数，且所述气流传感器与控制单元相连通。

如图3、图4所示，吹气头150中孔径调节装置152主要包括吹气孔盖板201、6个第一销钉205a、6个第二销钉205b、6个第三销钉205c、吹气孔叶片固定基座207、驱动杆203、6个连接杆206、吹气孔叶片驱动环204以及6片吹气孔叶片208，气流截断装置153主要包括弹簧213、截流片212和截流片盖板211，装配好后，孔径调节装置152中吹气孔叶片208与气流截断装置153中的截流片212相接触。

其中，吹气孔盖板201固定在所述吹气头150的一端，且所述吹气孔盖板201的一侧设置有限位槽202，所述吹气孔盖板201具有第一中心通孔；截流片盖板211固定在所述吹气孔盖板201的一侧且具有第二中心通孔，所述截流片盖板211与所述吹气孔盖板201之间为第一容纳室；吹气孔叶片驱动环204同轴可转动的卡合在所述吹气孔盖板201的一侧，且所述吹气孔叶片驱动环204具有限位片，所述限位片可移动的设置在所述限位槽202中，限位槽202起到限制吹气孔叶片驱动环204转动角度的作用；驱动杆203与所述限位片相连接，用于带动所述吹气孔叶片驱动环204转动；6个连接杆206一端固定在所述吹气孔叶片驱动环204上；吹气孔叶片固定基座207固定在所述吹气孔盖板201的一侧，所述吹气孔叶片固定基座207同轴设置在所述吹气孔叶片驱动环204的内部且具有第三中心通孔；如图5所示，6个吹气孔叶片208为扇形结构，所述6个吹气孔叶片扇形208的一端均可转动的设置在所述吹气孔叶片固定基座207上，扇形的另一端与所述6个连接杆206的另一端分别一一对应的连接，且所述多个吹气孔叶片208层叠排列形成可变孔径的吹气孔，用于可选择的将所述第三中心通孔开启或密封；截流片212设置在所述第一容纳室中，用于可选择的将所述第二中心通孔开启或密封；进气管160与所述吹气头150的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通；其中，所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔同轴设置，所述吹气孔叶片驱动环204的转动角度为0°-37.5°；6个第一销钉205a，其分别一一对应的设置在所述6个连接杆206的一端和吹气孔叶片驱动环204之间；6个第二销钉205b分别一一对应的设置在所述多个连接杆206的另一端和多个吹气孔叶片208扇形的一端之间；6个第三销钉205c分别一一对应的设置在所述6个吹气孔叶片208扇形的另一端和吹气孔叶片固定基座207之间；如图6所示，所述6个第一销钉205a、6个第二销钉205b和6个第三销钉205c结构均相同。

孔径调节装置152的主要工作过程为：机械驱动机构(图中未示出)操纵驱动杆203使吹气孔叶片驱动环204绕其中心轴线转动，吹气孔叶片驱动环204经由第一销钉205a带动连接杆206运动，使连接杆206经由第二销钉205b拉动吹气孔叶片208绕第三销钉205c中心轴线进行转动，从而控制吹气孔叶片208的展开与闭合，实现了对吹气孔孔径的调节，吹气孔叶片驱动环204的转动角度范围为0°-37.5°。

吹气孔叶片固定基座207与吹气孔盖板201使用耐热环氧树脂胶或焊接方式固定连接，其在孔径调节过程中不随吹气孔叶片208的转动而转动。6个吹气孔叶片208以层叠的方式进行排列并按顺序安装，相邻吹气孔叶片208之间无间隙。

在本实施例中，吹气孔盖板201、吹气孔叶片固定基座207及截流片盖板211的内孔直径完全相同，均为2mm，吹气孔叶片驱动环204直径为6mm，且吹气孔叶片驱动环204上部与吹气孔盖板201接合处使用圆角过渡，并涂有润滑油，保证转动过程的顺滑。

并且，进气管160与吹气头150连接段中轴线与吹气头150中轴线共线，且进气管160管壁应尽量地薄，在进气管160与吹气头150连接处应有密封圈，以保证吹入的气体无泄漏情况发生，在6个吹气孔叶片208与管壁连接处应有耐热橡胶层，以提高吹气头的密封性。

如图7-图14所示，每个吹气孔叶片208绕第三销钉205c转动一定角度实现吹气孔的展开及闭合，单个吹气孔叶片208转动角度θ的取值范围在0°-52.5°，六个吹气孔叶片208共同构成中间正六边形的吹气孔，吹气孔孔径D的取值范围在0mm-2mm之间，单个吹气孔叶片208的转动角度θ及孔径D的对应值如表一所示。

表一 吹气孔叶片转动角度与吹气孔孔径的对应关系

叶片转动角度θ	0	7.5	15	22.5	30	37.5	45	52.5
									孔径D/mm	0	0.376	0.728	1.054	1.350	1.608	1.824	2.000

使用机械机构改变吹气孔叶片208的展开旋转角度来实现吹气孔孔径的连续性变化，吹气孔孔径D及吹气孔叶片208展开旋转角度θ之间的关系可以使用以下公式近似表示：

D＝75.6(e^-0.0072θ-e^-0.0080θ)；

式中，吹气孔孔径D的取值范围在0mm-2mm之间，叶片转动角度θ取值范围为0°-52.5°，当叶片展开的旋转角度为0°时，出气孔完全关闭；当叶片展开的旋转角度为52.5°时，出气孔完全打开，在出气孔完全打开时的气孔直径为2mm。

吹气孔叶片驱动环204经由第一销钉205a带动连接杆206运动，使连接杆206经由第二销钉205b拉动吹气孔叶片208绕第三销钉205c中心轴线进行转动，其中吹气孔叶片驱动环204转动角度β与单个吹气孔叶片208转动角度θ的对应值如表二所示。

表二 吹气孔叶片驱动环转动角度与吹气孔叶片转动角度的关系

叶片驱动环转动角度β	0	7.5	15	22.5	30	37.5
							叶片转动角度θ	0	4.83	7.62	15.30	31.60	52.5

吹气孔叶片驱动环转动角度β与吹气孔叶片转动角度θ的关系可以表示为：

β＝2.77e^0.08θ-1；

其中，吹气孔叶片驱动环转动角度β范围为0°-37.5°，吹气孔叶片转动角度θ取值范围为0°-52.5°。吹气孔叶片驱动环转动角度β为0°时，吹气孔叶片完全闭合，吹气孔叶片驱动环转动角度β为37.5°时，吹气孔叶片完全展开。

如图15-图17所示，气流截断装置153包括电磁阀、弹簧213、截流片212和截流片盖板211，电磁阀与所述控制单元和截流片212相连接；弹簧213设置在所述电磁阀和截流片212之间；在气流截断装置153中使用电磁阀控制截流片212在截流片盖板211中做往复运动，当收到控制单元发出的电信号时，电磁阀吸合，截流片212向左运动直至截流片盖板211上气孔完全开启，当截流片212到达最左侧位置时电磁阀松开，弹簧213被完全压缩，弹簧213弹性势能释放使截流片212返回原位置使截流片盖板211上气孔闭合，吹气头150内气流被截断，这样即为一个气流截断周期。气流截断装置153还可以在截断气流时可以在吹气孔内部产生瞬时负压，使气泡在气流惯性及孔内压力的作用下迅速脱离吹气孔，防止由于熔体粘性使气泡吸附在吹气孔附近，从而改善气泡在吹气孔处的脱离情况。气流截断频率是会根据吹气孔孔径、气体流量等参数进行实时变化的。

从气孔开启到闭合再到开启为一个截断周期，气流截断装置153的截断频率满足：

式中，v_s为吹气孔处气体流量，单位为mL/min；δ为气泡膨胀系数，即吹气孔孔径与脱离吹气孔的气泡直径的比值，即

为一标量，δ的取值与金属熔液粘度有关，本实例中取为0.2；D为吹气孔孔径，单位为mm；K为误差系数且K值取0。

在本实施例中，所述气体截断频率不超过10Hz。

本发明提供的吹气法制备梯度泡沫铝的装置通过调节吹气头中的吹气孔孔径来精确控制吹入气泡的尺寸，在吹气过程中使用机械驱动机构逐渐调节吹气孔孔径以实现气泡尺寸的动态变化，制备出胞孔孔径梯度变化的泡沫铝材料；通过电磁阀控制气流截断装置进行往复运动，实现对吹入气流的间歇性截断，这样可以在吹气过程中控制每个气泡体积，提高了对泡沫铝胞孔结构的控制性。

如图18、图19所示，本发明还提供了一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，使用所述的梯度泡沫铝制备装置，包括以下步骤：

步骤一、将加热炉110、发泡坩埚外壳121、发泡坩埚122、泡沫铝收集装置130、进气管160、吹气头150按图1所示组装好，将加热熔化的铝熔液141移入发泡坩埚122中，向铝熔液中加入铝熔液141质量的0.5％-3％的金属镁及铝熔液141质量的10％-20％的陶瓷颗粒，搅拌得到成分完备且均匀的铝熔液备用；

步骤二、调节发泡坩埚中熔液温度至630℃±10℃并保持恒定，设置孔径调节装置152的吹气孔孔径变化范围、孔径变化速度以及气流截断装置153的初始截断频率，并将参数输入至在控制单元中，由控制单元将信号传递给驱动机构，使孔径调节装置152及气流截断装置153按照设定进行运动，压缩空气经由进气管160、吹气头150从发泡坩埚130底部持续吹入气体使铝熔液141发泡，实现吹气孔孔径在吹气过程中的逐渐变化，使气泡尺寸逐渐变化，在吹气发泡的过程中气体流量传感器可以实时监测吹气头150中的气体流量，并将信息反馈给控制单元，再由控制单元控制驱动机构对气流截断频率进行实时调节，在发泡过程结束后，由泡沫铝收集装置130对冷却凝固的梯度泡沫铝142进行收集，在补充铝熔液141后即可进行下一次的制备。

实施例1

将一定量的金属铝加热至720℃熔化后将铝熔液放入发泡坩埚中，向铝熔液中加入铝熔液质量的0.5％-3％的金属镁及铝熔液质量的10％-20％陶瓷颗粒，并搅拌均匀，然后保证熔体温度为630℃，设置的吹气孔孔径为0.5mm，并锁止驱动机构，使吹气孔孔径在吹起过程中不发生改变，即吹气孔孔径变化速度为0mm/min。设置空气流量为2500mL/min，计算得到气流截断装置的截断频率为5.1Hz，气泡尺寸为2.5mm，从进气管通入压缩空气，吹气发泡5min后，使用泡沫铝收集装置将梯度泡沫铝从发泡坩埚中取出，得到匀质泡沫铝块，泡沫铝块的平均胞孔孔径约为2.5mm。

实施例2

将一定量的金属铝加热至720℃熔化后将铝熔液放入发泡坩埚中，向铝熔液中加入铝熔液质量的0.5％-3％的金属镁及铝熔液质量的10％-20％陶瓷颗粒，并搅拌均匀，然后保证熔体温度为630℃，设置的吹气孔孔径变化范围在0.5mm-1mm，吹气孔孔径变化速度为0.1mm/min，预先调整吹气孔孔径为0.5mm，设置空气流量为2500mL/min，当吹气孔孔径为0.5mm时，计算得到气流截断装置的截断频率为5.1Hz，气泡尺寸为2.5mm，而当吹气孔孔径变为为1mm时，气流截断装置的截断频率为0.6Hz，气泡尺寸为5mm。从进气管通入压缩空气，吹气发泡5min后，使用泡沫铝收集装置将梯度泡沫铝从发泡坩埚中取出，得到在高度方向泡沫铝胞孔孔径连续梯度变化的泡沫铝块，泡沫铝块的胞孔孔径从下至上由5mm逐渐变化到2.5mm，泡沫铝中胞孔结构稳定，力学性能良好。

另外，通过更改气体流量、改变铝熔液粘性、改变吹气时间也都可以实现梯度泡沫铝结构参数的改变，在这里不一一列出。

本发明提供的一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，在吹气过程中对吹气孔孔径的动态调节实现了梯度泡沫铝的制备，使用孔径调节及气流截断的方法对吹气发泡法制备泡沫铝起到了有效控制。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，包括：

加热炉；以及

发泡装置，其设置在所述加热炉内部；

吹气头，其为中空结构，且所述吹气头的一端与所述发泡装置相连通；

吹气孔盖板，其固定在所述吹气头的一端，且所述吹气孔盖板的一侧设置有限位槽，所述吹气孔盖板具有第一中心通孔；

截流片盖板，其固定在所述吹气孔盖板的一侧且具有第二中心通孔，所述截流片盖板与所述吹气孔盖板之间为第一容纳室；

吹气孔叶片驱动环，其同轴可转动的卡合在所述吹气孔盖板的一侧，且所述吹气孔叶片驱动环具有限位片；

驱动杆，其与所述限位片相连接，用于带动所述吹气孔叶片驱动环转动；

多个连接杆，其一端固定在所述吹气孔叶片驱动环上；

吹气孔叶片固定基座，其固定在所述吹气孔盖板的一侧，所述吹气孔叶片固定基座同轴设置在所述吹气孔叶片驱动环的内部且具有第三中心通孔；

多个吹气孔叶片，其为扇形结构，所述多个吹气孔叶片扇形的一端均可转动的设置在所述吹气孔叶片固定基座上，扇形的另一端与所述多个连接杆的另一端分别一一对应的连接，且所述多个吹气孔叶片层叠排列形成可变孔径的吹气孔，用于可选择的将所述第三中心通孔开启或密封；

截流片，其设置在所述第一容纳室中，用于可选择的将所述第二中心通孔开启或密封；

进气管，其一端与所述吹气头的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通；

其中，所述限位片可移动的设置在所述限位槽中，所述吹气孔叶片驱动环的转动角度为0°-37.5°；所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔同轴设置。

2.如权利要求1所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，所述发泡装置包括：

发泡坩埚外壳，其设置在所述加热炉内部；

发泡坩埚，其设置在所述发泡坩埚外壳的内部；

收集装置，其设置在所述发泡坩埚的上部，用于收集梯度泡沫铝，且所述收集装置上设置有多个通气孔。

3.如权利要求2所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，还包括：

电磁阀，其与所述截流片相连接；

弹簧，其设置在所述电磁阀和截流片之间。

4.如权利要求3所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，还包括：

多个第一销钉，其分别一一对应的设置在所述多个连接杆的一端和吹气孔叶片驱动环之间；

多个第二销钉，其分别一一对应的设置在所述多个连接杆的另一端和多个吹气孔叶片扇形的一端之间；

多个第三销钉，其分别一一对应的设置在所述多个吹气孔叶片扇形的另一端和吹气孔叶片固定基座之间。

5.如权利要求4所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，还包括：

多个气流传感器，其设置在所述截流片盖板内部，用于检测气体压力及气体流量；

控制单元，其与所述电磁阀、多个气流传感器相连接。

6.如权利要求5所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，还包括：

驱动机构，其同时与所述控制单元和驱动杆相连接，用于带动所述驱动杆移动。

7.如权利要求6所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔的直径均为2mm。

8.一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，使用如权利要求1-7任意一项所述的梯度泡沫铝制备装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将金属铝加热熔化后放入发泡坩埚中，向铝熔液中加入金属镁及陶瓷颗粒并搅拌混合；

其中，所述金属镁的含量为所述铝熔液质量的0.5％-3％，所述陶瓷颗粒的含量为所述铝熔液质量的10％-20％；

步骤二、调节所述发泡坩埚中铝熔液温度至630℃±10℃并保持恒定，同时设置吹气孔的孔径变化范围并调节吹气孔孔径变化速度和气流截断频率，进气管向所述发泡坩埚底部持续吹入气体使铝熔液发泡，吹气结束后对所述铝熔液进行冷却凝固并收集得到梯度泡沫铝。

9.如权利要求8所述的吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的金属铝加热温度为700℃-750℃。

10.如权利要求8所述的吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，其特征在于，所述吹气孔的孔径变化范围为0mm-2mm，吹气孔孔径变化速度为0.1mm/min，所述气流截断频率满足：

式中，v_s为吹气孔处气体流量，δ为气泡膨胀系数，D为吹气孔孔径，K为误差系数；

所述气体截断频率不超过10Hz。

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