CN114505465B - 一种复合泡沫钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合泡沫钢的制备方法，采用纯铁制作空心钢球并预热；将预热后的钢球放入容器中，将熔炼后的不锈钢钢液通过真空吸铸法吸入装有空心钢球的容器内，不锈钢钢液在容器内凝固后得到复合泡沫钢。本发明采用的两种复合材料机械性能相近，均具有较高的强度和韧性，并且两种复合材料之间能够很好地结合，因此复合泡沫钢在使用过程中具有优良的机械性能，能够承受较大载荷。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫钢生产技术领域，尤其涉及一种复合泡沫钢的制备方法。
背景技术
泡沫钢是一种钢基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的结构-功能一体化材料。作为功能材料，它具有吸声、隔热、阻燃、电磁屏蔽等多种性能。作为结构材料，通过改变孔隙率和孔结构，可以改变钢材密度、弹性模量和屈服强度。在相同用钢量的情况下，合理的设计可以有效地提高结构构件整体稳定和局部稳定性能，从而提高承载力，达到节约钢材的目的。
目前，泡沫钢的制备方法主要有熔体金属发泡法、金属沉积法、空心球烧结法、渗流法和粉末烧结法。熔体金属发泡法无法使发泡剂均匀分散到熔体中，气泡大小和分布的均匀性难以控制，获得的材料力学性能等较差；渗流法工艺流程长、先驱体难以完全去除。空心球法能够保证泡沫钢内结构更加均匀，有利于保证材料的性能。
公开号为CN109513906A的中国专利申请公开了“一种空心球金属复合泡沫材料生产方法”，包括以下步骤：S100：准备模具，所述模具设有型腔，所述型腔的形状根据需要制备的结构件形状设置；S200：将空心陶瓷球预热，填装到所述型腔中，所述空心陶瓷球紧密排列；S300：将金属原材料加热熔化成金属熔体，所述金属熔体升温至浇铸温度；S400：将所述金属熔体浇注到所述型腔中，所述型腔抽负压，所述金属熔体在负压环境下浸渗填充到所述空心陶瓷球的间隙中；S500：所述金属熔体自然冷却，脱模得到空心球金属复合泡沫材料结构件。其是将陶瓷材料与金属进行复合，但由于陶瓷材料属于脆性材料，承受载荷能力非常低，从而大幅降低了泡沫钢的性能。
公开号为CN104148648B的中国发明专利公开了“一种泡沫不锈钢复合管的制备方法”，具体为：一、制备分散剂；二、制备不锈钢粉末浆料；三、将不锈钢粉末浆料均匀涂覆于不锈钢管外表面，烘干后进行热处理，得到一层不锈钢粉末烧结多孔层；四、将泡沫模板包覆在不锈钢粉末烧结多孔层表面，将不锈钢粉末浆料均匀涂覆于泡沫模板上，烘干后进行热处理，得到一层不锈钢泡沫层，即制得泡沫不锈钢复合管。该发明所用原材料来源广泛、易得，制备过程简单，制备得到的泡沫不锈钢复合管与不锈钢光管相比导热系数降低了10倍以上，临界热流密度提高了2倍以上，比表面积大，且具有可加工性能好，原材料消耗少，换热比表面积大、重复使用性能稳定的优点，能够作为散热器的关键部件。但其是在不锈钢管外表面增加不锈钢粉末烧结多孔层，将泡沫模板包覆在不锈钢粉末烧结多孔层表面，将不锈钢粉末浆料均匀涂覆于泡沫模板上，烘干后进行热处理，得到一层不锈钢泡沫层，即制得泡沫不锈钢复合管。这种结构在承受载荷方面的能力非常差，只能用在不受力的场合，应用局限性很大。
总之，现有的复合泡沫钢材料由于其结构决定了不能承受大的载荷，在有外力作用的情况下，基本不能使用，不能发挥泡沫钢的优势。因此，急需研发一种在使用过程中具有优良的机械性能，能够承受较大载荷，同时生产工艺简单，安全可靠，性能稳定的复合泡沫钢。
发明内容
本发明提供了一种复合泡沫钢的制备方法，采用的两种复合材料机械性能相近，均具有较高的强度和韧性，并且两种复合材料之间能够很好地结合，因此复合泡沫钢在使用过程中具有优良的机械性能，能够承受较大载荷。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种复合泡沫钢的制备方法，采用纯铁制作空心钢球并预热；将预热后的钢球放入容器中，将熔炼后的不锈钢钢液通过真空吸铸法吸入装有空心钢球的容器内，不锈钢钢液在容器内凝固后得到复合泡沫钢。
一种复合泡沫钢的制备方法，具体包括如下步骤：
1)空心钢球制备：采用感应炉将纯铁熔炼后进行浇铸，制成空心钢球；
2)空心钢球预处理：空心钢球表面进行毛化处理，然后进行清洗处理；在真空吸铸前，将空心钢球预热到850～900℃待用；
3)不锈钢熔炼：采用感应炉对不锈钢进行熔炼，熔炼后的不锈钢钢液温度控制在1450～1480℃；
4)真空吸铸：将预热后的空心钢球放入容器内，空心钢球上方设铁丝网，然后立即将不锈钢钢液通过真空吸入装有空心钢球的容器内，铁丝网能够防止空心钢球在不锈钢钢液中上浮；
5)真空吸铸后自然冷却得到复合泡沫钢。
所述空心钢球的碳含量不大于0.02％，直径为0.5～5mm，壁厚为0.1～0.5mm。
所述步骤2)中，毛化处理采用喷丸的方式。
所述步骤2)中，清洗处理采用乙醇为清洗剂。
所述不锈钢的铬含量为12.5％～14％。
所述步骤4)中，真空吸铸时的压力为2～50pa，保压时间为5～15min。
所述复合泡沫钢的密度为2.1～3.2g/cm3，产品性能：抗压屈服强度130～250MPa，50％压应变时能量吸收值70～140MJ/m3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用的两种复合材料机械性能相近且均具有较高的强度和韧性；
2)在复合泡沫钢制备过程中，通过观察内部的断面判定，两种复合材料之间能够很好地结合；
3)复合泡沫钢在使用过程中具有优良的机械性能，能够承受较大载荷；
4)生产工艺简单，安全可靠，能够充分保证复合泡沫钢的性能。
具体实施方式
本发明所述一种复合泡沫钢的制备方法，采用纯铁制作空心钢球并预热；将预热后的钢球放入容器中，将熔炼后的不锈钢钢液通过真空吸铸法吸入装有空心钢球的容器内，不锈钢钢液在容器内凝固后得到复合泡沫钢。
一种复合泡沫钢的制备方法，具体包括如下步骤：
1)空心钢球制备：采用感应炉将纯铁熔炼后进行浇铸，制成空心钢球；
2)空心钢球预处理：空心钢球表面进行毛化处理，然后进行清洗处理；在真空吸铸前，将空心钢球预热到850～900℃待用；
3)不锈钢熔炼：采用感应炉对不锈钢进行熔炼，熔炼后的不锈钢钢液温度控制在1450～1480℃；
4)真空吸铸：将预热后的空心钢球放入容器内，空心钢球上方设铁丝网，然后立即将不锈钢钢液通过真空吸入装有空心钢球的容器内，铁丝网能够防止空心钢球在不锈钢钢液中上浮；
5)真空吸铸后自然冷却得到复合泡沫钢。
所述空心钢球的碳含量不大于0.02％，直径为0.5～5mm，壁厚为0.1～0.5mm。
所述步骤2)中，毛化处理采用喷丸的方式。
所述步骤2)中，清洗处理采用乙醇为清洗剂。
所述不锈钢的铬含量为12.5％～14％。
所述步骤4)中，真空吸铸时的压力为2～50pa，保压时间为5～15min。
所述复合泡沫钢的密度为2.1～3.2g/cm3，产品性能：抗压屈服强度130～250MPa，50％压应变时能量吸收值70～140MJ/m3。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，复合泡沫钢的制备过程具体如下：
1.空心钢球制备：采用纯铁制备空心钢球，空心钢球的碳含量为0.01％，直径为5mm，壁厚为0.3mm。
2.空心钢球预处理：空心钢球表面采用喷丸的方式进行毛化处理，增加表面粗糙度，然后将空心钢球的表面采用乙醇进行清洗处理，得到干净、易浸润的空心钢球。在真空吸铸前，将空心钢球预热到850℃待用。
3.不锈钢熔炼：采用铬含量为12.5％的不锈钢原料进行熔炼，利用不锈钢与纯铁间较大的熔点差值，确保熔化成液态的不锈钢浇铸到空心钢球上时，空心钢球不会熔化。不锈钢熔化后的钢液温度控制在1450℃，低于空心钢球的熔点(纯铁熔点为1536℃)。
4.真空吸铸：将不锈钢钢液通过真空吸入装有空心钢球的容器内，容器为圆柱形，内部装有空心钢球，空心钢球上方用铁丝网罩住以防止空心钢球上浮；真空吸铸时的压力为50Pa，保压时间为10min。
5.真空吸铸后自然冷却得到复合泡沫钢。
本实施例生产的泡沫钢，通过观察内部的断面，空心钢球与不锈钢复合处没有缝隙，复合良好；复合泡沫钢的密度为2.1g/cm3，产品性能：抗压屈服强度为130MPa，50％压应变时能量吸收值70MJ/m3。
【实施例2】
本实施例中，复合泡沫钢的制备过程具体如下：
1.空心钢球制备：采用纯铁制备空心钢球，空心钢球的碳含量为0.015％，直径为2mm，壁厚为0.5mm。
2.空心钢球预处理：空心钢球表面采用喷丸的方式进行毛化处理，增加表面粗糙度，然后将空心钢球的表面采用乙醇进行清洗处理，得到干净、易浸润的空心钢球。在真空吸铸前将空心钢球预热到870℃待用。
3.不锈钢熔炼：采用铬含量为13％的不锈钢原料进行熔炼，熔化后的不锈钢钢液温度控制在1480℃，低于空心钢球的熔点(纯铁熔点为1536℃)。
4.真空吸铸：将不锈钢钢液通过真空吸入装有空心钢球的容器内，该容器呈圆柱形，内部装入空心钢球，空心钢球上方用铁丝网罩住以防止空心钢球上浮；真空吸铸时的压力为20Pa，保压时间为15min。
5.真空吸铸后自然冷却得到复合泡沫钢。
本实施例生产的泡沫钢，通过观察内部的断面，空心钢球与不锈钢复合处没有缝隙，复合良好；复合泡沫钢的密度为2.7g/cm3，产品性能：抗压屈服强度为181MPa，50％压应变时能量吸收值105MJ/m3。
【实施例3】
本实施例中，复合泡沫钢的制备过程具体如下：
1.空心钢球制备：采用纯铁制备空心钢球，空心钢球的碳含量为0.020％，直径为0.5mm，壁厚为0.1mm。
2.空心钢球预处理：空心钢球表面采用喷丸的方式进行毛化处理，增加表面粗糙度，然后将空心钢球的表面采用乙醇进行清洗处理，得到干净、易浸润的空心钢球；在真空吸铸前将空心钢球预热到900℃待用。
3.不锈钢熔炼：采用铬含量为14％的不锈钢原料进行熔炼，熔化后的不锈钢钢液温度控制在1460℃，低于空心钢球的熔点(纯铁熔点为1536℃)。
4.真空吸铸：将不锈钢钢液通过真空吸入装有空心钢球的容器内，该容器呈圆柱形，内部装入空心钢球，空心钢球上方用铁丝网罩住以防止空心钢球上浮；真空吸铸时的压力为2Pa，保压时间为5min。
5.真空吸铸后自然冷却得到复合泡沫钢。
本实施例生产的泡沫钢，通过观察内部的断面，空心钢球与不锈钢复合处没有缝隙，复合良好；复合泡沫钢的密度为3.2g/cm3，产品性能：抗压屈服强度为250MPa，50％压应变时能量吸收值140MJ/m3。
综上，本发明制备的复合泡沫钢，由于两种复合材料的机械性能相近，且均具有较高的强度和韧性，在使用过程中具有优良的机械性能，能够承受较大载荷，充分保证复合泡沫钢的性能。
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 (5)
1.一种复合泡沫钢的制备方法，其特征在于，采用纯铁制作空心球并预热；将预热后的空心球放入容器中，将熔炼后的不锈钢钢液通过真空吸铸法吸入装有空心球的容器内，不锈钢钢液在容器内凝固后得到复合泡沫钢，具体包括如下步骤：
1）空心球制备：采用感应炉将纯铁熔炼后进行浇铸，制成空心球；
2）空心球预处理：空心球表面进行毛化处理，然后进行清洗处理；在真空吸铸前，将空心球预热到850～900℃待用；
3）不锈钢熔炼：采用感应炉对不锈钢进行熔炼，熔炼后的不锈钢钢液温度控制在1450～1480℃；不锈钢的铬含量为12.5%～14%；
4）真空吸铸：将预热后的空心球放入容器内，空心球上方设铁丝网，然后立即将不锈钢钢液通过真空吸入装有空心球的容器内，铁丝网能够防止空心球在不锈钢钢液中上浮；
5）真空吸铸后自然冷却得到复合泡沫钢；
所述复合泡沫钢的密度为2.1～3.2g/cm3，产品性能：抗压屈服强度130～250MPa，50%压应变时能量吸收值70～140MJ/m³。
2.根据权利要求1所述的一种复合泡沫钢的制备方法，其特征在于，所述空心球的碳含量不大于0.02%，直径为0.5～5mm，壁厚为0.1～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种复合泡沫钢的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，毛化处理采用喷丸的方式。
4.根据权利要求1所述的一种复合泡沫钢的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，清洗处理采用乙醇为清洗剂。
5.根据权利要求1所述的一种复合泡沫钢的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中，真空吸铸时的压力为2～50Pa，保压时间为5～15min。
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