CN1669688A - 泡沫金属的铸轧连续生产方法 - Google Patents
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Abstract
泡沫金属的铸轧连续生产方法，属于多孔泡沫金属材料的制备领域。将金属熔化后加入增粘剂、搅拌增粘，再加入发泡剂进行发泡剂均匀混合搅拌后在铸轧机上铸轧，得到泡沫金属先驱体，将先驱体送入感应加热炉加热发泡后，得到要求的泡沫金属。被铸轧的金属是处于半固态状态，具有能耗低，结构可控、成本低的特点，可以在同一生产线上实现泡沫金属及泡沫金属夹层板的规模化、连续化生产。
Description
一、技术领域
该发明涉及一种泡沫金属夹层板(表面为金属板，芯部为泡沫金属的板材)及泡沫金属的制备、连续生产方法，属于多孔泡沫金属材料制备领域。
二、背景技术
泡沫金属夹层板及泡沫金属具有轻量、高比钢度、消音、减震、保温、绝热等特性，在建筑、装饰、航空、船舶、消音减震器、体育用品等领域都有巨大的市场潜力。
目前，公知的泡沫金属夹层板的制备过程是通过以下两种方法(1)粉末轧制获得粉末板，粉末板再与金属板复合后进行发泡而得；(2)用其他方法获得的泡沫金属加工为板材，再与金属板进行连接而得。该两种方法都存在：(1)制备工艺周期长；(2)泡沫金属与金属板的结合不理想的两个缺陷。与公知技术相比，本发明的夹层板的技术特点在于：1)在铸轧复合时，由于两种纯净液态金属短暂的相互接触熔结，避免了金属的表面氧化问题，快速冷却到半固态时在压力作用下进行半固态轧制，可形成牢固而细小组织的冶金结合，提高板-芯的结合强度；2)由于采用了半固态的铸轧方法，降低了能耗；3)板芯复合先驱体的一次性成型，实现了短流程净成型加工，可实现规模化、连续化工业生产；4)由于夹层板的面板是直接由液态金属制备而来，从而降低了成本。
公知的泡沫金属的制备过程主要有(1)粉末冶金发泡法；(2)熔体发泡法而得。该两种方法中，目前最具有工业应用前景的是熔体发泡法，该方法的研究已经基本成熟，但该方法的规模化、连续化生产还处于探索阶段。
铸轧法制备泡沫金属夹层板及泡沫金属是在泡沫金属熔体及粉体发泡、轧制复合、金属半固态加工技术的基础上获得的，具有泡沫金属(近)净型制备加工的特点，可实现泡沫金属夹层板及泡沫金属的低成本、连续化工业生产，具有很好的市场应用前景。
三、发明内容
1、目的
本发明的目的是采用金属(复合)铸轧、发泡的方法实现泡沫金属夹层板及泡沫金属的连续化生产，并可提高泡沫金属芯与金属板的结合强度，简化工艺流程。制品技术指标：夹层板及泡沫板厚度：8-110毫米，面板厚度：0.1-2毫米，界面结合：冶金结合，(芯部)泡沫金属孔径：0.1～5mm，(芯部)泡沫金属孔隙率：40～90％。
2、技术方案
(1)工艺
图1及图2是本发明的连续生产工艺流程图，图3是4档板轧机轧辊配置示意图。
泡沫金属夹层板是一种三层结构的复合板材，其芯部为泡沫金属、两个外表面为金属板。铸轧-发泡法生产泡沫金属夹层板的工艺过程为：用两种不同的金属，分别熔化后在铸轧机上进行复合铸轧得到夹层板先驱体，将该轧制先驱体加热发泡后，得到要求的整体型金属夹层板。
铸轧-发泡法生产泡沫金属的工艺过程为：单一金属熔化后在铸轧机上进行铸轧得到泡沫金属先驱体，将先驱体加热发泡后，得到要求的泡沫金属。
采用铸轧的生产方法，其优点是能够实现生产过程的连续化。本发明中，夹层板先驱体或泡沫金属先驱体是通过铸轧的方法进行生产的，因此，将实现了连续化铸轧生产的夹层板先驱体或泡沫金属先驱体直接送入保温发泡炉进行发泡处理，即可得到连续的夹层板或泡沫金属产品，从而实现夹层板或泡沫金属的整个生产过程的连续化。
以上的泡沫金属夹层板及泡沫金属采用同样的工艺及设备配置进行生产，所不同的是泡沫金属夹层板在铸轧时进行的是复合铸轧-发泡，而泡沫金属则是单一金属的铸轧-发泡，使用2档板、4档板分别可以轧制泡沫金属先驱体、泡沫金属夹层板先驱体。
(2)主要设备
1)感应加热炉；
2)专用立式铸轧机；
3)保温发泡炉；
4)叶片搅拌器。
(3)技术条件
1)夹层板泡沫金属芯及泡沫金属用金属原料(发泡用金属原料)：铝、铝合金中的一种；
2)夹层板面板用金属原料：铝、铜、铜合金、钢中的一种；
3)增粘剂：金属钙(粒度0.5-3毫米)、碳化硅(粒度100-500目)、铝硅合金粉(粒度100-500目)中的一种，比例(占发泡用金属原料量的质量百分比)：金属钙1-4％，碳化硅1-5％，铝硅合金1-6％；
4)发泡剂：氢化钛(粒度100-500目)、碳酸钙中的一种(粒度100-500目)，比例(占发泡金属原料量的质量百分比)：氢化钛0.5-3％，碳酸钙0.8-5％；
5)金属熔化温度：高于所用金属熔点50-300℃；
6)增粘搅拌条件：转速300-1000转/分钟，时间2-20分钟，温度550-750℃；
7)发泡剂均匀混合搅拌条件：转速400-2000转/分钟，时间20-300秒，温度550-750℃；
8)铸轧机形式：两辊立式；
9)立式铸轧机由档板1、和一对轧辊2组成，轧制力1-100吨，轧辊直径50-800毫米，辊缝5-30毫米，轧辊辊身长200-1600毫米，轧辊冷却强度1℃/秒-100℃/秒，轧后强制冷却强度5℃/秒-200℃/秒，轧制速度10毫米/分钟-100米/分钟，档板材料陶瓷。当轧辊转动时，金属液在档板、重力和轧辊摩擦力的作用下咬入轧辊，同时进行冷却，在半固态状态下进行连续轧制，获得夹层板或泡沫金属的发泡先驱体；
10)发泡条件：发泡温度，高于(夹层板芯)金属熔点20-200℃；发泡时间1-30分钟；
11)感应加热炉：加热温度不低于1600℃，容量5-100公斤；
12)保温发泡炉：加热方式 电加热或燃气炉，加热温度不低于1100℃，炉膛尺寸(根据产量及产品尺寸)可选；
13)搅拌器：叶片式，最大转速3000转/分钟，叶片尺寸以坩埚尺寸匹配；
14)设备配置原则：依据连续生产时，进、出物流量相等的原则进行配置。
3、与公知技术相比，本发明具备的优点及积极效果
(1)可低成本、一次性短流程、净成型地实现了板-芯结合强度好、结构可控的泡沫金属夹层板的连续生产；
(2)可以在同一生产线上实现泡沫金属夹层板和泡沫板的规模化、连续生产，适应性强。
四、附图说明
图1及图2是本发明的连续生产工艺流程图。图3是4档板轧机轧辊配置示意图，图3中，1是用于分隔金属液的档板，2是带冷却水的轧辊。
五、具体实施方式
实施例一：铝-泡沫铝-铝夹层板
面板用纯铝、泡沫金属芯用AlSi6铝合金为原料，分别在720℃和650℃进行熔化，在AlSi6铝合金熔体中加入金属钙(用量为AlSi6铝合金质量的2％，粒度1-1.5毫米)，用搅拌器进行搅拌增粘(转速500转/分，时间15分钟)，后加入200目氢化钛(用量为AlSi6铝合金质量的1.2％)，用搅拌器进行发泡剂均匀混合搅拌(转速1000转/分，时间120秒)。纯铝以及经过增粘、发泡剂混合均匀的AlSi6铝合金浇入4档板的立式两辊轧机(轧辊直径300毫米，辊身长800毫米，辊缝10毫米)，采用3吨轧制力及1米/分钟的速度进行轧制，轧辊及轧后冷却强度分别为20℃/秒和50℃/秒，可连续性地获得厚度10毫米(中间铝合金为8毫米、两外层纯铝各为1毫米)、宽度600毫米的铝-铝合金-铝夹层板发泡先驱体带材，该带材在620℃温度下发泡10分钟，可获得厚度40毫米，表面层厚度1毫米，泡沫芯孔径2-3毫米，孔隙率70％-75％的铝-泡沫铝-铝夹层板。
实施例二：钢-泡沫铝-钢夹层板
面板用45钢、芯用纯铝为原料，分别在1450℃和720℃进行熔化，在纯Al熔体中加入碳化硅(用量为Al质量的2％，粒度200目)，用搅拌器进行搅拌增粘(转速600转/分，时间12分钟)，后加入300目碳酸钙(用量为Al质量的2％)，用搅拌器进行发泡剂均匀混合搅拌(转速1200转/分，时间100秒)。45钢、(经过增粘、发泡剂混合均匀的)纯铝浇入4档板的立式两辊轧机(轧辊直径300毫米，辊身长800毫米，辊缝10毫米)，采用5吨轧制力及1.2米/分钟的速度进行轧制，轧辊及轧后冷却强度分别为30℃/秒和50℃/秒，可连续性地获得厚度10毫米(中间纯铝8毫米、两外层45钢各为1毫米)、宽度600毫米的钢-铝-钢夹层板发泡先驱体带材，该带材在720℃温度下发泡6分钟，可获得厚度40毫米，表面层厚度1毫米，泡沫芯孔径0.5-0.8毫米，孔隙率70％-75％的钢-泡沫铝-钢夹层板。
实施例三：泡沫铝
用纯铝为原料，在720℃进行熔化，在纯Al熔体中加入碳化硅(用量为Al质量的2％，粒度300目)，用搅拌器进行搅拌增粘(转速600转/分，时间12分钟)，后加入100目氢化钛(用量为Al质量的1％)，用搅拌器进行发泡剂均匀混合搅拌(转速1300转/分，时间150秒)，(经过增粘、发泡剂混合均匀的)纯铝浇入2板的立式两辊轧机(轧辊直径300毫米，辊身长800毫米，辊缝10毫米)，采用2吨轧制力及3米/分钟的轧制速度，轧辊及轧后冷却强度分别为15℃/秒和20℃/秒，可获得厚度10毫米宽度600毫米的发泡铝先驱体带材，后该带材在720℃温度下发泡4分钟，可获得厚度40-45毫米，泡沫芯孔径3-4毫米，孔隙率75％-80％的泡沫铝。
Claims (7)
1、泡沫金属的铸轧连续生产方法，其特征是：单一金属熔化后加入增粘剂、搅拌增粘，再加入发泡剂进行发泡剂均匀混合搅拌后，在铸轧机上进行铸轧，在保温炉内发泡，得到要求的泡沫金属。
2、跟据权利要求1所述的泡沫金属的铸轧连续生产方法，其特征是：所述单一金属是铝、铝合金中的一种。
3、跟据权利要求1所述的泡沫金属的铸轧连续生产方法，其特征是：所述增粘剂是粒度0.5-3毫米的金属钙、粒度100-500目的碳化硅、铝硅合金粉中的一种，其占金属原料量的质量百分比为金属钙1-4％，碳化硅1-5％，铝硅合金1-6％。
4、跟据权利要求1所述的泡沫金属的铸轧连续生产方法，其特征是：所述发泡剂是粒度100-500目的氢化钛、碳酸钙中的一种，占金属原料量的质量百分比氢化钛为5-3％，碳酸钙为8-5％。
5、据权利要求1述的泡沫金属的铸轧连续生产方法，其特征是：所述金属熔化温度为高于金属熔点50-300℃
6、跟据权利要求1所述的泡沫金属的铸轧连续生产方法，其特征是：所述增粘搅拌条件：转速300-1000转/分钟，时间2-20分钟，温度550-750℃；发泡剂均匀混合搅拌条件：转速400-2000转/分钟，时间20-300秒，温度550-750℃。发泡温度高于金属熔点20-200℃；发泡时间1-30分钟；
7、跟据权利要求1所述的泡沫金属的铸轧连续生产方法，其特征是：立式铸轧机轧制力1-100吨，轧辊直径50-800毫米，辊缝5-30毫米，轧辊辊身长200-1600毫米，轧辊冷却强度1℃/秒-100℃/秒，轧后强制冷却强度5℃/秒-200℃/秒，轧制速度10毫米/分钟-100米/分钟，当轧辊转动时，金属液在档板、重力和轧辊摩擦力的作用下咬入轧辊，同时进行冷却，在半固态状态下进行连续轧制，获得泡沫金属先驱体，先驱体在保温炉内720℃温度下发泡4分钟，获得泡沫金属铝。
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