CN204584209U - 一种泡沫金属铸锭的铸造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泡沫金属铸锭的铸造设备，所述铸造设备包括搅拌装置，该搅拌装置设置在金属固液两相区的位置。本实用新型的方法是在金属固液两相区进行搅拌，使该固液两相区中的枝晶占液相的质量百分比比例为20%-80%。本实用新型的方案避免了传统泡沫金属制备方法所存在的泡沫锭底板无泡层厚大，泡沫锭内部均匀性和质量稳定性差，所制备的泡沫金属的脆性大、塑性差、可加工性能差，不适于作为结构材料使用等不足。

Description

一种泡沫金属铸锭的铸造设备

技术领域

本实用新型涉属于冶金铸造技术领域，尤其涉及一种泡沫金属铸锭的铸造设备。

背景技术

在现代科学技术、现代工程、现代交通、现代航空航天和现代国防领域，密实金属结构材料一直占有绝对的统治地位。在自然界，多孔材料则是分布最广、使用历史最悠久的材料，人类和动物的骨骼，广泛分布的花草树木等，是应用最成功的多孔材料。

与多孔材料相比，密实金属结构材料密度大、比强度低，制备同样体积的工件和结构件，其原料消耗和结构重量往往是多孔材料的几倍、甚至几十倍。仅以我国为例，每年需要生产5-6亿吨钢铁、3500万吨的铝合金作为各类工程结构原材料使用，原料消耗巨大、生产成本极高。

在现代交通运输领域，密实金属结构材料长期是各类交通工具的主体结构材料，带来的问题是，车辆自重大，运行成本高，能量有效利用率极低。一辆自重1000kg的自驾车（家用小轿车），实际运行的载荷重量往往不超过200kg，用于有效载荷的能量消耗不足18%。一节自重60t的铁路货车车皮，有效载货重量仅为60t，用于有效载荷的能量消耗不足50%。一辆自重4t的卡车，有效载货量约为8t，用于有效载荷的能量消耗不足60%。

在现代航空航天领域，现代战机的和航天火箭的有效能量利用率极低。以当前美国F22猛禽战机为例，全备起飞重量超过35t，有效载弹量仅为2.27t，用于有效载荷的能量消耗不足7%。我国长征4号火箭发射总质量达到249t，有效载货量仅为1.49t，用于有效载荷的能量消耗不足0.6%。

在现代工程领域，使用密实材料仍然有许多工程难题无法克服。我国每年生产铜材近1500万t，其中，约有70%用于导电导体材料，而铜材在导电时，受同流效应和集肤效应的影响，电流主要集中在导体的浅表层。一根直径为200mm的导电铜棒，有效载流区域仅为铜棒表层2mm左右的区域，心部材料占棒材全重96%对导电过程没有贡献，材料的有效利用率不足4%。直接采用管体导电材料又存在强度不足的问题。为克服这一不足，工程上常采用钢棒表面包覆铜或者铝的方法提高导体的强度，增加了铜-钢、铝-钢复合成本，也给后续的铜、钢、铝资源的综合回收利用增加了难度。

为克服密实材料的不足，人们陆续开发了近十种泡沫金属制备方法，希望在结构、功能材料领域，以多孔金属代替传统的密实金属。但是，现有的泡沫金属制备方法，在工艺、技术、装备、制品质量和性能方面，无法满足现代工程结构对材料性能的使用要求。发泡法、吹气法和粉末冶金法是最有发展前途的泡沫金属制备方法，目前来看，粉末冶金法生产泡沫铝的制备成本太高，受制备工艺的限制，制品尺寸很难做大。吹气法和发泡法制备泡沫铝，需要采用碳化硅、氧化铝和金属钙作为异质增粘剂，添加量达到6%-15%，使泡沫金属的脆性增加，塑性大大降低，作为结构材料使用，无法满足用户对产品使用性能的要求。

发明内容

本实用新型就是针对上述不足，提供一种泡沫金属铸锭的铸造设备。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种泡沫金属铸锭的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括搅拌装置，该搅拌装置设置在金属固液两相区的位置。

根据上述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括结晶器，在所述结晶器的外侧设置有电磁搅拌装置，或者在所述结晶器的外侧或内部设置超声波搅拌装置。

根据上述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括结晶器，在所述结晶器内设置有机械搅拌装置或气流搅拌装置。

根据上述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备还包括增粘装置和发泡装置，所述发泡装置的出口与所述结晶器的入口连接，所述发泡装置的入口与所述增粘装置的出口连接，在所述增粘装置和发泡装置外侧还分别设置有电磁搅拌装置。

根据上述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括铸模，在所述铸模的外侧设置有电磁搅拌装置，或者在所述结晶器的外侧或内部设置超声波搅拌装置。

根据上述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括铸模，在所述结晶器内设置有机械搅拌装置或气流搅拌装置。

一种泡沫金属铸锭的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法是在金属固液两相区进行搅拌，使该固液两相区中的枝晶占液相金属的质量百分比比例为20%-80%。

根据上述的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法使用结晶器铸造，搅拌方式为电磁搅拌或超声波搅拌或机械搅拌或气流搅拌。

根据上述的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法还包括增粘步骤和发泡步骤，经过增粘和发泡后的金属熔体再进入结晶器，并且在所述增粘步骤和发泡步骤均对金属熔体进行搅拌。

根据上述的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法使用铸模铸造，搅拌方式为电磁搅拌或超声波搅拌或机械搅拌或气流搅拌。

本实用新型的泡沫金属铸锭铸造方法，利用气泡对枝晶的吸附作用，或者利用相互勾联、铰接的枝晶链和枝晶团簇对气泡的锁气作用，可以制备性能优越的泡沫金属材料，可以用常规的挤压、轧制、锻造、拉伸等冷热加工方法对泡沫金属铸锭进行二次加工，制备出尺寸精度很高的泡沫金属管材、棒材、型材、线材、板材、带材、箔材、锻件或者模锻件、铸件。还可以通过热处理或者二次发泡处理，对制备的泡沫金属管材、棒材、型材、线材、板材、带材、箔材、锻件或者模锻件、铸件进行进一步的发泡处理，调控制品的孔隙率、密度和机械性能。可以采用普通DC铸造技术、热顶铸造技术、气滑膜铸造技术、模铸技术等，连铸或者半连铸或者间歇铸造各种泡沫金属铸锭，泡沫铸锭生产的效率和成材率大大提高。避免了传统泡沫金属制备方法所存在的泡沫锭底板无泡层厚大，泡沫锭内部均匀性和质量稳定性差，所制备的泡沫金属的脆性大、塑性差、可加工性能差，不适于作为结构材料使用等不足。

附图说明

图1是现有技术中的DC铸造法所使用设备的结构示意图；

图2是本实用新型通过电磁搅拌或者机械混合或者气流搅拌或者紊流混合作用使固-液两相区扩大示意图；

图3是设置增粘和发泡装置的泡沫金属锭连续制备装置示意图；

图4是集增粘-发泡与凝固于一体的泡沫金属锭连续制备装置示意图；

图5是模铸泡沫金属装置示意图；

图6是含有发泡剂的泡沫金属铸锭连续铸造过程示意图；

图7-9是泡沫金属形成原理示意图；

图10是含有发泡剂的泡沫金属微观结构示意图。

具体实施方式

现有的采用DC铸造法或者热顶铸造法或者气滑膜铸造法铸造金属及其合金铸锭时，结晶器中的金属液在水冷作用下，产生过冷并开始结晶，见图1。在图1中，金属液1通过热顶2流入结晶器3中，结晶器3中的金属液在结晶器3的水冷作用下，产生过冷并开始结晶。在铸锭的已凝固区5和未凝固区1之间，存在一个很窄的固液两相区4。由图1可知，固液两相区4是由金属液和枝晶组成的，在金属液与固液两相区的交界处（固液两相区的上部），枝晶比例（固相的比例）为零，沿金属的结晶方向，枝晶的比例（固相的比例）逐渐增多，在固液两相区4与固相区5的交界处，固相枝晶的比例为100%（所有的液相金属全部凝固），液相的比例为零。

参见图2，本实用新型则是通过设置在固液两相区7位置处的搅拌装置6（图中仅仅是示意，并不一定是设置在结晶器的外部）向固液两相区7中加入扰动气流，或者通过紊流混合作用对固液两相区7进行搅拌，或者施加电磁场，或者引入超声波，或者进行机械搅拌，固液两相区7中的枝晶8就会向液相区1中扩散，受搅拌作用的影响，在铸锭的固相区5和液相区1之间，形成一个尺寸更大、范围更宽的固液两相区7。搅拌初期，在固液两相区7中的枝晶数量较少，枝晶之间相互分离，少量的枝晶浮游于固液两相区7中，随着搅拌强度的增大，固液两相区的尺寸宽度增大，随着搅拌时间的延长，固液两相区7中的固相枝晶8的比例增大，枝晶之间出现相互勾联、铰接，甚至出现枝晶团簇，两相区内金属液的粘度也随之增大。控制搅拌强度和搅拌时间，就可以控制固液两相区7的宽度、固液两相区中固相枝晶的比例和金属液的粘度。

在图2所示的设备及对应的工艺中，不需要添加增粘剂，而主要利用结晶前沿的固液两相区内的枝晶增粘，通过控制固-液两相区中枝晶的比例，达到控制金属液粘度的效果。此种控制金属液粘度的方法，可以铸造通用的纯金属或者合金，在不添加异质增粘剂的条件下，铸造通用的纯金属泡沫锭、通用的变形合金泡沫锭、通用的铸造合金泡沫锭。由于所制备的泡沫金属物异质添加剂，合金基体为纯金属基体，保留了纯金属及其合金固有的强度、塑性、导电性、导热性、耐蚀性和可加工性。

图3给出的是本实用新型的一个变形方案，该方案为设置增粘和发泡装置的泡沫金属锭连续制备装置示意图。根据图3，该装置是在结晶器上增加了增粘装置９和发泡装置10，先进行增粘再进行发泡，最后冷却结晶。增粘装置9包括冷却装置9a、搅拌装置9b和枝晶反应器，在该增粘装置9的枝晶反应器中是固态枝晶和金属液组成的金属液9c。发泡装置10包括搅拌装置10a、发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物加入装置10b和枝晶反应器，发泡装置10的枝晶反应器中有发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物10c、气泡10d、由未分解的发泡剂－枝晶－气泡－金属液组成的固－液－气三相混合物10e。结晶器中由未分解的发泡剂－枝晶－气泡－金属液组成的固－液－气三相区11组成。

可以将图3所示的装置进一步简化为图4所示的装置，该装置集增粘-发泡（或者吹气）-凝固于一体，进行泡沫金属铸锭的连续铸造或者半连续铸造。该装置是在结晶器上的盖板设置发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物加入装置10b，发泡剂或发泡剂与金属粉末的混合物直接通入结晶器中金属液内，经过搅拌作用，结晶器中由未分解的发泡剂－枝晶－气泡－金属液组成固－液－气三相区11。

加入增粘剂可以是碳化硅、碳化钙、氮化硼、氮化硅、氮化钛、氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锆、氧化钛、金属钙等中的一种或者两种或者多种。增粘剂的加入方式可以在固-液两相区中进行，也可以在整个液相区中进行，增粘剂的添加量从0.0001%-49.99%（按质量百分数计）。添加增粘剂所制备的泡沫金属属于金属基泡沫复合材料，材料的硬度较高，但塑性较差，不能进行后续的大变形量的塑性加工处理。

在不添加增粘剂的情况下，可以用常规铸造方法，铸造出性能优越的泡沫金属材料，所制备的泡沫金属铸锭，可以用常规的挤压、轧制、锻造、拉伸等冷热加工方法，制备出尺寸精度很高的泡沫金属管材、棒材、型材、线材、板材、带材、箔材等产品，可以对泡沫锭进行锻造加工制备出尺寸精度很高的锻件或者模锻件。也可以制备尺寸精度高、性能优越的铸件。在添加适量发泡剂的情况下，还可以通过热处理或者二次发泡处理，对制备的泡沫金属管材、棒材、型材、线材、板材、带材、箔材、锻件或者模锻件、铸件进行进一步的发泡处理，调控制品的孔隙率、密度和机械性能。

发泡方法包括：加入发泡剂钛化氢；或者加入发泡剂锆化氢；或者向固液两相区中鼓入一定压力的氢气；或者向固液两相区中鼓入一定压力的空气；或者向固液两相区中鼓入一定压力的二氧化碳气体；或者向固液两相区中鼓入一定压力的氮气；或者向固液两相区中鼓入一定压力的氩气；或者向固液两相区中鼓入一定压力的氦气；所鼓入的气体可以是上述气体中的两种或者多种气体的混合物；在鼓入上述气体的同时，可以添加一定量的钛化氢或者锆化氢发泡剂；本方法所述的发泡剂的添加量为0-49.99%（按质量百分数计），所述的气体加入压力为：0-20MPa。

图5为模铸泡沫金属铸锭装置示意图，由图5 可知，该装置由搅拌装置６、铸模12、铸模冷却装置12a、气体吹入装置13组成，气体吹入装置13可以有多个。铸模12内包括枝晶－气泡－金属液组成的固－液－气三相区14、已经凝固的泡沫金属锭15。通过控制气体吹入装置13的吹气量、吹气压力和吹气时间，可以控制泡沫金属模铸锭的孔隙率和机械性能。

图6为含有发泡剂的泡沫金属铸锭铸造过程示意图，铸锭16中含有未分解的发泡剂，可以直接对泡沫金属铸锭16进行二次发泡，也可以采用挤压、轧制、锻造等冷热加工手段，将泡沫金属锭加工成深加工制品，再对所得到的泡沫金属深加工制品进行二次发泡处理，通过二次发泡调控制品的孔隙率、密度和机械性能。

本实用新型的设备或方法可以用于水平铸造（含连续铸造、半连续铸造、间歇铸造）、立式铸造（含连续铸造、半连续铸造）、上引铸造、模型铸造（含砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、真空铸造、重力铸造等）等。

本实用新型的设备或方法适用于镁及镁合金、铝及铝合金、硅及硅合金、锗及锗合金、锌及锌合金、铁及铁合金、锡及锡合金、铅及铅合金、铜及铜合金、银及银合金、铂及铂合金、金及其合金、钛及钛合金、锆及锆合金、铪及铪合金、铑及铑合金、镍及镍合金。

参见图7-图9，采用本铸造方法铸造泡沫金属铸锭时，其泡沫金属的制备与形成机理包括以下两种方式：第一种方式是利用液体金属中气泡对枝晶的吸附作用，当气泡的浮力与枝晶的重力达到平衡状态时，气泡与枝晶稳定悬浮于金属液中，随着金属液-气泡-枝晶的冷却、凝固，形成泡沫金属铸锭，泡沫金属通过吸附作用的形成原理示意图见图7的17所示。第二种方式的原理是基于，合金冷却过程达到一定的限度时，金属液中的枝晶是相互勾联、相互铰接在一起的，通过枝晶的勾联、铰接作用，在金属液中能够形成数量巨大的枝晶链，或者枝晶团簇。在枝晶链和枝晶团簇中，相邻两枝晶间的间隙是气泡寄生、气泡长大并稳定存在的理想场所，随着金属液-气泡-枝晶链或者枝晶团簇的冷却、凝固，形成泡沫金属铸锭，泡沫金属通过枝晶链和枝晶团簇的作用形成原理示意图见图8、图9的18、19所示。当向金属液中加入异质陶瓷颗粒增粘剂时，异质陶瓷颗粒能够增大金属液的粘度，减缓气泡的上浮过程，由于异质陶瓷颗粒不为金属液所润湿，静置过程中会出现陶瓷颗粒与金属液的分离现象，这也是传统泡沫金属制备方法所出现的泡沫锭底板无泡层厚大，泡沫锭内部均匀性和质量稳定性较差的原因。特别是，加入异质陶瓷颗粒会显著增大泡沫金属的脆性，降低泡沫金属的塑性、导电导热性能、耐蚀性能和可加工性能。

图10为铸造泡沫金属铸锭示意图，图中，20为泡沫金属铸锭，20a为泡沫锭中未分解的发泡剂，20b为泡沫锭中的气泡或者胞孔。

实施例1：铸造1070A合金含钛化氢的泡沫锭

采用图2所示连铸或者半连铸方案铸造1070A工业纯铝含钛化氢的泡沫锭，合金成分控制为：Si:≤0.2%，Fe≤0.25%，Cu≤0.03%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，Zn≤0.07%，TiH2与金属铝粉按1:1混合均匀，按照钛化氢添加量2.0%-2.5%添加钛化氢与铝粉的混合物，其它杂质总量不超过0.03%。图3为图2所示的方案的一种具体实施例。按照图3所示方案，将搅拌装置和发泡装置内衬预热至500℃，将纯度为99.90%的工业纯铝熔化，将铝液温度调整到720-730℃，将调温后的工业纯铝铝液转注入结晶器、搅拌装置、发泡装置的空腔内。打开结晶器冷却水，启动结晶器搅拌装置6、发泡搅拌装置10a、增粘搅拌装置9b，用快速测温热电偶测量11所示区域的温度，当温度达到659-663℃时，通过发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物加入装置10b，向发泡装置10中加入钛化氢与铝粉的混合物，继续搅拌1.5-2.5分钟，开始1070A合金连续或者半连续铸造。待铸造过程稳定，打开增粘冷却装置９ａ，随后调高泡沫锭1070A的铸造速度，使增粘过程、发泡过程、铸造过程同步，直到铸造过程结束。

泡沫锭取样化验：Si:0.03%，Fe:0.025%，Cu:0.013%，Mn:0.01%，Mg:0.009%，Zn:0.004%，TiH2含量0.73%。

实施例2：铸造1060合金含钛化氢的泡沫锭

合金成分控制为：Si:≤0.25%，Fe≤0.35%，Cu≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，Zn≤0.05%，V≤0.03%,TiH2与金属铝粉按1:1混合均匀，按照钛化氢添加量2.3%-2.8%添加钛化氢与铝粉的混合物，其它杂质总量不超过0.04%。按照图3所示方案，将搅拌装置和发泡装置内衬预热至500℃，将纯度为99.90%的工业纯铝熔化，将铝液温度调整到720-730℃，将调温后的工业纯铝铝液转注入结晶器、搅拌装置、发泡装置的空腔内。打开结晶器冷却水，启动结晶器搅拌装置6、发泡搅拌装置10a、增粘搅拌装置9b，用快速测温热电偶测量11所示区域的温度，当温度达到658-663℃时，通过发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物加入装置10b，向发泡装置10中加入钛化氢与铝粉的混合物，继续搅拌1.5-2.5分钟，开始1060合金连续或者半连续铸造。待铸造过程稳定，打开增粘冷却装置９ａ，随后调高泡沫锭1060的铸造速度，使增粘过程、发泡过程、铸造过程同步，直到铸造过程结束。

泡沫锭取样化验：Si:0.04%，Fe:0.03%，Cu:0.015%，Mn:0.016%，Mg:0.042%，Zn:0.014%，V:0.012%，TiH2含量0.81%。

实施例3：铸造6061合金含钛化氢的泡沫锭

合金成分控制为：Si:0.4-0.8%，Fe≤0.7%，Cu：0.15-0.4%，Mn≤0.15%，Mg：0.8-1.2%，Cr：0.04-0.35%，Zn≤0.25%,TiH2与金属铝粉按1:1混合均匀，按照钛化氢添加量2.3%-3.0%添加钛化氢与铝粉的混合物，其它单个杂质含量不超过0.05%，杂质总量不超过0.15%。按照图3所示方案，将搅拌装置和发泡装置内衬预热至500℃，将纯度为99.90%的工业纯铝熔化，按0.35%的添加量向熔化的工业纯铝中加入铝-铜中间合金，按照1.1%的添加量向铝液中添加金属镁，按0.30%的添加量向铝液中添加铝-铬中间合金，将合金温度调整到710-720℃，将调整温度后的合金液转注入结晶器、搅拌装置、发泡装置的空腔内。打开结晶器冷却水，启动结晶器搅拌装置6、发泡搅拌装置10a、增粘搅拌装置9b，用快速测温热电偶测量11所示区域的温度，当温度达到675-682℃时，通过发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物加入装置10b，向发泡装置10中加入钛化氢与铝粉的混合物，继续搅拌1.8-2.8分钟，开始6061合金连续或者半连续铸造。待铸造过程稳定，打开增粘冷却装置９ａ，随后调高泡沫锭6061的铸造速度，使增粘过程、发泡过程、铸造过程同步，直到铸造过程结束。

泡沫锭取样化验：Si:0.63%，Fe：0.27%，Cu：0.35%，Mn：0.10%，Mg：1.1%，Cr0.29%，Zn：0.22%，TiH2含量0.76%。

实施例4：铸造6063合金含泡沫锭，要求合金成分完全满足国标要求，铸造泡沫锭有较好的塑性和后续加工性能

合金成分控制为：Si:0.2-0.6%，Fe≤0.35%，Cu≤0.10%，Mn≤0.10%，Mg：0.45-0.9%，Cr≤0.10%，Zn≤0.10%,Ti≤0.10%，其它单个杂质含量不超过0.05%，杂质总量不超过0.15%。按照图4所示方案，将纯度为99.90%的工业纯铝熔化，按0.5%的添加量向熔化的工业纯铝中加入铝-硅中间合金，按照0.80%的添加量向铝液中添加金属镁，将合金温度调整到710-720℃，将调整温度后的合金液转注入结晶器。打开结晶器冷却水，启动结晶器搅拌装置6，3-5分钟后，用快速测温热电偶测量11所示区域的温度，当温度达到653-658℃时，通过发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物加入装置10b，向结晶器固液两相区鼓入压力为0.15MPa的工业氮气，通气1.0-2.5分钟后，开始6063合金连续或者半连续铸造。铸造过程中，始终使搅拌增粘过程、吹气发泡过程、铸造过程同步，直到铸造过程结束。

泡沫锭取样化验：Si:0.56%，Fe：0.12%，Cu：0.05%，Mn：0.03%，Mg：0.8%，Cr：0.06%，Zn：0.04%,Ti：0.03%。

实施例5：铸造3003合金含泡沫锭，要求合金成分完全满足国标要求，铸造泡沫锭有较好的塑性和后续加工性能

合金成分控制为：Si≤0.6%，Fe≤0.7%，Cu≤0.20%，Mn:1.0-1.6%，Mg≤0.05%，Zn≤0.10%,Ti≤0.15%，其它单个杂质含量不超过0.05%，杂质总量不超过0.10%。按照图4所示方案，将纯度为99.90%的工业纯铝熔化，按0.35%的添加量向熔化的工业纯铝中加入铝-铁中间合金，按照1.40%的添加量向铝液中添加金属锰，将合金温度调整到710-720℃，将调整温度后的合金液转注入结晶器。打开结晶器冷却水，启动结晶器搅拌装置6，3-5分钟后，用快速测温热电偶测量11所示区域的温度，当温度达到650-656℃时，通过发泡剂或者发泡剂与金属粉末的混合物加入装置10b，向结晶器固液两相区鼓入压力为0.15MPa的工业氮气，通气1.0-2.5分钟后，开始3003合金连续或者半连续铸造。铸造过程中，始终使搅拌增粘过程、吹气发泡过程、铸造过程同步，直到铸造过程结束。

泡沫锭取样化验：Si：0.26%，Fe：0.40%，Cu：0.09%，Mn:1.46%，Mg：0.0:1%，Zn：0.02%,Ti：0.08%。

实施例6：铸造ZL101合金含泡沫锭，要求合金成分完全满足国标要求，铸造泡沫锭中无异质夹杂物

合金成分控制为：Si：6.5-7.5%，Fe≤0.9%，Cu≤0.20%，Mn≤0.35%，Mg：0.25-0.45%，Zn≤0.3%,Ti+稀土≤0.25%，Pb≤0.05%，其它单个杂质含量不超过0.05%，杂质总量不超过1.5%。按照图5所示方案，将纯度为99.90%的工业纯铝熔化，按0.4%的添加量向熔化的工业纯铝中加入铝-铁中间合金，按7.3%的添加量向熔化的工业纯铝中加入铝-硅中间合金，按照0.40%的添加量向铝液中添加金属镁，向合金中加入0.2%的稀土变质剂，向合金中加入0.05%的铝钛硼细化剂，将合金温度调整到690-700℃，将调整温度后的合金液转注入铸模12中。打开铸模冷却水12a，启动铸模搅拌装置6，3-5分钟后，用快速测温热电偶测量铸模中靠近模壁10-12mm区域的温度，当温度达到609-615℃时，通过气体吹入装置13，向铸模固液两相区14中鼓入压力为0.15-0.20MPa的工业氮气，开始ZL101合金泡沫锭铸造。铸造过程中，始终使搅拌增粘过程、吹气发泡过程、铸造过程同步，直到铸造过程结束。

泡沫锭取样化验：Si：7.1%，Fe：0:49%，Cu：0.09%，Mn：0.24%，Mg：0.39%，Zn：0.11%,Ti+稀土：0.22%，Pb：0.01%

本实用新型的泡沫金属铸锭铸造方法，利用气泡对枝晶的吸附作用，或者利用相互勾联、铰接的枝晶链和枝晶团簇对气泡的锁气作用，可以制备性能优越的泡沫金属材料，可以用常规的挤压、轧制、锻造、拉伸等冷热加工方法对泡沫金属铸锭进行二次加工，制备出尺寸精度很高的泡沫金属管材、棒材、型材、线材、板材、带材、箔材、锻件或者模锻件、铸件。还可以通过热处理或者二次发泡处理，对制备的泡沫金属管材、棒材、型材、线材、板材、带材、箔材、锻件或者模锻件、铸件进行进一步的发泡处理，调控制品的孔隙率、密度和机械性能。可以采用普通DC铸造技术、热顶铸造技术、气滑膜铸造技术、模铸技术等，连铸或者半连铸或者间歇铸造各种泡沫金属铸锭，泡沫铸锭生产的效率和成材率大大提高。避免了传统泡沫金属制备方法所存在的泡沫锭底板无泡层厚大，泡沫锭内部均匀性和质量稳定性差，所制备的泡沫金属的脆性大、塑性差、可加工性能差，不适于作为结构材料使用等不足。

Claims (6)

1.一种泡沫金属铸锭的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括搅拌装置，该搅拌装置设置在金属固液两相区的位置。

2.根据权利要求1所述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括结晶器，在所述结晶器的外侧设置有电磁搅拌装置，或者在所述结晶器的外侧或内部设置超声波搅拌装置。

3.根据权利要求1所述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括结晶器，在所述结晶器内设置有机械搅拌装置或气流搅拌装置。

4.根据权利要求2或3所述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备还包括增粘装置和发泡装置，所述发泡装置的出口与所述结晶器的入口连接，所述发泡装置的入口与所述增粘装置的出口连接，在所述增粘装置和发泡装置外侧还分别设置有电磁搅拌装置。

5.根据权利要求2或3所述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括铸模，在所述铸模的外侧设置有电磁搅拌装置，或者在所述结晶器的外侧或内部设置超声波搅拌装置。

6.根据权利要求2或3所述的铸造设备，其特征在于，所述铸造设备包括铸模，在所述结晶器内设置有机械搅拌装置或气流搅拌装置。