熔体注气法制备泡沫铝的研究

摘要

泡沫铝是一种结构和功能一体化的新型材料，其独特的结构和性能使其在工业和民用中有着重要的应用和广阔的发展前景。熔体注气法制备泡沫铝是众多制备工艺中最廉价的方法，生产设备简单、成本低、可连续化和规模化生产。 本文通过查阅文献和试验，筛选出适合发泡的铝合金成分，增大了发泡平台，实现低温发泡。研究不同工艺参数对泡沫铝孔结构影响，依据相似原理进行了物理模拟(水/甘油溶液)试验，模拟包括静态和动态两种。静态模拟是在无搅拌的条件下进行，通过改变粘度、气流量、吹气孔直径来研究水/甘油溶液中气泡的运动和变化规律。动态模拟是在搅拌条件下进行的，通过改变叶片的形状、搅拌的高度、速度等，研究气泡的行为和变化规律。通过单因素(主要考虑气体流量、吹气方式、增粘剂百分含量)试验，研究这些因素对泡沫铝孔径的影响。最后，在自制的吹气发泡设备中进低温吹气发泡试验，通过改变气体流量、吹气方式、增粘剂百分含量、冷却方式等工艺参数制备泡沫铝。吹气方式包括脉冲式吹气和流量稳定下的吹气。为探索泡沫铝连铸生产过程，在自行设计的装置上进行连铸模拟试验，为工业化生产做准备。 研究结果表明，铝-锡合金是能够实现低温发泡的最佳铝合金。吹气孔的直径大小、气体流量、铝熔体的粘度、吹气的方式对泡沫铝胞结构有很大影响。当发泡温度为450℃，增粘剂百分含量为5％，吹气孔直径为0.5mm，气流量为1.0L/min，水冷，发泡效果较好。脉冲式吹气对气泡的长大和合并有一定的抑制作用。水箱流动水的冷却方式更利于“留住”对泡沫铝中气泡。自行设计的保温装置具有很好的保温效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章文献综述

1.1泡沫铝的国内外研究现状及动态

1.1.1多孔泡沫金属的定义

1.1.2泡沫铝的国内外研究现状及发展趋势

1.1.3泡沫铝的制备方法

1.1.4泡沫铝的分类

1.1.5泡沫铝材料的性能特征

1.1.6泡沫铝的用途及应用前景

1.2泡沫铝的现状及前景展望

1.3课题的研究内容

1.4课题研究的意义

第二章发泡的理论基础

2.1发泡过程动力学

2.1.1单一孔口气泡的行为

2.1.2气泡的形状

2.1.3气泡的上浮速度

2.1.3气泡的合并

2.2泡沫化理论

2.2.1泡沫的定义与分类

2.2.2泡沫的生成

2.2.3泡沫的稳定性及影响因素

2.3冶金熔体泡沫化的气源产生方式

2.4影响熔体注气法泡沫化的因素

2.5本章小结

第三章泡沫铝胞结构的影响因素

3.1低温发泡铝合金成分的选择

3.1.1合金成分的选择原则

3.1.2铝及其合金凝固时间测定试验

3.2熔体注气法中泡沫铝胞结构的影响因素

3.2.1粘度

3.2.2发泡温度

3.2.3发泡气体及气体流量

3.2.4搅拌器和搅拌速度

3.3增粘剂的选择

3.3.1增粘机理

3.3.2增粘剂的加入量

3.3.3增粘剂的种类及其增粘机理

3.4本章小结

第四章发泡装置的设计和改进

4.1保温装置的设计思路

4.1.1保温炉的设计

4.2保温炉的保温效果测定试验

4.2.1测定过程

4.2.2结果分析

4.3水箱冷却效果的测定

4.3.1测定过程

4.3.2结果分析

4.4发泡模的设计与改进

4.4.1储液区的改进

4.4.2模具交角的改进

4.4.3水冷方式的改进和水箱的设计

4.5吹气方式的设计

4.5.1脉冲定义

4.5.2脉冲吹气方式的设计

4.6本章小结

第五章试验过程与分析

5.1试验用的材料与设备

5.1.1试验原料

5.1.2试验设备

5.2物理模拟试验

5.2.1静态模拟及结果分析

5.2.2动态模拟及结果分析

5.3单因素试验

5.3.1试验路线及参数

5.3.2试验结果

5.4吹气发泡试验

5.4.1试验装置

5.4.2试验流程

5.4.3试验结果和分析

5.5水平连铸的模拟试验

5.5.1模拟过程

5.5.2模拟结果

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1主要工作

6.2主要结论

6.3存在问题与工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文