内凹带式急冷制备铝箔材工艺基础研究

摘要

内凹带式急冷制备铝箔材工艺是指将熔融的铝液喷射到运动的承载带上，铝液随带运动而铺展，并在铺展的过程中快速冷却、凝固，形成铝箔材。由于承载带呈内凹状，喷于其上的铝液会在离心力的作用下贴紧承载带，从而形成连续的铝箔材。此外，通过控制铝液初始温度、承载带带速、铝液喷射流量大小等参数可以制备不同厚度的铝箔材。
　　温度场是影响内凹带式急冷制备铝箔材成带质量的首要因素，本课题运用解析解法，数值解法和ProCAST模拟软件对冷却凝固过程进行了分析。运用解析解法得出了三个阶段的温度场公式；运用显式差分方程对凝固阶段进行了数值解析，以更好地描述凝固潜热对温度场的影响；运用ProCAST软件模拟得到了厚度方向上不同位置铝箔材和承载带的温度场变化曲线。三种方法均能很好地证明铝液从接触承载带到凝固过程结束时长小于0.031s。设备运行时，铝液从喷出到接触承载带、其后冷却凝固形成铝箔材、最后借助压辊脱离承载带，所经距离大于800mm，因此，即使承载带带速高达25m/s，铝液仍可铺展凝固成铝箔材，从而论证了铝液冷却凝固成铝箔材这一过程的可行性。运用ProCAST软件模拟了喷口宽度和喷射速度对铝液喷射情况的影响，分析可知当喷口宽度选择1~3mm、铝液喷射速度选择0.10m/s~0.40m/s时，喷出铝液长度在35mm范围内均匀稳定。运用流体力学分析软件Flow-3D对铝液的流动铺展情况进行模拟，分析可知：铝液初始温度设定为700℃~800℃、承载带带速控制在2.5m/s~7m/s时，可以形成连续的铝箔材。
　　本课题利用内凹带式急冷设备，成功地制备出了具有一定连续长度且表面质量良好的铝箔带。不同的铝液初始温度和承载带带速会对铝箔带的表面质量和厚度产生影响，通过分析成带质量不好的铝箔带的工艺参数，发现了设备存在的缺陷并提出了相应的改进措施。分析测试铝箔带微观组织和硬度，铝箔带晶粒尺寸小于7μm，且沿厚度方向呈带状或长条状分布，当铝液初始温度增高时，根据形核率N和长大速度G与过冷度ΔT之间的关系，铝液的冷却速度增大，过冷度增大，使得单位体积中的晶粒数目ZV增多，晶粒细化，显微硬度增大；当承载带带速增大时，晶粒尺寸减小，显微硬度增大。分析得到合理的内凹带式急冷制备铝箔带工艺参数范围是：铝液初始温度700℃~800℃；承载带带速3m/s~6m/s；喷射压力0.06MPa~0.1MPa。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 铝箔传统制备方法

1.3 箔材急冷制备方法

1.4 箔材急冷制备方法温度场研究情况

1.5 箔材急冷制备方法金属熔体流动铺展研究

1.6 课题的目的和意义

1.7 主要研究内容

第2章 内凹带式急冷制备铝箔材温度场研究

2.1 引言

2.2 温度场解析解法

2.3 温度场数值解法

2.4 运用ProCAST软件模拟凝固过程

2.5 本章小结

第3章 铝液喷射过程和流动铺展模拟

3.1 引言

3.2 运用ProCAST软件模拟分析铝液喷射过程

3.3 运用Flow-3D软件模拟分析铝液流动铺展过程

3.4 本章小结

第4章 内凹带式急冷制备铝箔材设备及工艺

4.1 引言

4.2 设备总体结构

4.3 制备工艺

4.4 箔带制备的影响因素

4.5 内凹带式急冷工艺制备的铝箔材

4.6 存在问题分析

4.7 本章小结

第5章 铝箔材组织与性能测试分析

5.1 引言

5.2 微观组织分析

5.3 硬度分析

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

声明

致谢