一种无需增粘熔体发泡法制备小孔径泡沫铝的工艺

摘要

一种熔体发泡法制备小孔径泡沫铝的新工艺，属于多孔金属材料的制备领域。该工艺以碳酸钙为发泡剂，在熔体中加入纯镁块，通过Mg、Al和CaCO

说明书

 

技术领域

本发明属于多孔金属材料的制备领域，尤其涉及一种无需增粘熔体发泡法制备小孔径泡沫铝的方法。

背景技术

自1948年由美国的Sosnik首先在铝中加入汞制备泡沫铝以来，泡沫铝由于密度小、比强度和比刚度高，阻尼性能、能量吸收性能、吸声、隔声和隔热性能好及多功能兼容性能优异，一直吸引着各国相关研究者对其制备、性能和应用的探索，是目前为止应用最为广泛的泡沫金属之一。泡沫铝的制备方法很多，其中熔体发泡法因其设备简单，成本较低等特点，成为规模化生产的首选工艺。

目前，用熔体发泡法制备泡沫铝时大多选用氢化钛作为发泡剂，但是氢化钛较为昂贵，并且氢化钛高温分解速度快，气泡形成迅速，容易上浮、破碎或合并，形成的气孔粗大。因此，为了让气体能够稳定地留在熔体中，往往要向熔体中加入陶瓷颗粒增粘，但是增粘剂的加入会提高泡沫铝的制备成本，同时熔体增粘需要一定的增粘时间。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种操作简单、成本低廉的小孔径泡沫铝的制备方法。 

本发明通过在工业纯铝（纯度>99.9%）中先后加入镁块和碳酸钙（5μm，纯度>99.5%）制备出了孔结构均匀、力学性能良好的小孔径泡沫铝合金，其孔隙率为50.0%~85.0%，平均孔径在1.0-2.0mm左右，在制备过程中无需对铝熔体进行增粘。工艺步骤是：选用工业纯铝作为发泡基体，将铝熔化后加入镁块，待其溶于铝熔体中后，加入碳酸钙粉末搅拌并保温发泡，然后冷却制得泡沫铝。具体包括以下几步：

（1）将纯铝放入不锈钢坩锅中，在电阻炉中升温至700^oC使铝锭熔化，然后保温10分钟；

（2）在670^oC～750^oC时，向铝熔体中加入CaCO₃摩尔量1-5倍的金属镁块，静置10-15分钟后以400rpm搅拌熔体5-10分钟；

（3）在670^oC-750^oC时，将基体质量1.0-5.0%的CaCO₃粉末在搅拌桨1000rpm的转速下加入到熔体中，搅拌时间持续30-90秒，此时熔体开始发泡，此即为搅拌发泡阶段；

（4）当搅拌发泡阶段结束后，迅速提出搅拌浆，将熔体泡沫在炉中保温30-90秒后取出坩锅，水冷后获得泡沫铝样品。

发明原理：在用熔体发泡法制备泡沫铝的过程中，镁一直作为辅助用的活性剂与其它作用剂混合使用，对其在发泡过程中产生的积极作用没有引起广泛重视。本发明在铝熔体中添加一定量的镁块，待其完全熔化并均匀地分散在熔体中时再加入碳酸钙，使碳酸钙在铝熔体中反应产气的过程较温和，铝熔体泡沫化过程容易控制，能够制备出孔结构均匀的泡沫铝。另外，在铝熔体泡沫化过程中产生的大量氧化物颗粒对铝熔体有增粘作用，并可以存在于胞壁中，有利于小孔径胞孔的形成。

本发明有以下优点：

（1）与传统发泡工艺相比，本发明无需增粘剂，无需熔体增粘过程，降低了生产成本，简化了生产工艺，有利于提高生产效率，促进泡沫金属的生产和普及。

（2）加入镁块后能有效改善熔体与碳酸钙粉末之间的湿润性，使碳酸钙粉末能更均匀地分布于熔体中，有利于制备出孔结构均匀的泡沫制品。

（3）镁块加入铝熔体中，与碳酸钙反应产气进行发泡，产生的氧化物能够提高熔体的粘度，无需另外加入增粘剂。

（4）碳酸钙不仅比氢化钛价格便宜，而且高温热稳定性好，分解缓慢，这有利于延长搅拌时间使其能在熔体中混合得更加均匀，制备所得样孔结构更加均匀细小。 

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明以CaCO₃为发泡剂制备的泡沫铝（孔隙率=83.3%）的截面图及其体视显微图。

具体实施方式

实施方式一：将工业纯铝在不锈钢坩锅中加热到700^oC熔化，保温10min后除去熔体表面的氧化膜；然后向铝熔体中加入CaCO₃摩尔量2 倍的金属镁块，10分钟之后以400rpm的速度搅拌5分钟；将熔体温度升高为710^oC，然后将基体质量1.8%的碳酸钙加入熔体以1000rpm的速度搅拌35秒，保温发泡60s，取出坩锅水冷，可获得平均孔径2.0mm、孔隙率80%、孔结构均匀的泡沫铝。

实施方式二：将工业纯铝在不锈钢坩锅中加热到700^oC熔化，保温10min后除去熔体表面的氧化膜；将温度调整至680^oC，然后向铝熔体中加入CaCO₃摩尔量2 倍的金属镁块，10分钟之后以400rpm的速度搅拌5分钟；将熔体温度调整为670^oC，然后将基体质量1.5%的碳酸钙加入熔体以1000rpm的速度搅拌50秒，保温发泡30s，取出坩锅水冷，可获得平均孔径1.0mm、孔隙率60%、孔结构均匀的泡沫铝。

实施方式三：将工业纯铝在不锈钢坩锅中加热到700^oC熔化、保温10min，除去熔体表面的氧化膜；将温度调整至690^oC，将CaCO₃摩尔量3倍的纯镁块加入熔体，10分钟之后以400rpm的速度搅拌5分钟；将熔体温度上升至700^oC，然后将基体质量1.5%的碳酸钙加入熔体以1000rpm的速度搅拌40秒，保温发泡90秒，取出坩锅水冷，可获得平均孔径1.5mm、孔隙率70%、孔结构均匀的泡沫铝。