專利名稱：二次泡沫化制備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種泡沫鋁合金的制備方法，特別涉及一種二次泡沫化制備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)以閉孔泡沫鋁為重點(diǎn)的超輕型金屬結(jié)構(gòu)，由于特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)材料輕質(zhì)、多功能化，從而成為當(dāng)前航天以及高技術(shù)的熱點(diǎn)。由于汽車等民用及高技術(shù)領(lǐng)域的需求，泡沫鋁異型件、三明治結(jié)構(gòu)正成為泡沫金屬制備領(lǐng)域中的前沿，而可作為容器的泡沫鋁異型件更未見報(bào)導(dǎo)。通過二次泡沫化制備的中空異型件，可用于滿足各種高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種二次泡沫化制備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，該方法主要被用于制備具有復(fù)雜外形的泡沫鋁合金中空異型件、各種泡沫鋁合金容器等多種制品，該方法簡單、成本低，方法可靠，制備的泡沫鋁合金制品孔結(jié)構(gòu)均勻、孔隙率可控。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種二次泡沫化制備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，制備步驟為將鋁合金加熱至熔化，加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％～5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進(jìn)行20～800秒增黏；再加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％～5％的氫化鈦，攪拌使得氫化鈦在熔體混合均勻；將實(shí)心可溶解的預(yù)制件置于泡沫鋁合金熔體中并完全浸入其中，形成閉合體；將閉合體冷卻獲得孔隙率低于65.5％的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件；將上述含有實(shí)心可溶解預(yù)制件的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱至300℃～650℃的溫度下保溫10～50分鐘；放置于模具中，加熱至650℃～1200℃的溫度下保溫5～50分鐘使得鋁合金預(yù)制件泡沫化，然后將發(fā)泡后的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得二次泡沫化鋁合金異型件。將內(nèi)含有可溶解預(yù)制件的二次泡沫鋁合金異型件上進(jìn)行鉆孔至中心，通過溶劑清洗的方法將可溶解預(yù)制件去除，制備出泡沫鋁合金容器。
本發(fā)明獲得如下技術(shù)效果1.本發(fā)明利用因氫化鈦在一次泡沫化過程中分解不完全而殘余的氫化鈦分解產(chǎn)生的氫氣，使得受熱熔化后的鋁合金熔體二次泡沫化，獲得泡沫鋁合金；本發(fā)明利用氫化鈦熱分解量與溫度緊密相關(guān)的特點(diǎn)，通過控制一次熱分解溫度為680℃及對氫化鈦?zhàn)鲆欢ǔ潭妊趸幚韽亩刂屏藲浠佉淮螣岱纸饬?，并保證了第二次泡沫化過程中的氫氣分解量，因而本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)中空異型件的制備。
2.本發(fā)明無需對一次泡沫化鋁合金預(yù)制件進(jìn)行壓制，因而方法簡單，成本低。本發(fā)明中由于一次泡沫化鋁合金預(yù)制件已經(jīng)具有一定均勻孔徑及孔隙率，再生的氣泡與原氣泡合并長大使得泡沫鋁合金的排液速度受到抑制，因而獲得的二次泡沫化鋁合金的孔結(jié)構(gòu)比較均勻。
3.本發(fā)明在第一次發(fā)泡過程中就將實(shí)心可溶解的球、柱狀體及非標(biāo)準(zhǔn)尺寸物體等預(yù)制件置于泡沫鋁合金熔體中并完全浸入，這樣就保證在二次發(fā)泡過程后形成完全密封的內(nèi)腔。
4.本發(fā)明通過控制一次泡沫化溫度和氫化鈦的氧化處理來控制氫化鈦熱分解量，在保證氫化鈦在泡沫鋁合金熔體中分散均勻前提下，再將實(shí)心可溶解的球、柱狀體及非標(biāo)準(zhǔn)尺寸物體等預(yù)制件置入，從而使得二次泡沫化制備的泡沫鋁合金制品孔結(jié)構(gòu)均勻。
5.本發(fā)明可制備較高孔隙率及寬孔隙率范圍的二次泡沫化泡沫鋁合金不同內(nèi)腔的中空異型件，同時(shí)通過對二次發(fā)泡模具內(nèi)腔的形狀的改變而實(shí)現(xiàn)泡沫鋁合金制品外形輪廓的改變。這些二次泡沫化方法制備的泡沫鋁合金容器具有高強(qiáng)度，剛度、高能量吸收的特點(diǎn)，有重要應(yīng)用前景。
6.本發(fā)明對二次發(fā)泡預(yù)制件進(jìn)行表面處理，一般采用打磨的方法去除表面氧化皮，從而可制備出的球形容器表面有一層致密均勻的表皮，可直接適用于各種工作環(huán)境。
7.對二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱進(jìn)行預(yù)熱，可使得二次泡沫化鋁合金預(yù)制件獲得均勻的溫度場，避免在制備大尺寸二次發(fā)泡鋁合金異型件容器時(shí)出現(xiàn)溫度梯度導(dǎo)致的二次發(fā)泡不均現(xiàn)象。
8.對較低孔隙率的一次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱，可使得二次泡沫化鋁合金預(yù)制件熔化，同時(shí)其中殘余的氫化鈦分解產(chǎn)生氫氣使其二次泡沫化，獲得二次泡沫化泡沫鋁合金，提高加熱溫度，可使得預(yù)制件加熱速度提高，還可以進(jìn)一步提高氫化鈦的分解量，進(jìn)而提高泡沫鋁合金孔隙率，但溫度過高又會(huì)增加溫度梯度，不利于均勻發(fā)泡，且可能造成大量氫氣逃逸導(dǎo)致二次發(fā)泡失敗。
9.采用實(shí)心可溶解的內(nèi)置物，可在將要制備的二次泡沫化中空異型件中形成固定內(nèi)腔空間并維持其形狀。
四

圖1為二次泡沫化制備的泡沫鋁泡沫鋁合金球形容器制品圖，容器外徑10.90cm，內(nèi)腔為球形，直徑5.78cm，孔隙率73.07％，孔徑1-3mm。
圖2為內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化制備的泡沫鋁合金球形容器制品及剖面圖，容器外徑12.2cm，內(nèi)徑，孔隙率50％～90％，孔徑1-5mm。
圖3為制備可溶解預(yù)制件的原料工業(yè)鹽及碳酸鉀飽和溶液。
圖4為各種尺寸內(nèi)置用可溶解預(yù)制件。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1實(shí)心可溶解預(yù)制件制備材料由工業(yè)鹽(NaCl)或者粘土經(jīng)燒結(jié)而成。
實(shí)例a，用碳酸鉀飽和溶液作粘結(jié)劑，將工業(yè)鹽粉末團(tuán)聚置于特定內(nèi)腔的模具成型，經(jīng)200-350度燒結(jié)，脫模，形成實(shí)心可溶解預(yù)制件。采用碳酸鉀飽和溶液粘接效果更好.加熱時(shí)避免開裂，且預(yù)制件表面光滑，有利于浸入泡沫鋁熔體。
實(shí)例b，可采用類似方法用水將粘土團(tuán)聚燒結(jié)可達(dá)到同樣效果。
實(shí)施例2第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％～5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進(jìn)行20～800秒增黏；再加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％～5％的氫化鈦，以800～5000r/m的速度攪拌20～400秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然后提出攪拌槳；
第二步迅速將可溶解球置于泡沫鋁合金熔體中并保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內(nèi)置鹽球的一次發(fā)泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低于65.5％的二次泡沫鋁合金預(yù)制件；第三步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱至300℃～650℃的溫度下保溫10～50分鐘使得鋁合金預(yù)制件避免溫度梯度所引起的發(fā)泡時(shí)孔徑及孔隙率不均現(xiàn)象；第四步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件放置于球形中空模具的模腔中，加熱至650℃～1200℃的溫度下保溫5～50分鐘使得鋁合金預(yù)制件泡沫化，然后將發(fā)泡后的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鉆進(jìn)行鉆孔至球心，直徑為3mm通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可制備出泡沫鋁合金球形容器。
實(shí)施例3第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進(jìn)行20秒增黏；再加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％的氫化鈦，以800r/m的速度攪拌20秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然后提出攪拌槳；第二步迅速將可溶解球置于泡沫鋁合金熔體中并保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內(nèi)置鹽球的一次發(fā)泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低于65.5％的二次泡沫鋁合金預(yù)制件；第三步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱至300℃的溫度下保溫10分鐘使得鋁合金預(yù)制件避免溫度梯度所引起的發(fā)泡時(shí)孔徑及孔隙率不均現(xiàn)象；第四步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件放置于球形中空模具的模腔中，加熱至650℃的溫度下保溫5分鐘使得鋁合金預(yù)制件泡沫化，然后將發(fā)泡后的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鉆進(jìn)行鉆孔至球心，直徑為3mm，通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可制備出泡沫鋁合金球形容器。
實(shí)施例4第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當(dāng)于鋁合金重量的5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進(jìn)行800秒增黏；再加入相當(dāng)于鋁合金重量的5％的氫化鈦，以5000r/m的速度攪拌400秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然后提出攪拌槳；第二步迅速將可溶解球置于泡沫鋁合金熔體中并保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內(nèi)置鹽球的一次發(fā)泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低于65.5％的二次泡沫鋁合金預(yù)制件；第三步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱至650℃的溫度下保溫50分鐘使得鋁合金預(yù)制件避免溫度梯度所引起的發(fā)泡時(shí)孔徑及孔隙率不均現(xiàn)象；第四步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件放置于球形中空模具的模腔中，加熱至1200℃的溫度下保溫50分鐘使得鋁合金預(yù)制件泡沫化，然后將發(fā)泡后的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鉆進(jìn)行鉆孔至球心，直徑為3mm，通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可制備出泡沫鋁合金球形容器。
實(shí)施例5第一步將鋁合金加熱至熔化，加入相當(dāng)于鋁合金重量的3％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進(jìn)行600秒增黏；再加入相當(dāng)于鋁合金重量的3％的氫化鈦，以2000r/m的速度攪拌300秒，使氫化鈦在熔體混合均勻，然后提出攪拌槳；第二步迅速將可溶解球置于泡沫鋁合金熔體中并保證其完全沒入熔體，形成閉合體。將內(nèi)置鹽球的一次發(fā)泡泡沫鋁合金熔體快速冷卻獲得孔隙率低于65.5％的二次泡沫鋁合金預(yù)制件；
第三步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱至450℃的溫度下保溫30分鐘使得鋁合金預(yù)制件避免溫度梯度所引起的發(fā)泡時(shí)孔徑及孔隙率不均現(xiàn)象；第四步將上述內(nèi)置可溶解球的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件放置于球形中空模具的模腔中，加熱至900℃的溫度下保溫30分鐘使得鋁合金預(yù)制件泡沫化，然后將發(fā)泡后的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金。
第五步將內(nèi)含有可溶解球的球形二次泡沫鋁合金上使用臺鉆進(jìn)行鉆孔至球心，直徑為3mm，通過溶劑清洗的方法將可溶解球去除，就可制備出泡沫鋁合金球形容器。
權(quán)利要求
1.一種二次泡沫化制備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，其特征在于制備步驟為a.將鋁合金加熱至熔化，加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％～5％的鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻進(jìn)行20～800秒增黏；再加入相當(dāng)于鋁合金重量的0.5％～5％的氫化鈦，攪拌，使得氫化鈦在熔體混合均勻；b.將實(shí)心可溶解的預(yù)制件置于泡沫鋁合金熔體中并完全浸入其中，形成閉合體；將閉合體冷卻獲得孔隙率低于65.5％的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件；c.將上述含有實(shí)心可溶解預(yù)制件的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱至300℃～650℃的溫度下保溫10～50分鐘；d.放置于模具中，加熱至650℃～1200℃的溫度下保溫5～50分鐘使得鋁合金預(yù)制件泡沫化，然后將其迅速冷卻，獲得二次泡沫化鋁合金異型件。e.將內(nèi)含有實(shí)心可溶解預(yù)制件的二次泡沫鋁合金異型件上進(jìn)行鉆孔至中心，通過溶劑清洗的方法將可溶解預(yù)制件去除，制備出泡沫鋁合金容器。
全文摘要
一種二次泡沫化制備可溶解型中空異型件泡沫鋁合金的方法，將鋁合金加熱至熔化，加入鈣至鋁合金熔液中，攪拌均勻；再加入氫化鈦，攪拌使得氫化鈦在熔體混合均勻；將實(shí)心可溶解的預(yù)制件置于泡沫鋁合金熔體中并完全浸入其中，形成閉合體；將閉合體冷卻獲得二次泡沫化鋁合金預(yù)制件；將含有實(shí)心可溶解預(yù)制件的二次泡沫化鋁合金預(yù)制件加熱保溫；放置于模具中，加熱保溫使得鋁合金預(yù)制件泡沫化，然后將發(fā)泡后的泡沫鋁合金迅速冷卻，獲得二次泡沫化鋁合金異型件。將異型件上進(jìn)行鉆孔至中心，通過溶劑清洗的方法將可溶解預(yù)制件去除，制備出泡沫鋁合金容器。采用實(shí)心可溶解的內(nèi)置物，可在將要制備的二次泡沫化中空異型件中形成固定內(nèi)腔空間并維持其形狀。
文檔編號C22C21/00GK101067173SQ20071002358
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者何德坪, 褚旭明, 何思淵, 劉偉偉 申請人:東南大學(xué)