專利名稱：一種鋅蒸發(fā)發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔金屬材料領(lǐng)域，特別是泡沫鋁/鋁合金的熔體發(fā)泡制備工藝方 法。
背景技術(shù)：
泡沫鋁/鋁合金具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度、能量吸收、吸音減噪、阻尼減振等 特性，在航天航空、艦艇、汽車、高層建筑、噪音控制等高技術(shù)及民用領(lǐng)域有巨大的市場潛 力。目前，公知的熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁/鋁合金，采用的是TiH2作為發(fā)泡劑，通過 TiH2的分解產(chǎn)生氣體使鋁熔體發(fā)泡而獲得。該方法存在(1)由于TiH2的開始分解溫度 (4500C )低于鋁/鋁合金的熔點(diǎn)，因而使TiH2在攪拌分散時過早過快分解而使其分散困難， 通常TiH2的攪拌分散時間不能超過100s，是泡沫鋁/鋁合金結(jié)構(gòu)均勻性控制困難的原因所 在；(2)另外，TiH2的價格較貴，是導(dǎo)致泡沫鋁/鋁合金生產(chǎn)成本高的原因之一。因而，提高 泡沫鋁/鋁合金的結(jié)構(gòu)均勻性及孔結(jié)構(gòu)的可控性、采用非TiH2發(fā)泡劑發(fā)泡，是改善泡沫鋁/ 鋁合金制備工藝、促進(jìn)泡沫鋁/鋁合金的工業(yè)應(yīng)用的重要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎂蒸發(fā)發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金的方法，它所制備的泡 沫鋁/鋁合金具有孔結(jié)構(gòu)均勻、低成本、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案如下(1)含鋅的鋁/鋁合金熔體制備在鋁或鋁合金原料中加入其重量0. 5 3%的 鋅，再加熱到鋁或鋁合金熔點(diǎn)以上20 100°C熔化，保溫，得到含鋅的鋁/鋁合金熔體；(2)含鋅的鋁/鋁合金熔體增粘在含鋅的鋁/鋁合金熔體中添加其重量2 3% 的鈣，攪拌，使含鋅的鋁/鋁合金熔體的粘度提高到1. 8 2. 5mPas ；(3)鋅蒸發(fā)發(fā)泡對增粘后的含鋅鋁/鋁合金熔體減壓，使氣壓減小到低于鋅蒸汽 壓500 lOOOPa，將熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使鋁/鋁合金熔體發(fā)泡，鋁/鋁合金熔體泡沫冷 卻凝固后，得到孔隙率60 90%，平均孔徑1 4mm泡沫鋁/鋁合金。本發(fā)明的具體技術(shù)方案還包括在制備含鋅的鋁/鋁合金熔體步驟中，熔化后應(yīng) 保溫30min ；在含鋅的鋁/鋁合金熔體增粘步驟中，攪拌增粘時間為8 20分鐘；在鋅蒸發(fā) 發(fā)泡步驟中，蒸發(fā)發(fā)泡時間為5 20min。鋁或鋁合金原料采用工業(yè)純鋁或鋁合金，鋅蒸發(fā)發(fā)泡是在減壓倉中進(jìn)行。發(fā)明原理(1)鋅蒸發(fā)發(fā)泡原理常壓下，鋅熔點(diǎn)為419. 6°C，其沸點(diǎn)低(911°C)、蒸發(fā)熱低(-27. 62kCal/mol)，是一 種易蒸發(fā)的金屬。鋅的蒸汽壓ρ (Pa)與溫度T (K)的相互關(guān)系為Γ , -6020.4919Igj =---+ 10.0906當(dāng)溫度為600°C時，鋅的蒸汽壓為1564Pa(0.01564atm)；當(dāng)溫度為800°C時，鋅的 蒸汽壓為 30178Pa(0. 3018atm)。在含鋅鋁/鋁合金熔體的溫度范圍(600 800°C )內(nèi)，將氣壓降低到鋅的蒸汽壓 以下500 lOOOPa，可使鋅從含鋅鋁/鋁合金熔體中蒸發(fā)產(chǎn)生鋅蒸氣，從而提供鋁/鋁合金 熔體發(fā)泡的氣源。 (2)泡沫鋁/鋁合金孔結(jié)構(gòu)均勻性控制原理含鋅的鋁/鋁合金熔體中添加鈣并攪拌，通過鈣的氧化在熔體中生成CaCKCaAl2O4 等氧化物而使鋁/鋁合金熔體粘度提高，鋅蒸發(fā)產(chǎn)生的鋅蒸氣才能在鋁/鋁合金熔體中存 留，形成穩(wěn)定的熔體泡沫，并通過凝固使熔體泡沫結(jié)構(gòu)保留下來形成泡沫鋁/鋁合金。另外，鋁-鋅是液態(tài)互溶體系，液態(tài)鋅和液態(tài)鋁可在原子水平上形成均一液相，因 此鋅氣源的分布是均勻的，為均勻泡沫結(jié)構(gòu)的獲得提供了保證。本發(fā)明的有益效果是利用鋅易蒸發(fā)、鋁-鋅熔體中鋅均勻分布的特性，用鋅蒸氣 為發(fā)泡氣源使鋁/鋁合金熔體發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金，解決公知熔體發(fā)泡技術(shù)中TiH2發(fā) 泡劑高成本、TiH2發(fā)泡劑分散困難以及泡沫鋁/鋁合金結(jié)構(gòu)均勻性控制問題。


圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一采用工業(yè)純鋁及鋅為原料，其中工業(yè)純鋁的含量為99. 5%，鋅的含量為0. 5% ；配 料后的工業(yè)純鋁及鋅加熱到700°C熔化、保溫30min.得到含鋅的鋁熔體；在含鋅的鋁熔體 中添加2%的鈣，攪拌10分鐘，使含鋅的鋁熔體粘度提高到1. 9mPas ；將增粘后的熔體置入 減壓倉中，抽氣使減壓倉內(nèi)的氣壓減小到0. 07499atm(0. 07999atm 0. 005atm)，含鋅鋁熔 體中的鋅蒸發(fā)成氣體使鋁熔體發(fā)泡，鋅蒸發(fā)發(fā)泡時間7min.，鋁熔體泡沫冷卻凝固后得到孔 隙率70%，平均孔徑1. 8mm的泡沫鋁。實(shí)施例二 采用Al-Si 12合金及鋅為原料，其中Al-Si 12合金的含量為99%，鋅的含量為1%; 配料后的Al-Si 12合金及鋅加熱到650°C熔化、保溫30min.得到含鋅的Al-Si 12合金熔體； 在含鋅的Al-Si 12合金熔體中添加2. 5%的鈣，攪拌12分鐘，使含鋅的Al-Si 12合金熔體粘 度提高到2. ImPas ；將增粘后含鋅的Al_Sil2合金熔體置入減壓倉中，抽氣使減壓倉內(nèi)的氣 壓減小到0. 02997atm(0. 03697atm-0. 007atm)，含鋅的Al-Si 12合金熔體中的鋅蒸發(fā)成氣 體使Al-Sil2熔體發(fā)泡，鋅蒸發(fā)發(fā)泡時間9min.，鋁熔體泡沫冷卻凝固后得到孔隙率78%， 平均孔徑2. 5mm的泡沫鋁。實(shí)施例三采用2024鋁合金及鋅為原料，其中2024鋁合金的含量97%，鋅的含量為3% ；配 料后的2024鋁合金及鋅加熱到680°C熔化、保溫30min.得到含鋅的2024鋁合金熔體；在含鋅的2024鋁合金熔體中添加3%的鈣，攪拌15分鐘，使含鋅的2024鋁合金熔體粘度提高 到2.4mPas ；將增粘后含鋅的2024鋁合金熔體置入減壓倉中，抽氣使減壓倉內(nèi)的氣壓減小 到0. 04931atm(0. 05931atm_0. Olatm)，含鋅的2024鋁合金熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使2024 鋁合金熔體發(fā)泡，鋅蒸發(fā)發(fā)泡時間15min.，鋁熔體泡沫冷卻凝固后得到孔隙率88%，平均 孔徑3. 2mm的泡沫鋁。
權(quán)利要求
一種鋅蒸發(fā)發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金的方法，其特征在于包括以下工藝步驟(1)含鋅的鋁/鋁合金熔體制備在鋁或鋁合金原料中加入其重量0.5～3％的鋅，再加熱到鋁或鋁合金熔點(diǎn)以上20～100℃熔化，保溫，得到含鋅的鋁/鋁合金熔體；(2)含鋅的鋁/鋁合金熔體增粘在含鋅的鋁/鋁合金熔體中添加其重量2～3％的鈣，攪拌，使含鋅的鋁/鋁合金熔體的粘度提高到1.8～2.5mPas；(3)鋅蒸發(fā)發(fā)泡對增粘后的含鋅鋁/鋁合金熔體減壓，使氣壓減小到低于鋅蒸汽壓500～1000Pa，將熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使鋁/鋁合金熔體發(fā)泡，鋁/鋁合金熔體泡沫冷卻凝固后，得到泡沫鋁/鋁合金。
2.按權(quán)利要求1所述的鋅蒸發(fā)發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金的方法，其特征是在制備含 鋅的鋁/鋁合金熔體步驟中，熔化后應(yīng)保溫30min ；在含鋅的鋁/鋁合金熔體增粘步驟中， 攪拌增粘時間為8 20分鐘；在鋅蒸發(fā)發(fā)泡步驟中，蒸發(fā)發(fā)泡時間為5 20min。
3.按權(quán)利要求2所述的鋅蒸發(fā)發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金的方法，其特征是鋁或鋁合 金原料采用工業(yè)純鋁或鋁合金，鋅蒸發(fā)發(fā)泡是在減壓倉中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明屬于多孔金屬材料領(lǐng)域，特別是泡沫鋁/鋁合金的熔體發(fā)泡制備工藝方法。本發(fā)明包括以下工藝步驟(1)在鋁或鋁合金原料中加入其重量0.5～3％的鋅，再加熱到鋁或鋁合金熔點(diǎn)以上20～100℃熔化，保溫，得到含鋅的鋁/鋁合金熔體；(2)在含鋅的鋁/鋁合金熔體中添加其重量2～3％的鈣，攪拌，使含鋅的鋁/鋁合金熔體的粘度提高到1.8～2.5mPas；(3)對增粘后的含鋅鋁/鋁合金熔體減壓，使氣壓減小到低于鋅蒸汽壓500～1000Pa，將熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使鋁/鋁合金熔體發(fā)泡，鋁/鋁合金熔體泡沫冷卻凝固后，得到泡沫鋁/鋁合金。本發(fā)明制備泡沫鋁/鋁合金具有孔結(jié)構(gòu)均勻、低成本、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)。
文檔編號C22C21/00GK101838754SQ20101018523
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉榮佩, 周蕓, 孫彥琳, 左孝青, 楊濱, 王紅, 陸建生, 陳冬華 申請人:昆明理工大學(xué)