专利名称：泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备方法
技术领域：
本发明属于多孔金属材料领域，特别是泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备工 艺方法。
背景技术：
通常方法制备的泡沫铝的外观多为板材、棒材圆柱体等规则形状，需要对其进一 步加工来获得实际应用所需要的形状。传统的机加工会导致工件表面的扭曲或破坏，而精 密电切削、化学碾磨和水射流切削等方法同样会在切割面留有开孔和粗糙的表面，造成局 部的损坏，既影响泡沫铝的性能又提高了成本。泡沫铝异形件的净成型制备，可简化制备工 序，提高生产效率，降低泡沫铝异形件的制备成本，满足特殊用途需要。目前公知的泡沫铝异形件制备方法是二次发泡法(Two step foaming processing)，其主要工艺过程为通过粉末冶金方法或熔铸方法获得含一定比例发泡剂 TiH2的发泡先驱体，发泡先驱体在一定温度下在型模中进行二次发泡得到泡沫铝异形件。 其共同点是(1)首先必须获得发泡先驱体再进行二次发泡，都采用了较昂贵的TiH2作为 发泡剂。从熔铸途径获得发泡先驱体的方法，由于发泡剂TiH2必须在高温熔体中进行搅拌 分散，存在TiH2分散困难及TiH2过早、过快分解等问题，给泡沫铝异形件的孔结构控制带来 不便；从粉末冶金途径获得发泡先驱体的方法，受粉末原料成本及加工工艺本身的限制，存 在成本高、产量低、难以制备大体积构件等缺陷。另(2) 二次发泡前需要对发泡先驱体进行 机械加工，以获得以发泡型模相适应的基本形状，也是高制作成本的原因之一。本发明不需制备发泡先驱体，也不需要发泡剂，可在短时间内通过一次性发泡制 备泡沫铝/铝合金异形件，具有短流程、低成本、高效率的特点。
发明内容
本发明提供了一种泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备方法，其技术方案包括 以下工艺步骤(1)铝/铝合金熔体的增粘采用的原料为铝/铝合金，铝/铝合金加热到其熔点 以上20-100°C熔化、保温30min.，后在铝/铝合金熔体中添加铝/铝合金熔体重量5-15% 的SiC颗粒，以1500转/分的搅拌速度搅拌10-30分钟，使铝/铝合金熔体的粘度提高到 1. 4-1. 8mPas ；(2)初始气体的引入及均勻化处理往增粘的铝/铝合金熔体中注入熔体体积 5-10%的气体，以1000-3000转/分的搅拌速度搅拌3-6分钟，使气体以微小气孔的形式均 勻分散在增粘的铝/铝合金熔体中；(3)真空型模发泡将增粘的、含微小均布气孔的铝/铝合金熔体浇铸入减压仓中 的发泡型模内，抽气10-20秒使减压仓内的气压减小到10_3-10_4atm，铝/铝合金熔体中的 初始微小气孔膨胀使铝/铝合金熔体发泡并充满发泡型模，水冷却凝固后，得到泡沫铝/铝 合金异形件。
所述的铝/铝合金中的铝为工业纯铝，铝合金为铝基体与合金元素Si、Cu、Mg、Zn 构成的合金。所述的SiC颗粒的粒度为5-20 μ m。本发明工作原理1、真空发泡原理在真空条件下，随着外压的减小，初始气孔的体积会急剧快速膨胀。根据理想气体状态方程，对于等温过程有P1V1 = P2V2(1)(1)式中，P「大气压(atm)，义常压下微小气孔的体积(mm3)，P2-减压仓气压 (atm)，V2-真空下气孔的体积(mm3)。将气孔视为球体，则(1)式变形为P^13 = p2r23(2)(2)式中，rr常压下微小气孔的半径(mm)，r2真空下气孔的半径(mm)利用(2)即可计算初始气孔的体积膨胀量，减压仓气压越低，则气孔体积膨胀越 大，但由于气孔存在合并现象，因此，实际值大于理论值。设有一直径为0. Imm的初始气孔， 大气压为latm，当气压减小到0. OOlatm时，该初始气孔会膨胀为直径Imm的气孔；当气压 减小到0. OOOlatm时，则该初始气孔会膨胀为直径2. 15mm的气孔。2、初始气孔的均勻化原理铝/铝合金熔体中添加SiC颗粒搅拌使铝/铝合金熔体粘度提高，初始气孔及膨 胀的气孔才能在铝/铝合金熔体中存留，形成稳定的熔体泡沫，并通过较快的水冷凝固使 熔体泡沫结构保留下来形成泡沫铝/铝合金。为使熔体泡沫能够进行充分的的充型，熔体 粘度应稍低于常规发泡熔体的粘度，控制在1. 4-1. SmPas的范围内。另外，通过初始气体的引入、搅拌，使引入的初始气体在增粘熔体中呈细小、均勻 的状态分布，为均勻泡沫结构的获得提供了保证，初始气孔越细小均勻，则充型发泡越充 分，初始气孔的均勻化的搅拌时间控制在3-6分钟。3、熔体泡沫的真空发泡充型原理根据⑴式可得出熔体体积与环境压强的关系
权利要求
一种泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤(1)铝/铝合金熔体的增粘采用的原料为铝/铝合金，铝/铝合金加热到其熔点以上20 100℃熔化、保温30min.，后在铝/铝合金熔体中添加铝/铝合金熔体重量5 15％的SiC颗粒，以1500转/分的搅拌速度搅拌10 30分钟，使铝/铝合金熔体的粘度提高到1.4 1.8mPas；(2)初始气体的引入及均匀化处理往增粘的铝/铝合金熔体中注入熔体体积5 10％的气体，以1000 3000转/分的搅拌速度搅拌3 6分钟，使气体以微小气孔的形式均匀分散在增粘的铝/铝合金熔体中；(3)真空型模发泡将增粘的、含微小均布气孔的铝/铝合金熔体浇铸入减压仓中的发泡型模内，抽气10 20秒使减压仓内的气压减小到10 3 10 4atm，铝/铝合金熔体中的初始微小气孔膨胀使铝/铝合金熔体发泡并充满发泡型模，水冷却凝固后，得到泡沫铝/铝合金异形件。
2.根据权利要求1所述的泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备方法，其特征在于 所述的铝/铝合金中的铝为工业纯铝，铝合金为铝基体与合金元素Si、Cu、Mg、Zn构成的合金。
3.根据权利要求1所述的泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备方法，其特征在于 所述的SiC颗粒的粒度为5-20 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种泡沫铝/铝合金异形件的真空发泡制备方法，属于多孔金属材料领域。本发明针对目前泡沫铝/铝合金异形件制备存在的孔结构均匀性控制、工艺复杂、发泡时间长效率低、TiH2发泡剂成本高及分散困难的不足，采用真空发泡填充型模的方法制备泡沫铝/铝合金异形件，具有孔结构均匀、高效、低成本、可实现工业生产的特点。
文档编号C22C1/08GK101948963SQ20101028639
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者刘荣佩, 周芸, 左孝青, 杨滨, 陆建生, 陈冬华, 陈显宁 申请人:昆明理工大学