一种稀土泡沫铝合金真空吸铸工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种真空吸铸法制备稀土泡沫铝合金的工艺以及由其制备的稀土泡沫铝合金。该工艺包括：将填料粒子填充到充型模中，预热;在加热至700-79CTC的熔融铝液中加入稀土，混匀后真空吸入至以上充型模中；待合金凝固后取出样品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫铝合金。本发明制备工艺所制得的稀土泡沫铝合金具有较少的氧化烧损，稀土元素的氧化烧损率均小于5%，所制备出的泡沫铝孔洞匀称、可控性好，无明显缺陷。
【专利说明】一种稀土泡沬错合金真空吸铸工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属加工工艺【技术领域】，尤其涉及一种稀土泡沫铝合金真空吸铸工 艺。
【背景技术】
[0002] 泡沫铝具有质轻、比强高及吸声、隔音、散热、阻燃、减震、阻尼、吸收冲击能、电磁 屏蔽等优点。广泛应用于建筑、汽车零件、军事及住宅等行业中。
[0003] 目前，制备泡沫金属的主要方法有渗流铸造法及熔体发泡法、熔模铸造法、镀覆金 属法、粉末冶金法等。渗流法是在熔融金属条件下在预制体中直接渗流成形，与其它方法相 t匕，该法具有易于控制孔隙结构、孔隙率及生产周期短、成本低、工艺简单等优点。
[0004] 在制备泡沫铝时添加稀土元素，可有效地减小铝合金的枝晶间距及细化铸态晶 粒，同时稀土能与铝及其合金元素发生微合金化作用，从而改善泡沫铝的机械、加工、挤压、 铸造及耐腐蚀等性能，提1?泡沫错的抗冲击能力。
[0005] 用传统渗流法制备稀土泡沫铝时，稀土元素易氧化烧损，其中La和Ce元素的氧化 烧损达20%以上，同时渗流过程难以控制，易造成渗流不足或渗流过度。
【发明内容】
[0006] 针对传统渗流法所存在的上述缺陷和不足，本发明的目的在于提出一种真空吸铸 法制备稀土泡沫铝合金的制备工艺，该制备工艺所制备出的稀土泡沫铝合金具有较少的氧 化烧损，稀土元素的氧化烧损率均小于5%。
[0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 第一方面，本发明提供了一种稀土泡沫铝合金的制备工艺，该制备工艺包括如下 步骤：
[0009] (1)将填料粒子填充到充型模中，预热；
[0010] (2)在加热至700-790°C的熔融铝液中加入稀土，混匀后真空吸入至步骤（1)所得 充型模中；
[0011] (3)合金凝固后取出样品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫铝合金。
[0012] 上述制备工艺中，作为优选，步骤（1)所述填料粒子的粒径为1?2mm，优选为 L 25 ?I. 60mm，更优选为 I. 5mm。
[0013] 在具体的实施方案中，步骤⑴所述填料粒子的粒径为1mm、I. 1mm、I. 2mm、 I. 25mm、I. 3mm、I. 35mm、I. 4mm、I. 45mm、I. 5mm、I. 55mm、I. 6mm、I. 65mm、I. 7mm、I. 75mm、 L 8mm、L 85mm、L 9mm、L 95mm、2mm〇
[0014] 作为优选，步骤（I)所述预热温度为400?480°C，优选为420?460°C，更优选为 440。。。
[0015] 在具体的实施方案中，步骤⑴所述预热温度为400°C、410°C、42(TC、43(rC、 440°C、450°C、460°C、470°C、480°C。
[0016] 作为优选，步骤（2)所述熔融铝液的温度为720-780°C，优选为730°C。
[0017] 在具体的实施方案中，步骤⑵所述熔融铝液的温度为720°C、730°C、740°C、 750、760°C、770°C、780。
[0018] 作为优选，步骤（2)所述稀土为La和/或Ce,优选为La和Ce的组合。
[0019] 作为优选，步骤⑵所述真空吸入的真空度为0. 04-0. 08MPa，优选为 0· 04-0. 06MPa，更优选为 0· 05MPa。
[0020] 在具体的实施方案中，步骤⑵所述真空吸入的真空度为0.04MPa、0.05MPa、 0. 06MPa、0. 07MPa、0. 08MPa。
[0021] 在本发明的【具体实施方式】中，一个优选的实施方案如下：
[0022] (1)将粒径为1. 25?I. 60mm的填料粒子填充到冲型模中，预热至440°C ;
[0023] (2)在加热至730 °C的熔融铝液中加入混合稀土元素 La和Ce，混匀后，在 0. 04-0. 06MPa的真空度条件下将其真空吸入步骤（1)所得冲型模中；
[0024] (3)待冲型模中的合金凝固后取出样品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫铝合 金。
[0025] 第二方面，本发明提供了一种稀土泡沫铝合金，由第一方面所述制备工艺制得。
[0026] 用电感耦合等离子体原子吸收光谱法分析本发明制备工艺所制得的稀土泡沫铝 合金中稀土的含量，从而计算出稀土的氧化烧损率。经计算可知，本发明制备工艺所制得的 稀土泡沫铝合金具有较少的氧化烧损，稀土元素的氧化烧损率均小于5 %，所制备出的泡沫 铝孔洞匀称、可控性好，无明显缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的真空吸铸工艺制备稀土泡沫铝合金的原理图。
[0028] 图2是真空度与渗流长度的关系曲线。
[0029] 图3是铸造温度与渗流长度的关系曲线。
[0030] 图4是填料粒子预热温度与渗流长度的关系曲线。
[0031] 图5是填料粒子粒径与渗流长度的关系曲线。
[0032] 图6是本发明制备工艺所制备的稀土泡沫铝合金的宏观形貌照片。
【具体实施方式】
[0033] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0034] 在制备泡沫材料的过程中，渗流长度是考察铸造工艺优劣的重要指标，渗流长度 越长，表明该工艺能制备的样品尺寸越大，越接近工业应用的要求。
[0035] 实施例1真空度对渗流长度的影响
[0036] 在铸造温度为730°C、填料粒子预热温度440°C、填料粒子粒径为1. 25?I. 60mm 的条件下，探讨真空度分别为〇. 02、0. 04、0. 06、0. 08MPa时的渗流长度，从而得到真空度与 渗流长度的关系曲线，如图2所示。
[0037] 从图2可见，在填料粒子预热温度、粒子粒径及滤液的铸造温度相同的条件下，随 着真空度的增加，渗流长度增加；这可能是由于抽真空的作用一方面是克服铝液自重，另 一方面是克服铝熔体与NaCl颗粒之间润湿性不好导致的表面张力，增加真空度有助于克 服渗流缝隙中的流动阻力及表面张力，从而提高渗流长度。当真空度由0. 〇6MPa提高至 0. OSMPa时，渗流长度只有微小增加；这可能是由于渗流前沿的铝液受到粒子的冷却作用 很快凝固，此时仅靠提高真空度来提高渗流长度，效果非常有限。
[0038] 实施例2铸造温度对渗流长度的影响
[0039] 在真空度为0. 04MPa、填料粒子预热温度440°C、填料粒子粒径为1. 25?I. 60mm 的条件下，探讨铸造温度分别为700°C、730°C、760°C、790°C时的渗流长度，从而得到铸造温 度与渗流长度的关系曲线，如图3所示。
[0040] 从图3可见，铸造温度的提高能显著增加渗流长度，这可能是因为提高铸造温度 能提高金属液的流动性，有利于金属液填充颗粒间的间隙，从而使渗流长度增加。
[0041] 实施例3填料粒子预热温度对渗流长度的影响
[0042] 在真空度为0. 04MPa、铸造温度730°C、填料粒子粒径为1. 25?I. 60mm的条件下， 探讨填料粒子预热温度分别为360°C、400°C、440°C、480°C时的渗流长度，从而得到填料粒 子预热温度与渗流长度的关系曲线，如图4所示。
[0043] 从图4可以看出，渗流长度随着填料粒子预热温度的升高而急剧增加，这可能是 由于颗粒的预热温度越高，它与铝基合金液间的温差越小，从而减少了热量损失，可使颗粒 间隙中的金属长时间保持液态，渗流通道较畅通，有利于铝液充满颗粒的间隙，提高了铝液 的渗流能力。预热温度较低时，它与铝液的温差增大，渗流充型时二者之间热交换就强烈。 在渗流前沿包覆填料粒子的铝液会迅速凝固和加厚，从而堵塞了渗流通道，尽管靠近升液 管的合金液尚未凝固，但已不能继续渗流充填颗粒间隙，导致渗流长度缩短，但颗粒预热温 度过高，将延长实验周期及降低渗流室的使用寿命。
[0044] 实施例4填料粒子大小对渗流长度的影响
[0045] 在真空度为0. 04MPa、铸造温度730°C、填料粒子预热温度为440°C的条件下，探讨 填料粒子粒径分别为0· 6-0. 8mm、0. 8-lmm、l. 25-1. 6mm、2. 0-2. 5mm时的渗流长度，从而得 到填料粒子粒径与渗流长度的关系曲线，如图5所示。
[0046] 从图5可以看出，渗流长度随填料粒子粒径的增大而增加。这可能是由于颗粒尺 寸越大，颗粒间的空隙越大，铝液渗流通道的流动阻力也越小，流动速度越快。另外，颗粒尺 寸越大，铝液与填料颗粒的热交换总面积就越小，铝液在渗流过程中的热量损失及温度降 低的速率也越小；填料颗粒尺寸越小，金属液渗入的间隙变小，粘滞阻力及铝基合金液前沿 界面张力附加的阻力增大，阻碍了铝基合金液填充颗粒间隙，影响泡沫铝基合金的渗流长 度。
[0047] 通过图2-图5中渗流长度变化的趋势可看出，填料粒子的预热温度和浇注温度对 渗流长度的影响较大，而真空度和填料粒子粒径对渗流长度的影响较小。这个结果与现有 技术中所认为的填料粒子粒径大小是最显著的影响因素的结论不一致。
[0048] 实施例5使用本发明所述真空吸铸工艺制备稀土泡沫铝合金
[0049] 采用如下工艺：
[0050] (1)将粒径为1. 25?I. 60mm的填料粒子填充到冲型模中，预热至440°C ;
[0051] ⑵在加热至730 °C的熔融铝液中加入混合稀土元素 La和Ce，混匀后，在 0. 04-0. 06MPa的真空度条件下将其真空吸入步骤（1)所得冲型模中；
[0052] (3)待冲型模中的合金凝固后取出样品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫铝合 金。
[0053] 按上述工艺制备的稀土泡沫铝合金的宏观形貌如图6所示，其渗流长度为120mm。
[0054] 从图6可以看出，气孔均匀地排列于铝基体上。由于气孔尺寸由填料粒子的粒径 范围决定，因此真空吸铸工艺可制备出孔结构均匀、孔径可控的泡沫铝合金。ICP分析表明， 真空吸铸工艺制备出的稀土泡沫铝合金具有较少的氧化烧损，La的氧化烧损率为4. 89%， Ce的氧化烧损率为4. 03%。
[0055] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明，但本发明并不局限于上述，即 不意味着本发明必须依赖上述才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的 任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在 本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1. 一种稀土泡沫铝合金的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将填料粒子填充到充型模中，预热； (2) 在加热至700-790°C的熔融铝液中加入稀土，混匀后真空吸入至步骤（1)所得充型 模中； (3) 合金凝固后取出样品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫铝合金。
2. 根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤（1)所述填料粒子的粒径为1? 2mm，优选为L 25?I. 60mm，更优选为I. 5mm。
3. 根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于，步骤（1)所述预热温度为400? 480°C，优选为420?460°C，更优选为440°C。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的制备工艺，其特征在于，步骤（2)所述熔融铝液的温 度为 720-780°C，优选为 730°C。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的制备工艺，其特征在于，步骤（2)所述稀土为La和 /或Ce,优选为La和Ce的组合。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的制备工艺，其特征在于，步骤（2)所述真空吸入的真 空度为 0. 04-0. 08MPa，优选为 0. 04-0. 06MPa，更优选为 0. 05MPa。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将粒径为1. 25?I. 60mm的填料粒子填充到冲型模中，预热至440°C ; (2) 在加热至730 °C的熔融铝液中加入混合稀土元素 La和Ce,混匀后，在 0. 04-0. 06MPa的真空度条件下将其真空吸入步骤（1)所得冲型模中； (3) 待冲型模中的合金凝固后取出样品，除去填料粒子，即得所述稀土泡沫铝合金。
8. -种稀土泡沫铝合金，由权利要求1-7任一项所述制备工艺制得。
【文档编号】C22C1/08GK104212994SQ201410471725
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】朱忠良 申请人:朱忠良