利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法及装置的制作方法

专利名称：：利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种多孔铝或铝合金材的连续制备方法，特别涉及一种采取半连续铸造技术和旋转喷吹发泡法制备出多孔铝材的方法及装置。技术背景目前，多孔金属的制备方法主要有添加发泡剂熔体发泡法、渗流铸造法、粉末冶金法、物理或化学沉积法等。各种方法的优缺点如下表所示。多孔铝的主要制备工艺方法优缺点对比工艺方法优点缺点<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>从以上的制备方法来看，有可能实现大规模工业化生产的是铸造方法和粉末冶金法。但粉末冶金方法的工艺复杂、生产成本高，而且制品的力学性能偏低，限制了其在工业上的应用。在铸造生产方法中，渗流铸造工艺比较简单，但制品的形状及尺寸受到限制；添加发泡剂法则发泡过程不易控制，难以得到均匀结构的制品；定向凝固法虽然制备的孔隙分布规律，但工艺复杂、工艺难于控制，成本高昂。以上方法还有一个共同缺点，不适合于大规模的工业化连续生产。如何寻求一种制备工艺简单、可控、操作容易、成本低廉、适合大规模工业化生产的多孔铝材制备工艺，则是铸造科学工作者一直努力的方向。
发明内容本发明的目的在于提出一种利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的工艺方法，该方法利用连续铸造的生产原理，可实现多孔铝板材的连续或半连续生产，不仅铸造工艺和设备简单，成本低，而且适合于大规模的工业化生产。本发明的另一目的是提供一种上述工艺方法所使用的专用设备。本发明的技术方案如下一种利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法，该方法按如下步骤进行其特征在于1)将铝或铝合金加热熔化,在此溶化状态下加入13wt。/。的金属Ca和420wt。/。.的八1203颗粒，搅拌均匀，制成含增粘颗粒的增粘熔体；2)将增粘熔体转移至发泡槽中，使增粘熔体的温度保持在70085(TC，通过气体引入装置对增粘熔体直接喷吹气体，形成液态或半固态的泡沫铝；3)使发泡后的液态或半固态的泡沫铝通过流槽流动到传送装置的传送带上，使泡沫铝凝固，即可得到多孔铝材；4)在发泡槽中连续不断的补充含增粘颗粒的增粘熔体,并及时地将已形成的泡沫引导出去，即可连续制备多孔铝材。本发明的优选方案是:所述喷吹气体的流速为60160L/h，所述的气体采用空气或氮气。在熔化的铝或铝合金中加入金属Ca和Al2Cb颗粒时采用搅拌装置进行搅拌。本发明的另一技术特征是本发明中气体引入方式可以采用从发泡槽上部、发泡槽底部或发泡槽侧面通入空气或氮气。本发明还提供了一种实现所述方法的连续制备多孔铝材的装置，其特征在于该装置由增粘熔体制备装置、气体引入装置、发泡槽和输送装置组成，所述的增粘熔体制备装置由坩埚和设置在坩埚内的搅拌装置以及设置在坩埚外部的加热保温装置组成；所述的发泡槽包括熔体补给区，熔体发泡区和流槽，在熔体补给区和熔体发泡区之间设有耐火材料隔板，底部设有连通孔；所述的气体引入装置包括气体输入管和气体喷嘴，该气体喷嘴位于发泡区内；所述的流槽设置在发泡槽和输送装置之间。本发明所述的气体输入管从发泡槽的上部插入发泡区内，与发泡槽采用活连接；或者从发泡槽的侧面或底面插入发泡区内，与发泡槽采用固定连接。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果①采用空气或氮气作为孔隙产生源，来源广泛且价格低廉；②可实现连续化、大规模的工业化生产；在稳定的生产工艺条件下，多孔铝材(宽500-1000mm，厚10-50mm)的生产速度可达15-90m/h;③生产的多孔铝或多孔铝合金材，可立即投入使用，不用加工或少加工；多孔铝制品的孔隙率在8096%，孔隙尺寸在525mm，具有良好的吸声效果；⑤铸造工艺简单，生产成本低廉。图1为本发明提供的利用气体直接喷吹发泡制备多孔铝材所用装置的原理、结构示意图。(a)非连续生产所用装置及工艺流程图；(b)连续生产所用装置及工艺流程图。图2为增粘熔体制备装置和制备过程示意图。图3为发泡槽的结构示意图。图4为向增粘熔体中引入气体的四种方式示意图。(a)从上部通入气体；(b)从底部通入气体；(c)、(d)为从侧面通入气体。图5为传送装置的结构示意图。图中1一A1熔体+Al203;2—气体引入装置；3—发泡槽；4一加热保温装置；5—流槽;6—输送装置；7—泡沫铝；8—耐火材料隔板；9一增粘熔体制备装置；IO—坩埚；ll一搅拌装置；12a—搅拌装置用电机；12b—输送装置用电机；13—增粘颗粒加入装置；14_熔体补给区；15—熔体发泡区；16—动力辊；17—传送履带；18—支撑辊；19一多孔铝材；20—校正辊。具体实施方式下面结合附图对本发明的原理、结构及工艺流程做进一步的说明。图1表示采用气体直接喷吹法非连续(图la)或连续(图lb)制备多孔铝材的工艺方法。整个装置由增粘熔体制备装置9、气体引入装置2、发泡槽3和输送装置6组成。该方法首先将铝或铝合金加热熔化，在此熔化状态下加入13wt%的金属Ca和420wt%.的A1203颗粒，搅拌均匀，制成含增粘颗粒的增粘熔体。制备增粘熔体时可以采用如图2所示的增粘熔体制备装置9。将制备好的增粘熔体转移至发泡槽3中的熔体补给区14,使增粘熔体的温度保持在70085(TC，并使发泡槽3中的液面始终保持一定的高度。然后，通过气体引入装置2，直接向发泡槽3中的熔体发泡区15通入空气或氮气，这样即可在熔体发泡区15中产生泡沫，并沿槽壁上升运动，在熔体的表面形成一层泡沫，完全凝固后形成多孔铝材19。为了实现连续的生产，如图lb所示，增粘熔体l源源不断地被补充到瑢体补给区14中，以保证发泡过程连续进行。图2为增粘熔体制备装置和制备过程示意图。在保温坩埚10中，将铝或铝合金熔化至规定温度，然后加入Ca和Al203颗粒，并采用搅拌装置11进行持续不断地搅拌，使增粘颗粒均匀地分散在铝熔体中。最后将制备好的增粘熔体1转移到发泡槽中。图3为发泡槽3的结构示意图。发泡槽3的结构主要分为三部分一是熔体补给区14，用于持续不断地补充新鲜的增粘熔体l，保证发泡过程连续进行；二是熔体发泡区15，用于引入气体并使熔体发泡。熔体补给区14与熔体发泡区15中间隔有耐火材料隔板8，但底部是相通的。三是流槽5，用于将聚集在发泡区上部的泡沫引导至传送装置6上。流槽设置在发泡槽和输送装置之间。图4为向发泡槽3的发泡区15引入气体的四种方式。所述的气体引入装置2包括气体输入管和气体喷嘴，该气体喷嘴位于发泡区内；气体输入管从发泡槽的上部插入发泡区内，与发泡槽采用活连接;或者从发泡槽的侧面或底面插入发泡区内，与发泡槽采用固定连接。其中上部引入方式最为简单，可以方便操作，比较适合于连续的大规模生产。图5为多孔铝材的水平传送装置6。首先，半固态(已具有一定的强度)的泡沫铝结构经由发泡槽3的流槽5，转移到传送装置6的传送带17上，传送带17在电机12的带动下向前运动，带动其上的泡沫铝向前运动，最终实现泡沫结构的完全凝固，并使其具有一定的宽度和厚度。通过发泡槽3中泡沫铝的不断供应，以及挤压辊20的校形，形成连续的多孔铝材19，并经支撑辊18输送出去。实施例1:1)原料纯铝；2)在熔化的状态下添加lwt%的金属Ca和4wt%.的A1203颗粒，搅拌均匀；制成含增粘颗粒的增粘熔体；增粘熔体的温度保持在70(TC;3)向熔体发泡区通入空气，喷吹气体的流速为60L/h;4)获得的多孔铝板材的孔隙率为75%，平均孔径5mm。实施例2:1)原料铝合金Al-7wt%Si;2)在熔化的状态下添加lwt。/。的金属Ca和20wtn/。.的八1203颗粒；采用搅拌装置搅拌均匀；制成含增粘颗粒的增粘熔体；增粘熔体的温度保持在85(TC;3)向熔体发泡区通入氮气，喷吹气体的流速为160L/h;4)获得的多孔合金铝材的孔隙率为92%,平均孔径25mm。实施例3:1)原料铝合金Al-7wt°/。Si;2)在熔化的状态下添加3wt%的金属Ca和8wt%.的八1203颗粒；采用搅拌装置搅拌均匀；制成含增粘颗粒的增粘熔体；增粘熔体的温度保持在750'C;3)向熔体发泡区通入空气，喷吹气体的流速为80L/h;4)获得的多孔铝材板孔隙率为80%，平均孔径14mm。实施例4:1)原料纯铝；2)在熔化的状态下添加2wtY。的金属Ca和10wt。/。.的八1203颗粒；搅拌均匀，制成含增粘颗粒的增粘熔体；增粘熔体的温度保持在82(TC;3)向熔体发泡区通入氮气，喷吹气体的流速为100L/h;4)获得的多孔铝材孔隙率为85%，平均孔径18mm。实施例5:1)原料铝合金Al-7wt。/。Si;2)在熔化的状态下添加lwt。/。的金属Ca和15wtM.的八1203颗粒；采用搅拌装置搅拌均匀，制成含增粘颗粒的增粘熔体；增粘熔体的温度保持在85(TC;3)向熔体发泡区通入空气，喷吹气体的流速为120L/h;4)获得的多孔铝板材孔隙率为卯％，平均孔径20ram。权利要求1、一种利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法，该方法案如下步骤进行其特征在于1)将铝或铝合金加热熔化，在此溶化状态下加入1～3wt％的金属Ca和4～20wt％.的Al2O3颗粒，搅拌均匀，制成含增粘颗粒的增粘熔体；2)将增粘熔体转移至发泡槽中，使增粘熔体的温度保持在700～850℃，通过气体引入装置对增粘熔体直接喷吹气体，形成液态或半固态的泡沫铝；3)使发泡后的液态或半固态的泡沫铝通过流槽流动到传送装置的传送带上，使泡沫铝凝固，即可得到多孔铝材；4)在发泡槽中连续不断的补充含增粘颗粒的增粘熔体，并及时地将已形成的泡沫引导出去，即可连续制备多孔铝材。2.按照权利要求1所述的利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法，其特征在于所述喷吹气体的流速为60160L/h,所述的气体采用空气或氮气。3.按照权利要求1或2所述的利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法，其特征在于气体引入方式分别采用从发泡槽上部、发泡槽底部或发泡槽侧面通入空气或氮气。4.按照权利要求1所述的利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法,其特征在于在熔化的铝或铝合金中加入金属Ca和Al203颗粒时采用搅拌装置进行搅拌。5.—种实现如权利要求1所述方法的连续制备多孔铝材的装置，其特征在于该装置由增粘熔体制备装置(9)、气体引入装置(2)、发泡槽(3)和输送装置(6)组成，所述的增粘熔体制备装置由坩埚(10)和设置在坩埚内的搅拌装置(11)以及设置在坩埚外部的加热保温装置组成；所述的发泡槽(3)包括熔体补给区(14)，熔体发泡区(15)和流槽(5)，在熔体补给区和熔体发泡区之间设有耐火材料隔板(8)，底部设有连通孔；所述的气体引入装置包括气体输入管和气体喷嘴，该气体喷嘴位于发泡区内；所述的流槽设置在发泡槽和输送装置之间。6.按照权利要求5所述的连续制备多孔铝材的装置，其特征在于所述的气体输入管从发泡槽的上部插入发泡区内，与发泡槽采用活连接；或者从发泡槽的侧面或底面插入发泡区内，与发泡槽采用固定连接。全文摘要利用气体直接喷吹发泡连续制备多孔铝材的方法及装置，属于多孔金属材料制备
技术领域：
。本发明以铝及其合金、金属Ca和Al₂O₃为原料，首先制备出含有增粘颗粒的增粘熔体，然后将增粘熔体转移至发泡槽中，对增粘熔体直接喷吹气体，使其形成液态或半固态的泡沫铝；在发泡槽中连续不断的补充含增粘颗粒的增粘熔体，并及时地将已形成的泡沫铝引导出去，即可连续制备多孔铝材。本发明采用气体直接喷吹发泡法连续制备工艺，制备出的多孔材料密度低、孔隙大，生产率高，可批量生产，生产成本低，具有广阔的发展前景。文档编号C22C1/08GK101109050SQ20071012117公开日2008年1月23日申请日期2007年8月31日优先权日2007年8月31日发明者徐方明,倩王,许庆彦申请人:清华大学