專利名稱：熔體發(fā)泡制備多孔泡沫鋼的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備多孔泡沫鋼的工藝方法，尤其是一種利用熔體發(fā)泡法制備多孔 泡沫鋼的方法，以及實現該方法的裝置，屬于多孔材料制備技術領域。
背景技術：
泡沫金屬是20世紀40年代發(fā)展起來的一種新型材料，目前對泡沫金屬的研究主要 集中在對低熔點金屬的研究上，對于高熔點多孔泡沫鋼的研究還處于起步階段。
現代工業(yè)的發(fā)展對材料的結構和性能要求越來越高，對于一些特殊材料不僅要求輕 質，而且對材料的強度要求也很高，如航天航空領域使用的材料等等。相對于目前研究
最為廣泛的泡沫鋁等低熔點泡沫金屬來說，泡沫鋼具有更突出的優(yōu)點，比如高硬度、
低成本、高熔點及可與鋼結構共容等，尤其是泡沫鋼的屈服壓應力可以達到90MPa以 上，而泡沫鋁的屈服壓應力僅在30MPa以下，與泡沫鋁相比泡沫鋼具有明顯的高抗壓 強度，因此無論是在性能方面還是實際應用方面，泡沫鋼遠比泡沫鋁等低熔點泡沫金屬 具有更加廣闊的研究和實用前景，泡沫鋼的成功制備將對多孔材料的發(fā)展起到推動作 用。
目前，制備泡沫鋼的方法主要是采用粉末冶金燒結法，對于熔體發(fā)泡制備多孔泡沫 鋼主要存在以下難點(l)鋼液溫度高，澆鑄發(fā)泡時冷卻速度快，溫度在發(fā)泡劑發(fā)泡溫度 區(qū)間定留時間短；(2)鋼液澆鑄時，產生浮力較大，發(fā)泡劑與鋼液相比密度小，大量發(fā)泡 劑上浮到鋼液表面，導致發(fā)泡效果不好；(3)澆鑄時發(fā)泡劑與鋼液直接接觸，發(fā)泡劑迅速 升溫而達到分解溫度時，即迅速分解，導致鋼液粘度低，氣體大量逸出；(4)產生的氣泡 不穩(wěn)定，由于鋼液粘度低，產生的氣泡在上升過程中受到的阻力小，導致產品出現大氣 泡和氣泡分布不均勻現象。由于這些技術難點，熔體發(fā)泡法制備多孔泡沫鋼的方法還一 直處于起步階段。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種多孔泡沫鋼的制備方法，該方法可以延長發(fā)泡劑在分解
溫度區(qū)間內的停留時間，以克服發(fā)泡劑在澆鑄時迅速上浮的現象，改善氣泡在產品中的 分布狀況，制備出具有一定孔隙率的泡沫鋼材料。
本發(fā)明的第二個目的在于提供一種制備多孔泡沫鋼的裝置。
本發(fā)明的第一個目的通過下列技術方案完成 一種熔體發(fā)泡制備多孔泡沫鋼的方 法，其特征在于包括下列工藝步驟-
A、 將發(fā)泡劑按鋼水質量的0.1~0.6%的加入量放于加熱爐底部，發(fā)泡劑用鋼網罩固
定；
B、 將加熱爐及其發(fā)泡劑以5 l(TC/min的升溫速度，升溫至發(fā)泡劑開始分解的溫度 以下50 100。C保溫；
C、 將熔融且澆注溫度為1450 1550。C的鋼水，澆鑄到加熱爐內，以200 800r/min 的轉速攪拌鋼水，并在發(fā)泡劑開始分解溫度以上250 35(TC范圍之內，保溫攪拌1 2min;
D、 取出鋼水空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。 所述A步驟的鋼網罩網目數為150 250目。
所述A步驟的發(fā)泡劑為Cr2N或者Mn4N或者其它，其中，Cr2N的開始分解溫度為 1055°C， Mn4N的開始分解溫度為1164°C。
所述C步驟的鋼水種類為普通碳鋼或者合金鋼。
本發(fā)明的第二個目的通過下列技術方案實現 一種制備多孔泡沫鋼的裝置，包括由 帶蓋的爐殼，設于爐殼內的爐襯、爐膽及加熱元件構成的加熱爐，其特征在于在加熱爐 的爐膽底部設有防止發(fā)泡劑上浮的鋼網罩，爐膽內設有攪拌器，攪拌器穿過爐蓋與驅動 電機相連。以便鋼水澆入爐膽內時，在攪拌器的攪動作用下，使鋼水在發(fā)泡劑作用下形 成泡沫鋼，同時通過鋼網罩有效防止發(fā)泡劑上浮，延長發(fā)泡劑在分解溫度區(qū)間的停留時 間。
所述鋼網罩固定在爐膽底部的發(fā)泡劑上方，且鋼網罩的網目數設為150 250目， 具體目數的設置以能夠阻止發(fā)泡劑上浮為宜。
所述爐膽為石墨坩堝，或者陶瓷坩堝，或者為其它。 所述爐膽內還設有測溫器，并通過導線與溫控器電連接，用于控制爐溫。 所述攪拌器用普通碳鋼制成，并與電機相連，以便在電機帶動下轉動。 本發(fā)明具有下列優(yōu)點和效果可以增大鋼液在發(fā)泡劑分解溫度區(qū)間停留的時間，有
效防止發(fā)泡劑上浮，改善了泡沫鋼的孔結構和孔的分布狀況，從根本上解決了多孔泡沫 鋼在制備時容易因發(fā)泡劑上浮迅速、氣泡過大等不足而影響泡沫鋼的質量問題，保證鋼 液的發(fā)泡質量，最終提高了泡沫鋼的質量，本發(fā)明提供的裝置結構簡單，操作方便。


圖l為本發(fā)明制備多孔泡沫鋼的裝置結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的裝置做進一步描述。
本發(fā)明提供的制備多孔泡沫鋼的裝置，其加熱爐的爐殼5頂部為爐蓋3，爐殼5內 設有爐襯4及爐膽6，加熱元件9置于爐襯4、爐底襯10與爐膽6之間，其中在加熱爐 的爐膽6底部設有防止發(fā)泡劑上浮的不銹鋼鋼網罩7，鋼網罩7的網目數為150目，并 通過水玻璃砂8將鋼網罩7固定在爐膽6底部的發(fā)泡劑11上方，爐膽6內設有用普通 碳鋼制成的攪拌器2，攪拌器2穿過爐蓋3與驅動電機1相連，電機1通過導線16與變 頻控制器15電連接，用于將電機轉速控制在200 800r/min之間，爐膽6采用石墨坩堝， 其內還設有測溫器——熱電偶13，熱電偶13通過導線16與溫控器14電連接，用于將 爐溫控制在發(fā)泡劑開始分解溫度以下50 10(TC，防止發(fā)泡劑發(fā)生分解，如圖l。
下面通過實施例對本發(fā)明方法做進一步描述。
實施例l
A、 將發(fā)泡劑Cr2N按鋼水質量的0.1%的加入量平鋪于加熱爐的坩堝底部，用鋼網 罩罩在發(fā)泡劑上面，用水玻璃砂鋪在鋼網之上使之硬化，水玻璃砂中水玻璃的質量分數
為3%;
B、 含有發(fā)泡劑的坩堝置于加熱爐內，升溫至1005。C保溫，升溫速度控制在5°C/min， 保溫待澆注；
C、 將熔融且澆注溫度為145(TC的45鋼水，澆鑄到加熱爐內的坩堝內，將坩堝內 鋼水溫度調至1350'C進行保溫，以200r/min的轉速攪拌鋼水，保溫攪拌lmin;
D、 取出坩堝空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。 實施例2
A、將發(fā)泡劑Mn4N按鋼水質量的0.6M的加入量平鋪于加熱爐的坩堝底部，用鋼網 罩罩在發(fā)泡劑上面，用水玻璃砂鋪在鋼網之上使之硬化，水玻璃砂中水玻璃的質量分數
為5%;
B、 含有發(fā)泡劑的坩堝置于加熱爐內，升溫至1064'C保溫，升溫速度控制在1(TC/min， 保溫待澆注；
C、 將熔融且澆注溫度為155(TC的40Cr合金鋼鋼水，澆鑄到加熱爐內的坩堝內， 將坩堝內鋼水溫度調至1510。C進行保溫，以800r/min的轉速攪拌鋼水，保溫攪拌2min;
D、 取出塒堝空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。 實施結果
兩個實施例的試樣孔洞分布均勻，大小均在0.2 0.4mm之間，孔隙率可分別達 至lj 21.0%禾口 21.2%。
權利要求
1、一種熔體發(fā)泡制備多孔泡沫鋼的方法，其特征在于包括下列工藝步驟A、將發(fā)泡劑按鋼水質量的0.1～0.6％放于加熱爐底部，發(fā)泡劑用鋼網罩固定；B、將加熱爐及其發(fā)泡劑以5～10℃/min的升溫速度，升溫至發(fā)泡劑開始分解的溫度以下50～100℃保溫；C、將熔融且澆注溫度為1450～1550℃的鋼水，澆鑄到加熱爐內，以200～800r/min的轉速攪拌鋼水，并在發(fā)泡劑開始分解溫度以上250～350℃范圍之內，保溫攪拌1～2min；D、取出鋼水空冷至室溫，得多孔泡沫鋼材料。
2、 根據權利要求1所述的熔體發(fā)泡制備多孔泡沫鋼的方法，其特征在于所述A步 驟的鋼網罩網目數為150 250目。
3、 根據權利要求l所述的熔體發(fā)泡制備多孔泡沫鋼的方法，其特征在于所述A步 驟的發(fā)泡劑為Cr2N或者Mn4N， Cr2N的開始分解溫度為1055°C， Mn4N的開始分解溫 度為1164°C。
4、 根據權利要求1所述的熔體發(fā)泡制備多孔泡沫鋼的方法，其特征在于所述C步 驟的鋼水種類為普通碳鋼或者合金鋼。
5、 一種如權利要求1所述的制備多孔泡沫鋼的裝置，包括由帶蓋的爐殼，設于爐 殼內的爐襯、爐膽及加熱元件構成的加熱爐，其特征在于在加熱爐的爐膽底部設有防止 發(fā)泡劑上浮的鋼網罩，爐膽內設有攪拌器，攪拌器穿過爐蓋與驅動電機相連。
6、 根據權利要求5所述的制備多孔泡沫鋼的裝置，其特征在于所述鋼網罩固定在 爐膽底部的發(fā)泡劑上方，且鋼網罩的網目數設為150 250目。
7、 根據權利要求5所述的制備多孔泡沫鋼的裝置，其特征在于所述爐膽為石墨坩 堝，或者陶瓷坩堝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熔體發(fā)泡制備多孔泡沫鋼的方法及裝置。先將發(fā)泡劑平鋪于坩堝底部，將不銹鋼鋼網罩在上面，以防止發(fā)泡劑上浮；然后將坩堝放入加熱爐內加熱至發(fā)泡劑開始分解溫度以下50～100℃，將熔化后的鋼水倒入坩堝內，利用保溫加熱裝置將坩堝內鋼水溫度調節(jié)在發(fā)泡劑開始分解溫度以上250～350℃范圍之內，保溫攪拌1～2min后，取出坩堝空冷至室溫，得到多孔泡沫鋼材料。本發(fā)明可以增大鋼液在發(fā)泡劑分解溫度區(qū)間停留的時間，防止發(fā)泡劑上浮，改善制備試樣的孔的結構特點和分布特點，工藝簡單，容易操作，實為一種理想的多孔泡沫鋼的制備方法。
文檔編號C22C1/08GK101381822SQ200810233460
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權日2008年10月20日
發(fā)明者榮 周, 張冬平, 李祖來, 蔣業(yè)華, 黎振華 申請人:昆明理工大學