專利名稱：一種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通孔泡沫鋁生產(chǎn)方法，具體而言為涉及一種利用鋁及鋁合金邊角料連續(xù)生產(chǎn)通孔泡沫鋁的方法。
背景技術(shù)：
多孔泡沫金屬是由金屬基體和氣體(氣孔)組成的結(jié)構(gòu)功能一體化的金屬材料，在消聲、減震、催化載體、屏蔽防護(hù)、吸能緩沖等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，泡沫鋁是其中重要的一種；由于泡沫鋁中存在尺寸不同的孔隙，因此它與鋁相比密度較小，約為鋁的十分之一，在0. 2^0. 5g/cm3。泡沫鋁質(zhì)輕、隔音、阻燃，又有很強(qiáng)的吸能本領(lǐng)和電磁屏蔽作用，因此受到國防工業(yè)部門的高度重視；由于泡沫鋁在韌性和熱導(dǎo)率方面的優(yōu)勢，所以泡沫鋁·常用作催化載體材料，目前已提出的泡沫鋁制備工藝較多，主要可分為液態(tài)金屬凝固法、固態(tài)金屬燒結(jié)法及沉積法等三類?，F(xiàn)已開發(fā)出的具有工業(yè)價值的生產(chǎn)工藝，如熔體發(fā)泡法、滲流鑄造法、粉末冶金發(fā)泡法、電化學(xué)沉積法、粉末冶金法等，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛；熔體發(fā)泡法獲得的泡沫鋁孔洞間相互獨(dú)立，一般稱為閉孔泡沫鋁；而后幾種方法獲得的泡沫鋁孔洞往往相互連通，因此稱為通孔泡沫鋁。熔體發(fā)泡法是當(dāng)前生產(chǎn)泡沫鋁較普遍采用的方法，其基本原理是將某種發(fā)泡劑加入熔融的鋁或鋁合金中，發(fā)泡劑受熱在高溫下分解，釋放出氣體，滯留于熔體中，凝固后成為泡沫金屬，該方法生產(chǎn)出的泡沫鋁孔洞間相互獨(dú)立可用作吸音緩沖材料，但其缺點(diǎn)是氣孔分布均勻性差，加入發(fā)泡劑到發(fā)泡結(jié)束的時間間隔短，操作上困難，溫度控制不易掌握。滲流鑄造法是將NaCl堆積在鑄模中壓制成，經(jīng)預(yù)熱后澆注金屬，然后將顆粒去除，制備出通孔的泡沫結(jié)構(gòu)；該工藝的關(guān)鍵是合理選擇和搭配粒子的預(yù)熱溫度、鋁液澆注溫度和沖型壓力這3個工藝參數(shù)，其中對粒子預(yù)熱溫度的控制尤其重要，粉末冶金發(fā)泡法是德國Fraunhofer應(yīng)用材料研究所發(fā)明的，工藝原理是將混合鋁粉與發(fā)泡劑粉，經(jīng)壓縮得到具有氣密結(jié)構(gòu)的預(yù)制體，加熱預(yù)制體使發(fā)泡劑分解釋放出氣體，迫使預(yù)制體膨脹得到泡沫鋁，該工藝穩(wěn)定可控，可制備泡沫鋁異型件及其復(fù)合結(jié)構(gòu)，能滿足交通運(yùn)輸、航空、航天和軍工等領(lǐng)域的需求，已成為當(dāng)前泡沫鋁研究中的熱點(diǎn)方向，電化學(xué)沉積法是采用電鍍工藝來制備泡沫金屬材料的，其工藝流程是首先將泡沫塑料進(jìn)行預(yù)處理，即粗化、敏化、活化、解膠或還原，然后以預(yù)處理過的泡沫塑料為陰極，工業(yè)純鋁板為陽極，在烷基鋁溶液中電鍍制成以泡沫塑料為襯底的泡沫鋁，然后將制得產(chǎn)品進(jìn)行后處理，后處理一般采用化學(xué)或預(yù)熱的方法將泡沫塑料去除，最終得到泡沫鋁材料，采用電沉積法生產(chǎn)的泡沫鋁具有孔洞分布均勻、孔徑小、孔隙率高的特點(diǎn)，且其隔熱和阻尼特性優(yōu)于鑄造法生產(chǎn)的泡沫鋁，燒結(jié)法是將粉末顆粒體——空心金屬珠或金屬纖維與粘結(jié)劑混合后壓制成形，再經(jīng)燒結(jié)而成，所制的材料孔洞相互貫通，分布均勻，但孔隙度小，成本較高，難以在實(shí)際中推廣應(yīng)用。隨著我國對循環(huán)經(jīng)濟(jì)的日益重視，廢鋁的回收利用越來越受到人們的關(guān)注，我國是鋁制品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，巨大的廢鋁資源等待再生利用，而目前我國廢鋁的回收效益不高、回收困難，造成廢鋁的回收利用率低下，鋁資源浪費(fèi)嚴(yán)重，與此同時，泡沫鋁的優(yōu)異性能使其在結(jié)構(gòu)材料和功能材料方面有著廣泛的應(yīng)用前景，但目前泡沫鋁的各種制備方法存在著成本高、效率低等不利因素，造成了泡沫鋁的應(yīng)用不能廣泛推廣，因此，覃國平等人(科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010年第16期)針對廢鋁回收再生，探討利用吹氣法制備小孔徑泡沫鋁的可行性，試圖為泡沫鋁在國內(nèi)的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)，然而，該方法中的需要將廢鋁重新熔化，能量消耗比較大，目前還沒有實(shí)際制備和生產(chǎn)的報道，而且，該方法生產(chǎn)的是閉孔泡沫鋁，不適用通孔泡沫鋁的生產(chǎn)，另外，總體來看，現(xiàn)有的泡沫鋁生產(chǎn)還難以實(shí)現(xiàn)大尺寸(如幅面500mm以上)的批量生產(chǎn)，其中關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)是1)如何保證孔隙率可控；2)如何提高大尺寸泡沫鋁的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，具體為將鋁及鋁合金板箔材的邊角料剪裁，做成短管，然后將短管隨機(jī)堆積，在保護(hù)氣氛下通過熱壓成型讓短管相互連接，從而制作成通孔泡沫鋁；由于短管本身中空，加上短管與短管之間的孔隙，使最終獲得的泡沫鋁可以獲得較高的孔隙率；同時，短管本身的孔隙與短管之間的孔隙相互連通，有利于獲·得通孔泡沫鋁。一種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁或鋁合金板箔材邊角料剪裁成條帶，在壓力作用下通過模具把兩片條帶壓成兩半圓管，將兩半圓管從接頭處機(jī)械壓合成短管，或者直接卷制成短管并在接頭處壓合，然后將短管隨機(jī)堆積，在保護(hù)氣氛下通過熱壓成型讓圓管相互連接制作成通孔泡沫鋁。所涉及的脫脂和除銹的鋁及鋁合金板箔材邊角料，是指采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度在0. 05^1. 5mm的鋁或鋁合金板箔材邊角料進(jìn)行常規(guī)脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣或者氮?dú)膺M(jìn)行干燥獲得的材料。所涉及的剪裁成條帶，是指通過機(jī)械剪切將鋁或鋁合金板箔材邊角料剪裁成寬I. 5^4. Omm 的條帶。所涉及的模具，是指由可活動的兩半內(nèi)圓柱面模具與固定的圓柱體組成的模具，內(nèi)圓柱面與圓柱體的直徑相等，直徑范圍在I. (T5. Omm,圓柱體上設(shè)有能上下移動的與圓柱體貼合的圓管，用于頂出壓合而成的短管。所涉及的將兩半圓管從接頭處機(jī)械壓合成短管，是指將兩半圓管貼合在圓柱體上，外加兩半內(nèi)圓柱面模具，采用機(jī)械咬合裝置，將兩半圓管的端部留出的0. 5^1. Omm寬的鋁帶壓合，使兩半圓管組合成短管，拿掉兩半內(nèi)圓柱面模具，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管。所涉及的直接卷制成短管并接頭處壓合，是指由可移動的擠壓塊將鋁或鋁合金條帶的端部壓緊在能旋轉(zhuǎn)的圓柱體上，圓柱體直徑為I. (T5.0_，通過圓柱體旋轉(zhuǎn)，將鋁及鋁合金條帶卷制成管狀，然后采用機(jī)械咬合裝置圓管端部0. 5^1. Omm寬的鋁帶重合部分壓合，從而形成短管，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管。所涉及的保護(hù)氣氛，是指采用氮?dú)夂蜌錃庑纬傻幕旌媳Ｗo(hù)性氣體，氫氣是氮?dú)? 體積分?jǐn)?shù)的0. 2 0. 5%。所涉及的熱壓成型，是指通過加壓裝置，將加熱到60(T650°C的鋁短管或者加熱到53(T580°C的鋁合金短管在l(T50MPa的壓應(yīng)力下保持2(T30min。
本發(fā)明提出的方法，能充分利用鋁及鋁合金邊角料，適合于連續(xù)生產(chǎn)，方便生產(chǎn)不同尺寸規(guī)格要求的泡沫鋁材料，且泡沫鋁強(qiáng)度高；同時，根據(jù)鋁及鋁合金板箔材的厚度和形成的短管的直徑，泡沫鋁孔隙率在509^90%范圍內(nèi)可控，板箔材厚度越小，短管直徑越大，泡沫鋁孔隙率越高。


圖I為用于壓合兩半圓管的模具示意圖，圖中1、4為半內(nèi)圓柱面模具，2為固定的圓柱體，3為能上下移動的圓管；
圖2為用于卷制圓管的裝置示意圖，圖中I為可移動的擠壓塊，2為可旋轉(zhuǎn)的圓柱體，3為能上下移動的圓管；
圖3為采用本發(fā)明的方法制作的泡沫鋁照片?！?br> 具體實(shí)施例方式本發(fā)明可以根據(jù)以下實(shí)例實(shí)施，但不限于以下實(shí)例，在本發(fā)明中所使用的術(shù)語，除非有另外的說明，一般具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義，應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍，在以下的實(shí)施例中，未詳細(xì)描述的各種過程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法。實(shí)施例I
采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度為0. 05mm的鋁箔材邊角料進(jìn)行脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣進(jìn)行干燥；將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁箔材剪裁成I. 5mm寬的條帶，在壓力作用下由可活動的兩半內(nèi)圓柱面模具與固定的圓柱體組成的模具系統(tǒng)，其直徑均為3. Omm,圓柱體上設(shè)有能上下移動的與圓柱體貼合的圓管；采用機(jī)械咬合裝置，將兩半圓管的端部留出的0. 5mm寬的鋁帶壓合，使兩半圓管組合成短管，拿掉兩半內(nèi)圓柱面模具，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管；采用加體積分?jǐn)?shù)0. 5%氫氣的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)性氣體，通過加壓裝置將加熱到600°C的鋁短管在IOMPa的壓應(yīng)力下保持30min。圖I為所制作的厚度為20mm的通孔泡沫鋁的照片；測量表明，該泡沫鋁的孔隙率為90%。實(shí)施例2
采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度為0. 3mm的鋁箔材邊角料進(jìn)行脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣進(jìn)行干燥；將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁箔材剪裁成2. 5mm寬的條帶，在壓力作用下由可活動的兩半內(nèi)圓柱面模具與固定的圓柱體組成的模具系統(tǒng)，其直徑均為I. Omm,圓柱體上設(shè)有能上下移動的與圓柱體貼合的圓管；采用機(jī)械咬合裝置，將兩半圓管的端部留出的0. 8mm寬的鋁帶壓合，使兩半圓管組合成短管，拿掉兩半內(nèi)圓柱面模具，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管；采用加體積分?jǐn)?shù)0. 3%氫氣的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)性氣體，通過加壓裝置將加熱到630°C的鋁短管在30MPa的壓應(yīng)力下保持25min ；測量表明，該泡沫鋁的孔隙率為70%。實(shí)施例3
采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度為I. 5mm的鋁合金帶材邊角料進(jìn)行脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣進(jìn)行干燥；將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁合金帶材剪裁成
4.Omm寬的條帶，在壓力作用下由可活動的兩半內(nèi)圓柱面模具與固定的圓柱體組成的模具系統(tǒng)，其直徑均為5. Omm，圓柱體上設(shè)有能上下移動的與圓柱體貼合的圓管，采用機(jī)械咬合裝置，將兩半圓管的端部留出的I. Omm寬的鋁帶壓合，使兩半圓管組合成短管，拿掉兩半內(nèi)圓柱面模具，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管；采用加體積分?jǐn)?shù)0. 2%氫氣的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)性氣體，通過加壓裝置將加熱到530°C的鋁合金短管在50MPa的壓應(yīng)力下保持20min ;測量表明，該泡沫鋁的孔隙率為50%。實(shí)施例4
采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度為0. Imm的鋁箔材邊角料進(jìn)行脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣進(jìn)行干燥；將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁箔材剪裁成I. 5mm寬的條帶，由可移動的擠壓塊將鋁合金條帶的端部壓緊在可旋轉(zhuǎn)的圓柱體上，圓柱體直徑為I. 5_，通過圓柱體旋轉(zhuǎn)，將的鋁及鋁合金條帶卷制成管狀，然后采用機(jī)械咬合裝置圓管端部約I. Omm寬的鋁帶重合部分壓合，從而形成短管，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管；采用加體積分?jǐn)?shù)0. 3%的氫氣的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)性氣體，通過加壓裝置將加熱到630°C的鋁短管在40MPa的壓應(yīng)力下保持25min ;測量表明，該泡沫鋁的孔隙率為80%?！?shí)施例5
采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度為0. 8mm的鋁帶材邊角料進(jìn)行脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣進(jìn)行干燥；將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁帶材剪裁成3. 5mm寬的條帶，由可移動的擠壓塊將鋁合金條帶的端部壓緊在可旋轉(zhuǎn)的圓柱體上，圓柱體直徑為
3.5_，通過圓柱體旋轉(zhuǎn)，將的鋁及鋁合金條帶卷制成管狀，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管；然后采用機(jī)械咬合裝置圓管端部約0. 7mm寬的鋁帶重合部分壓合，從而形成短管；采用加體積分?jǐn)?shù)0. 5%的氫氣的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)性氣體，通過加壓裝置將加熱到600°C的鋁短管在50MPa的壓應(yīng)力下保持20min ;測量表明，該泡沫鋁的孔隙率為65%。實(shí)施例6
采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度為I. Omm的鋁合金帶材邊角料進(jìn)行脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣進(jìn)行干燥；將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁鋁合金帶材剪裁成3. 5mm寬的條帶，由可移動的擠壓塊將鋁合金條帶的端部壓緊在可旋轉(zhuǎn)的圓柱體上，圓柱體直徑為4. Omm,通過圓柱體旋轉(zhuǎn)，將的鋁及鋁合金條帶卷制成管狀，然后采用機(jī)械咬合裝置圓管端部約I. Omm寬的鋁帶重合部分壓合，從而形成短管；再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管；采用加體積分?jǐn)?shù)0. 3%的氫氣的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)性氣體，通過加壓裝置將加熱到580°C的鋁短管在30MPa的壓應(yīng)力下保持30min ;測量表明，該泡沫鋁的孔隙率為 67%。
權(quán)利要求
1.一種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于將經(jīng)過脫脂和除銹的鋁或鋁合金板箔材邊角料剪裁成條帶，在壓力作用下通過模具把兩片條帶壓成兩半圓管，將兩半圓管從接頭處機(jī)械壓合成短管，或者直接卷制成短管并在接頭處壓合，然后將短管隨機(jī)堆積，在保護(hù)氣氛下通過熱壓成型讓圓管相互連接制作成通孔泡沫鋁。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于所涉及的脫脂和除銹的鋁及鋁合金板箔材邊角料，是指采用清潔劑清洗與表面機(jī)械打磨相結(jié)合的方式對厚度在0. 05^1. 5mm的鋁或鋁合金板箔材邊角料進(jìn)行常規(guī)脫脂和除銹處理，然后通過熱空氣或者氮?dú)膺M(jìn)行干燥獲得的材料。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于所涉及的剪裁成條帶，是指通過機(jī)械剪切將鋁或鋁合金板箔材邊角料剪裁成寬I. 5^4. Omm的條帶。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于所涉及的模具，是指由可活動的兩半內(nèi)圓柱面模具與固定的圓柱體組成的模具，內(nèi)圓柱面與圓柱體的直徑相等，直徑范圍在I. (T5. 0mm，圓柱體上設(shè)有能上下移動的與圓柱體貼合的圓管，用于頂出壓合而成的短管。
5.如權(quán)利要求I所述的ー種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于所涉及的將兩半圓管從接頭處機(jī)械壓合成短管，是指將兩半圓管貼合在圓柱體上，外加兩半內(nèi)圓柱面模具，采用機(jī)械咬合裝置，將兩半圓管的端部留出的0. 5 1. Omm寬的鋁帶壓合，使兩半圓管組合成短管，拿掉兩半內(nèi)圓柱面模具，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管。
6.如權(quán)利要求I所述的ー種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于所涉及的直接卷制成短管并接頭處壓合，是指由可移動的擠壓塊將鋁或鋁合金條帶的端部壓緊在能旋轉(zhuǎn)的圓柱體上，圓柱體直徑為I. (T5. 0mm，通過圓柱體旋轉(zhuǎn)，將鋁及鋁合金條帶卷制成管狀，然后采用機(jī)械咬合裝置圓管端部0. 5^1. Omm寬的鋁帶重合部分壓合，從而形成短管，再用能上下移動的與圓柱體貼合的圓管頂出短管。
7.如權(quán)利要求I所述的ー種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于所涉及的保護(hù)氣氛，是指采用氮?dú)夂蜌錃庑纬傻幕旌媳Ｗo(hù)性氣體，氫氣是氮?dú)? 體積分?jǐn)?shù)的0. 2 0. 5%。
8.如權(quán)利要求I所述的ー種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于所涉及的熱壓成型，是指通過加壓裝置，將加熱到60(T65(TC的鋁短管或者加熱到53(T580°C的鋁合金短管在10 50MPa的壓應(yīng)カ下保持2(T30min。
全文摘要
本發(fā)明提出一種通孔泡沫鋁的連續(xù)生產(chǎn)方法，具體為將鋁及鋁合金板箔材的邊角料剪裁，做成短管，然后將短管隨機(jī)堆積，在保護(hù)氣氛下通過熱壓成型讓短管相互連接，從而制作成通孔泡沫鋁；由于短管本身中空，加上短管與短管之間的孔隙，使最終獲得的泡沫鋁可以獲得較高的孔隙率；同時，短管本身的孔隙與短管之間的孔隙相互連通，有利于獲得通孔泡沫鋁。
文檔編號C22C21/00GK102787251SQ20121026126
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者季鵬飛, 楊濤, 趙玉濤, 陳剛 申請人:江蘇大學(xué)