本發(fā)明屬于多孔金屬材料領(lǐng)域，特別是泡沫鋁/鋁合金的熔體發(fā)泡制備工藝方法。

技術(shù)背景

泡沫鋁/鋁合金具有輕質(zhì)、高比強度、高比剛度、能量吸收、吸音減噪、阻尼減振等特性，在航天航空、艦艇、汽車、高層建筑、噪音控制等高技術(shù)及民用領(lǐng)域有巨大的市場潛力。

目前，公知的熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁/鋁合金，采用的是TiH2作為發(fā)泡劑，通過TiH2的分解產(chǎn)生氣體使鋁熔體發(fā)泡而獲得。該方法存在：(1)由于TiH2的開始分解溫度(450℃)低于鋁/鋁合金的熔點，因而使TiH2在攪拌分散時過早過快分解而使其分散困難，通常TiH2的攪拌分散時間不能超過100s，是泡沫鋁/鋁合金結(jié)構(gòu)均勻性控制困難的原因所在；(2)另外，TiH2的價格較貴，是導致泡沫鋁/鋁合金生產(chǎn)成本高的原因之一。因而，提高泡沫鋁/鋁合金的結(jié)構(gòu)均勻性及孔結(jié)構(gòu)的可控性、采用非TiH2發(fā)泡劑發(fā)泡，是改善泡沫鋁/鋁合金制備工藝、促進泡沫鋁/鋁合金的工業(yè)應(yīng)用的重要途徑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鎂蒸發(fā)發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金的方法，它所制備的泡沫鋁/鋁合金具有孔結(jié)構(gòu)均勻、低成本、可實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的特點。

實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案如下：

(1)含鋅的鋁/鋁合金熔體制備：在鋁或鋁合金原料中加入其重量0.5～3％的鋅，再加熱到鋁或鋁合金熔點以上20～100℃熔化，保溫，得到含鋅的鋁/鋁合金熔體；

(2)含鋅的鋁/鋁合金熔體增粘：在含鋅的鋁/鋁合金熔體中添加其重量2～3％的鈣，攪拌，使含鋅的鋁/鋁合金熔體的粘度提高到1.8～2.5mPas；

(3)鋅蒸發(fā)發(fā)泡：對增粘后的含鋅鋁/鋁合金熔體減壓，使氣壓減小到低于鋅蒸汽壓500～1000Pa，將熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使鋁/鋁合金熔體發(fā)泡，鋁/鋁合金熔體泡沫冷卻凝固后，得到孔隙率60～90％，平均孔徑1～4mm泡沫鋁/鋁合金。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案還包括：在制備含鋅的鋁/鋁合金熔體步驟中，熔化后應(yīng)保溫30min；在含鋅的鋁/鋁合金熔體增粘步驟中，攪拌增粘時間為8～20分鐘；在鋅蒸發(fā)發(fā)泡步驟中，蒸發(fā)發(fā)泡時間為5～20min。

鋁或鋁合金原料采用工業(yè)純鋁或鋁合金，鋅蒸發(fā)發(fā)泡是在減壓倉中進行。

發(fā)明原理：

(1)鋅蒸發(fā)發(fā)泡原理

常壓下，鋅熔點為419.6℃，其沸點低(911℃)、蒸發(fā)熱低(-27.62kcal/mol)，是一種易蒸發(fā)的金屬。

鋅的蒸汽壓p(Pa)與溫度T(K)的相互關(guān)系為：

lgp=-6020.4919T+10.0906]]>

當溫度為600℃時，鋅的蒸汽壓為1564Pa(0.01564atm)；當溫度為800℃時，鋅的蒸汽壓為30178Pa(0.3018atm)。

在含鋅鋁/鋁合金熔體的溫度范圍(600～800℃)內(nèi)，將氣壓降低到鋅的蒸汽壓以下500～1000Pa，可使鋅從含鋅鋁/鋁合金熔體中蒸發(fā)產(chǎn)生鋅蒸氣，從而提供鋁/鋁合金熔體發(fā)泡的氣源。

(2)泡沫鋁/鋁合金孔結(jié)構(gòu)均勻性控制原理：

含鋅的鋁/鋁合金熔體中添加鈣并攪拌，通過鈣的氧化在熔體中生成CaO、CaAl2O4等氧化物而使鋁/鋁合金熔體粘度提高，鋅蒸發(fā)產(chǎn)生的鋅蒸氣才能在鋁/鋁合金熔體中存留，形成穩(wěn)定的熔體泡沫，并通過凝固使熔體泡沫結(jié)構(gòu)保留下來形成泡沫鋁/鋁合金。

另外，鋁-鋅是液態(tài)互溶體系，液態(tài)鋅和液態(tài)鋁可在原子水平上形成均一液相，因此鋅氣源的分布是均勻的，為均勻泡沫結(jié)構(gòu)的獲得提供了保證。

本發(fā)明的有益效果是：利用鋅易蒸發(fā)、鋁-鋅熔體中鋅均勻分布的特性，用鋅蒸氣為發(fā)泡氣源使鋁/鋁合金熔體發(fā)泡制備泡沫鋁/鋁合金，解決公知熔體發(fā)泡技術(shù)中TiH2發(fā)泡劑高成本、TiH2發(fā)泡劑分散困難以及泡沫鋁/鋁合金結(jié)構(gòu)均勻性控制問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工藝流程圖。

具體實施方式

實施例一：

采用工業(yè)純鋁及鋅為原料，其中工業(yè)純鋁的含量為99.5％，鋅的含量為0.5％；配料后的工業(yè)純鋁及鋅加熱到700℃熔化、保溫30min.得到含鋅的鋁熔體；在含鋅的鋁熔體中添加2％的鈣，攪拌10分鐘，使含鋅的鋁熔體粘度提高到1.9mPas；將增粘后的熔體置入減壓倉中，抽氣使減壓倉內(nèi)的氣壓減小到0.07499atm(0.07999atm～0.005atm)，含鋅鋁熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使鋁熔體發(fā)泡，鋅蒸發(fā)發(fā)泡時間7min.，鋁熔體泡沫冷卻凝固后得到孔隙率70％，平均孔徑1.8mm的泡沫鋁。

實施例二：

采用Al-Si12合金及鋅為原料，其中Al-Si12合金的含量為99％，鋅的含量為1％；配料后的Al-Si12合金及鋅加熱到650℃熔化、保溫30min.得到含鋅的Al-Si12合金熔體；在含鋅的Al-Si12合金熔體中添加2.5％的鈣，攪拌12分鐘，使含鋅的Al-Si12合金熔體粘度提高到2.1mPas；將增粘后含鋅的Al-Si12合金熔體置入減壓倉中，抽氣使減壓倉內(nèi)的氣壓減小到0.02997atm(0.03697atm-0.007atm)，含鋅的Al-Si12合金熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使Al-Si12熔體發(fā)泡，鋅蒸發(fā)發(fā)泡時間9min.，鋁熔體泡沫冷卻凝固后得到孔隙率78％，平均孔徑2.5mm的泡沫鋁。

實施例三：

采用2024鋁合金及鋅為原料，其中2024鋁合金的含量97％，鋅的含量為3％；配料后的2024鋁合金及鋅加熱到680℃熔化、保溫30min.得到含鋅的2024鋁合金熔體；在含鋅的2024鋁合金熔體中添加3％的鈣，攪拌15分鐘，使含鋅的2024鋁合金熔體粘度提高到2.4mPas；將增粘后含鋅的2024鋁合金熔體置入減壓倉中，抽氣使減壓倉內(nèi)的氣壓減小到0.04931atm(0.05931atm-0.01atm)，含鋅的2024鋁合金熔體中的鋅蒸發(fā)成氣體使2024鋁合金熔體發(fā)泡，鋅蒸發(fā)發(fā)泡時間15min.，鋁熔體泡沫冷卻凝固后得到孔隙率88％，平均孔徑3.2mm的泡沫鋁。