吹气法制备泡沫铝装置及泡沫铝的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种吹气法制备泡沫铝装置，包括吹气管、吹气头、直流振动电机及限动板，该吹气管包括水平段和与水平段相连的竖直段，该水平段包括进气端，该竖直段包括出气端，该出气端与该吹气头连接，该吹气管为悬臂梁结构，该进气端为该悬臂梁结构的固定端，该出气端为该悬臂梁结构的自由端，该直流振动电机和该限动板固定设置在该吹气管的水平段，并且，该直流振动电机设置在该固定端和该限动板之间，该限动板能够限制该吹气管在竖直方向的运动。本发明专利技术还涉及一种泡沫铝的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泡沫铝的制备装置及泡沫铝的制备方法，尤其涉及一种吹气法制备泡沫铝装置及泡沫铝的制备方法。
技术介绍
泡沫铝具有密度低、高比强度、隔音、吸音、减震、高的能量吸收性能、保温、隔热等综合特性，在铁路客车、军事、建筑、汽车、装饰、航天、航空、船舶等领域都有巨大的市场应用潜力。泡沫铝从气孔结构来看可以分为开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝，其中闭孔泡沫铝的应用更为广泛。闭孔泡沫铝的制备方法主要有熔体吹气法、熔体发泡法、粉末压实熔化发泡法等。当泡沫铝的泡孔尺寸减小后，泡孔会趋向于球形，结构更为均匀；小孔径泡沫铝的液膜面积减小从而使得液膜稳定性增加，泡孔更为稳定，在热加工过程中更易流动和变形，有利于泡沫铝的二次加工；其力学性能也会大幅提升；在成型过程中出现的泡孔坍塌现象也会得到改善，有利于发泡高度的增大，从而能够制备出大块泡沫铝，进一步推动泡沫铝的产业化。因而，小孔径特别是气孔尺寸小于5mm的泡沫铝的制备方法及制备装置是目前吹气法制备泡沫铝发展的一个重要方向。熔体吹气法工艺是通过吹气头将气体(一般为氧化性气体)直接注入含有陶瓷颗粒的液态铝或铝合金中，历经气泡的形成、上浮、堆积和冷凝过程，最终收集成型制备得到泡沫铝的方法。相较于其他制备工艺，吹气法具有成本低、可连续性生产的优点。然而，吹气法制备的泡沫铝存在力学性能不够高、加工方式需拓展等问题，解决方式是制备小孔径的泡沫铝。吹气法制备泡沫铝最初是由加拿大Alcan公司和挪威Hydro公司在20世纪90年代初分别独立提出，都是旋转喷吹法，即通过吹气头的旋转实现气体的分散，后来Alcan又提出了通过吹气头往复运动来分散气泡的方法(美国专利US5334236)。然而，旋转吹气头和传统的往复运动吹气头对于熔体扰动较大，气泡脱离条件差异较大，制备的泡沫铝泡孔均匀度较差。N.Babcsan等人开发了利用超声振动制备吹气法泡沫铝的方法，先利用超声处理在铝熔体中分散超细颗粒，再采用超声振动分散进入熔体中的气体，泡沫铝的孔径可以降到亚毫米范围内，但Babcsan并没有公布相应技术细节，且超声振动法的成本也相对较高。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种吹气法制备泡沫铝装置，能够在成本较低的条件下制备出泡孔尺寸较小，且具有较好均匀度的泡沫铝。一种吹气法制备泡沫铝装置，包括吹气管、吹气头、直流振动电机及限动板，该吹气管包括水平段和与水平段相连的竖直段，该水平段包括进气端，该竖直段包括出气端，该出气端与该吹气头连接，该吹气管为悬臂梁结构，该进气端为该悬臂梁结构的固定端，该出气端为该悬臂梁结构的自由端，该直流振动电机和该限动板固定设置在该吹气管的水平段，并且，该直流振动电机设置在该固定端和该限动板之间，该限动板能够限制该吹气管在竖直方向的运动。一种泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：提供增粘的金属铝或铝合金熔体；以及将吹气头插入该增粘的金属铝或铝合金熔体中，在吹气的同时使该吹气头做水平简谐振动。与现有技术相比较，本专利技术提出的吹气法制备泡沫铝装置及泡沫铝的制备方法利用非常简单的方式使吹气头能够进行高频水平简谐振动，由于利用了吹气管竖直段对于振动的放大作用，实现了一般机械振动难以达到的高频率且高振幅的要求，成功制备出孔径较小的泡沫铝，且直流振动电机的成本相对于超声振动装置非常低廉。附图说明图1是本专利技术实施例的吹气法制备泡沫铝装置的组成示意图。图2是沿图1中B方向的本专利技术实施例的吹气法制备泡沫铝装置的吹气头的振动形式示意图。图3是吹气头在没有施加振动时，采用高速摄像装置获得的水模拟的气泡照片。图4是与图3相同的吹气头在施加振动时，采用高速摄像装置获得的水模拟的气泡情况照片。图5是利用本专利技术实施例的吹气法制备泡沫铝装置对于泡沫铝泡孔尺寸的减小情况。图6是利用本专利技术实施例的吹气法制备泡沫铝装置制备的1mm左右孔径的吹气法泡沫铝光学照片。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术实施例吹气法制备泡沫铝装置及泡沫铝的制备方法。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种吹气法制备泡沫铝装置100，包括吹气管10、吹气头20、直流振动电机30及限动板40。该吹气管10包括水平段14和与水平段相连的竖直段16。该水平段14的一端为进气端12，另一端与竖直段16连接。该竖直段16的一端与水平段14连接，另一端为出气端18。该出气端18与吹气头20连接。该水平段14、竖直段16及吹气头20中形成气体连通，气体从进气端12进入该吹气管10，从水平段14流向竖直段16，并从该出气端18进入该吹气头20，最终从该吹气头20溢出。该水平段14的进气端12为固定端，该竖直段16的出气端18为自由端，使该吹气管10整体形成悬臂梁结构，能够将该直流振动电机30产生的水平方向的振动充分传递到吹气头20。该直流振动电机30和限动板40固定设置在该吹气管10的水平段14，并且，该直流振动电机30设置在该进气端12(即该固定端)和该限动板40之间，该限动板40能够限制该吹气管10在竖直方向的运动。该吹气管10可以为刚性管状结构，该水平段14和竖直段16可以为一体结构。该直流振动电机30包括与吹气管10的水平段14固定连接的壳体、相对于壳体转动的转轴及设置在转轴端部的偏心块，通过转轴及偏心块高速旋转使直流振动电机30受到离心力的作用。由于该直流振动电机30固定设置在吹气管10的水平段14，水平段14也因此受到离心力作用，而发生振动。该直流振动电机30的转轴优选与吹气管10的水平段14的长度方向平行。该直流振动电机30的额定功率优选为20～500W，额定电压优选为3～24V，转速范围优选为1000～9000转/分钟(r/min)。该限动板40为板形结构，固定在该水平段14上。由于该限动板40具有足够的尺寸和重量，且水平设置，从而能够抑制该吹气管10在竖直方向上的振动。该限动板40优选为水平设置在该水平段14上。在其他实施例中，该限动板40可以与水平呈小于90度的角度，但应在水平方向具有足够的投影面积，以抑制吹气管10在竖直方向上的振动。在优选的实施例中，该限动板40为钢板，该钢板在水平方向的投影面积约为(150～300mm)×(80～120mm)，厚度约为2～5mm，质量约为190～1400g。该钢板水平的焊接在该水平段14上，当该直流振动电机30的额定功率为20W，该钢板在水平方向的投影面积约为150mm×80mm，厚度约为2mm，质量约为190g。该直流振动电机30与该限动板40共同配合使该吹气头20水平简谐振动，振幅为0～6mm，振动频率为0～160Hz。由于该直流振动电机30固定设置在该吹气管10的水平段14上，当不设置该限动板40时，由于该水平段14的一端固定，为悬臂梁结构，该直流振动电机30产生的离心力将带动该水平段14的自由端沿圆形轨迹运动。由于该限动板40限制了吹气管10在竖直方向的运动，并且该自由端沿圆形轨迹运动在水平方向的投影为简谐振动形式，因此，当设置该限动板40后，该水平段14的自由端转变为水平简谐振动。请参阅图2，经过吹气管10的竖直段16的放大，在吹气头20处产生具有较大振幅的高频水平简谐振动。该适合发泡的熔体200置于容器210，例如是耐热坩埚中。该吹气头20没入该适合发泡的熔体200中，优选的，该竖直段1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吹气法制备泡沫铝装置，包括吹气管和吹气头，其特征在于，进一步包括直流振动电机及限动板，该吹气管包括水平段和与水平段相连的竖直段，该水平段包括进气端，该竖直段包括出气端，该出气端与该吹气头连接，该吹气管为悬臂梁结构，该进气端为该悬臂梁结构的固定端，该出气端为该悬臂梁结构的自由端，该直流振动电机和该限动板固定设置在该吹气管的水平段，并且，该直流振动电机设置在该固定端和该限动板之间，该限动板能够限制该吹气管在竖直方向的运动。

【技术特征摘要】
1.一种吹气法制备泡沫铝装置，包括吹气管和吹气头，其特征在于，进一步包括直流振动电机及限动板，该吹气管包括水平段和与水平段相连的竖直段，该水平段包括进气端，该竖直段包括出气端，该出气端与该吹气头连接，该吹气管为悬臂梁结构，该进气端为该悬臂梁结构的固定端，该出气端为该悬臂梁结构的自由端，该直流振动电机和该限动板固定设置在该吹气管的水平段，并且，该直流振动电机设置在该固定端和该限动板之间，该限动板能够限制该吹气管在竖直方向的运动。2.如权利要求1所述的吹气法制备泡沫铝装置，其特征在于，该直流振动电机的转速为1000～9000r/min。3.如权利要求1所述的吹气法制备泡沫铝装置，其特征在于，该限动板为板形结构，在该水平段上水平设置。4.如权利要求1所述的吹气法制备泡沫铝装置，其特征在于，该限动板在水平方向的投影面积为(150～300mm)×(80～120mm)，质量为190～1400g。5.如权利要求1所述的吹气法制备泡沫铝装置，其特征在于，该直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祥，王宁珍，李言祥，刘源，张华伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11