本发明专利技术涉及一种采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，按照质量百分比计算，所述稀土高强度泡沫铝由85‑99.3％的铝粉或铝锭、0.1‑2％的稀土添加剂、0.3‑5％的增粘剂和0.5‑6％的发泡剂制成，所述增粘剂选自颗粒状的金属钙、碳化硅、氧化铝或陶瓷颗粒中的一种或几种，所述发泡剂选自氢化钛粉、氢化镧粉或氢化锆粉中的一种或几种。该稀土高强度泡沫铝，通孔和闭孔同时存在，且孔隙大小、密度分布均匀；其工艺制法具有生产成本较低，易于规模化生产的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于泡沫铝材料领域，具体的说是采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝及其制备工艺。
技术介绍
泡沫铝合金材料是将氧化的铝合金粉末与在加热气化过程中分离一种物质相混合而获得的。由于铝所含的合金成分不同、加热的程序不同以及在合成新材料时得到的气化粉末不同，最后得到的泡沫铝合金具有不同的密度，泡沫的孔隙也有大有小。泡沫铝合金材料具有一定的隔音性和绝热性，无毒而且不会燃烧。该材料可锯可铣，并可向上面打螺钉，这种质轻、坚固又不怕火烧的新材料可用于电梯门的镶面、火车和地铁车厢地面的铺设。稀土被认为是新能源、新材料的宝库，是改造传统产业、提升传统产品的“维生素”。在冶金工业中，稀土是铝、镁、锌、铜等有色金属良好的净化剂和变质剂，用作铝合金的添加剂，可改变铝合金的物理性质，增加其耐磨性、耐高温强度及抗蠕变强度，稀土铝合金的研制不仅可提高合金的强度，还能降低合金的熔化温度，有利于制备强度大的稀土泡沫铝合金。目前最具商业价值的泡沫铝制备工艺是熔体发泡法，可以生产大尺寸且具有规则孔洞结构的闭孔泡沫铝。此工艺的特点在铝液中直接产生气泡可得到泡沫铝。通常，气泡由于浮力而快速上升到铝液表面，但可以加入、一些细小的陶瓷颗粒增加铝液粘度阻止气泡的上升。当前，熔体发泡主要有两种方法，直接从外部向铝液中注入气体和铝液中加入发泡剂。各种泡沫铝合金都可用直接注气法生产，包括铸造铝合金A359.锻造合金1061、3003、6061等。这种工艺控制困难，获得的泡沫金属具有不均匀的多孔组织——大气泡集中在中心，越靠近激冷表面，密度也越大。此外，现有的制备泡沫铝的方法大多成本较高；因此，如何降低制备泡沫铝的成本成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝及其制备工艺，克服了现有技术中的不足。采用熔体发泡法制备稀土泡沫铝合金，用铝合金作为基体金属，在熔融状态下与申请人自行配制的稀土添加剂熔炼，得到稀土铝合金熔体后，加入金属增粘剂和发泡剂，在稀土铝合金发泡池中进行发泡反应，成型后便得到稀土高强度泡沫铝。该稀土高强度泡沫铝，通孔和闭孔同时存在，且孔隙大小、密度分布均匀；其工艺制法具有生产成本较低，易于规模化生产的优点。本专利技术的一种采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，按照质量百分比计算，所述稀土高强度泡沫铝由85-99.3％的铝粉或铝锭(其中铝粉或铝锭的铝含量为99.05％以上)、0.1-2％的稀土添加剂、0.3-5％的增粘剂和0.5-6％的发泡剂制成，所述增粘剂选自颗粒状的金属钙、碳化硅、氧化铝或陶瓷颗粒中的一种或几种，所述发泡剂选自氢化钛粉、氢化镧粉或氢化锆粉中的一种或几种。本专利技术中的发泡剂加入到铝液中，发泡剂受热分解而放出气体在铝液中产生气孔，冷却后就可以获得泡沫铝。由于发泡剂密度一般比铝高，在铝熔体中有下沉倾向，而且分解产生的气泡则会产生上浮运动并在上浮过程中合并长大。同时，适当增加铝熔体的粘度以阻缓上述运动和倾向，进而提高发泡剂在熔体中分布的均匀性。本专利技术的一个优化方案中，所述发泡剂包括质量百分比为2-2.5％的氢化钛粉。又一个优化方案中，所述发泡剂的质量百分比为1-2％，当发泡剂的质量百分比为1.5％时，制备出的泡沫铝具有超高平均孔隙率；所述发泡剂还包括氢化镧粉和氢化锆粉，所述氢化钛粉、氢化镧粉和氢化锆粉的添加量按照质量分数比为1:0.8-0.9:0.5-0.6。通过这三种发泡剂的配合使用，进一步增强了泡沫铝的强度和细化泡沫铝合金晶粒。本专利技术的增粘剂为更好的在熔体中分散作用，提高增粘效果，所述增粘剂的颗粒体积分数为10-20，粒径大小为5-20fm。在另一个优选方案中，所述增粘剂为质量百分比为1.5-3％的金属钙。金属钙或类似物质作为铝熔体的增粘剂，它们通过破坏铝熔体表面氧化膜的致密性，使铝熔体中生成大量细微的氧化物固相质点，从而增加熔体的粘度。所述稀土添加剂的质量百分比为0.1-0.7％，所述稀土添加剂由铈、镧和钪组成，所述铈、镧和钪之间的重量比值为2-2.5:2-2.5:0-0.15。本专利技术另一方面还提供了上述稀土高强度泡沫铝的制备工艺，包括如下步骤：(1)把熔铝炉加热到300℃温度后，将铝锭或铝粉加入炉内；(2)在450-550℃温度下，加入稀土添加剂熔炼，稀土添加剂加入量以重量百分比计控制在0.1％-0.5％之间，然后把熔炼炉温度加热到750℃左右得到稀土铝合金熔体；(3)向稀土铝合金熔体中加入增粘剂(增粘剂为自制)，以转速为500-1000r/m充分搅拌，制得稀土铝合金粘液；(4)向步骤(3)制得的粘液中加入上述发泡剂，继续充分搅拌进行发泡，发泡温度为660-750℃，发泡时搅拌时间为1-5min，保温时间为10min得到稀土铝合金泡沫体(其孔隙率为60-95％)；(5)采用空气冷却和水冷(一直到常温为止)，切割，制得稀土高强度泡沫铝。其中一种优选的方案是，所述步骤(1)中的熔融铝的温度为680-750℃。又一种优选的方案是，所述步骤(4)中的发泡温度为680℃；发泡时间为3min。再一种优选的方案是，所述步骤(4)中的搅拌转速为1000-1200r/m；所述步骤(5)中切割的废料可回到步骤(1)中加热熔化进行再造。本专利技术具有以下有益效果：1.加工过程中有更低的合金化温度，相对于传统的七八百度的熔融温度，本专利技术的制备方法更为节能，其中发泡温度与平均孔隙率的关系如图1所示，当温度在660-750℃时，产品的平均孔隙率较高，发泡温度为680℃时最高，且随着温度的升高而下降2.本专利技术的泡沫铝产品无论是孔隙率，抗压抗拉强度以及隔音隔热等性能指标上有很大的提升。尤其是抗压抗拉强度，国内一般在2MPa以下，我们的已经大于4.2MPa。3.本专利技术的熔体发泡法制备的泡沫铝，通孔和闭孔同时存在；且孔隙大小、密度分布均匀。4.本专利技术的熔体发泡法，操作简便，生产成本低，易于规模化生产。5.本专利技术工艺步骤的设置使得增粘剂和发泡剂可调控添删，进一步调节铝液粘度，由于气孔平均尺寸和铝液粘度以及泡沫铝密度和粘度之间存在对应关系，使孔径可控。而在本专利技术选用的增粘剂和发泡剂及其用量，使得气孔尺寸大小适中，泡沫铝密度分布均匀；制备工艺过程中添加的发泡剂的质量百分比为1-2％时，制备的泡沫铝具有较高的平均孔隙率，其中质量百分比为1.5％时，具有最高的平均孔隙率，如图2所示。6.采用自制的稀土添加剂，稀土添加剂中间料的稀土成分为混合铝-铈-镧三元合金；三者协同，降低铝合金中杂质元素的量，有助于偏析现象的减少，合金化更均匀。由于稀土成分有很强的化学活性，因而能够与铝合金中的H2、Fe、S、Si等杂质元素有很强的亲和力，与它们就会形成很多种化合物；进而消除H2、Fe、S和游离态Si等杂质元素的影响。此外，能和铝合金元素发生微合金化作用，增强铝合金的耐磨、抗蚀、机械强度和伸长率。通过低成本的稀土元素代替昂贵的稀土钪元素，降低了生产成本，同时达到较好的强硬度和伸长率等物理性能。附图说明图1为本专利技术稀土高强度泡沫铝的制备工艺中发泡温度与平均空隙率的关系示意图；图2为本专利技术稀土高强度泡沫铝的制备工艺中发泡剂含量与平均空隙率的关系示意图。具体实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，其特征在于，按照质量百分比计算，所述稀土高强度泡沫铝主要由85‑99.3％的铝粉或铝锭、0.1‑2％的稀土添加剂、0.3‑5％的增粘剂和0.5‑6％的发泡剂制成；所述增粘剂选自颗粒状的金属钙、碳化硅、氧化铝或者陶瓷颗粒中的一种或几种，所述发泡剂选自氢化钛粉、氢化镧粉或氢化锆粉中的一种或几种。
【技术特征摘要】
1.一种采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，其特征在于，按照质量百分比计算，所述稀土高强度泡沫铝主要由85-99.3％的铝粉或铝锭、0.1-2％的稀土添加剂、0.3-5％的增粘剂和0.5-6％的发泡剂制成；所述增粘剂选自颗粒状的金属钙、碳化硅、氧化铝或者陶瓷颗粒中的一种或几种，所述发泡剂选自氢化钛粉、氢化镧粉或氢化锆粉中的一种或几种。2.如权利要求1所述的采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，其特征在于，所述发泡剂是质量百分比为2-2.5％的氢化钛粉。3.如权利要求1所述的采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，其特征在于，所述发泡剂的质量百分比为1-2％，所述发泡剂为氢化钛粉、氢化镧粉和氢化锆粉，所述氢化钛粉、氢化镧粉和氢化锆粉的质量分数比为1:0.8-0.9:0.5-0.6。4.如权利要求1所述的采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，其特征在于，所述增粘剂的颗粒体积分数为10-20％，粒径大小为5-20fm。5.如权利要求1所述的采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，其特征在于，所述增粘剂为质量百分比为1.5-3％的金属钙。6.如权利要求1所述的采用熔体发泡法制造的稀土高强度泡沫铝，其特征在于，所述稀土添加剂的质量百分比为0.1-0.7％，所述稀土添加剂由铈、镧和钪组成，所述铈、镧和...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘甲祥，徐友志，贺浩，
申请(专利权)人：中安顺兴北京安全技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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