熔体发泡制备多孔泡沫钢的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种熔体发泡制备多孔泡沫钢的方法及装置。先将发泡剂平铺于坩埚底部，将不锈钢钢网罩在上面，以防止发泡剂上浮；然后将坩埚放入加热炉内加热至发泡剂开始分解温度以下５０～１００℃，将熔化后的钢水倒入坩埚内，利用保温加热装置将坩埚内钢水温度调节在发泡剂开始分解温度以上２５０～３５０℃范围之内，保温搅拌１～２ｍｉｎ后，取出坩埚空冷至室温，得到多孔泡沫钢材料。本发明专利技术可以增大钢液在发泡剂分解温度区间停留的时间，防止发泡剂上浮，改善制备试样的孔的结构特点和分布特点，工艺简单，容易操作，实为一种理想的多孔泡沫钢的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备多孔泡沫钢的工艺方法，尤其是一种利用熔体发泡法制备多孔 泡沫钢的方法，以及实现该方法的装置，属于多孔材料制备

技术介绍
泡沫金属是20世纪40年代发展起来的一种新型材料，目前对泡沫金属的研究主要 集中在对低熔点金属的研究上，对于高熔点多孔泡沫钢的研究还处于起步阶段。现代工业的发展对材料的结构和性能要求越来越高，对于一些特殊材料不仅要求轻 质，而且对材料的强度要求也很高，如航天航空领域使用的材料等等。相对于目前研究最为广泛的泡沫铝等低熔点泡沫金属来说，泡沫钢具有更突出的优点，比如高硬度、低成本、高熔点及可与钢结构共容等，尤其是泡沫钢的屈服压应力可以达到90MPa以 上，而泡沫铝的屈服压应力仅在30MPa以下，与泡沫铝相比泡沫钢具有明显的高抗压 强度，因此无论是在性能方面还是实际应用方面，泡沫钢远比泡沫铝等低熔点泡沫金属 具有更加广阔的研究和实用前景，泡沫钢的成功制备将对多孔材料的发展起到推动作 用。目前，制备泡沫钢的方法主要是采用粉末冶金烧结法，对于熔体发泡制备多孔泡沫 钢主要存在以下难点(l)钢液温度高，浇铸发泡时冷却速度快，温度在发泡剂发泡温度 区间定留时间短；(2)钢液浇铸时，产生浮力较大，发泡剂与钢液相比密度小，大量发泡 剂上浮到钢液表面，导致发泡效果不好；(3)浇铸时发泡剂与钢液直接接触，发泡剂迅速 升温而达到分解温度时，即迅速分解，导致钢液粘度低，气体大量逸出；(4)产生的气泡 不稳定，由于钢液粘度低，产生的气泡在上升过程中受到的阻力小，导致产品出现大气 泡和气泡分布不均匀现象。由于这些技术难点，熔体发泡法制备多孔泡沫钢的方法还一 直处于起步阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多孔泡沫钢的制备方法，该方法可以延长发泡剂在分解温度区间内的停留时间，以克服发泡剂在浇铸时迅速上浮的现象，改善气泡在产品中的 分布状况，制备出具有一定孔隙率的泡沫钢材料。本专利技术的第二个目的在于提供一种制备多孔泡沫钢的装置。本专利技术的第一个目的通过下列技术方案完成 一种熔体发泡制备多孔泡沫钢的方 法，其特征在于包括下列工艺步骤-A、 将发泡剂按钢水质量的0.1~0.6%的加入量放于加热炉底部，发泡剂用钢网罩固定；B、 将加热炉及其发泡剂以5 l(TC/min的升温速度，升温至发泡剂开始分解的温度 以下50 100。C保温；C、 将熔融且浇注温度为1450 1550。C的钢水，浇铸到加热炉内，以200 800r/min 的转速搅拌钢水，并在发泡剂开始分解温度以上250 35(TC范围之内，保温搅拌1 2min;D、 取出钢水空冷至室温，得多孔泡沫钢材料。 所述A步骤的钢网罩网目数为150 250目。所述A步骤的发泡剂为Cr2N或者Mn4N或者其它，其中，Cr2N的开始分解温度为 1055°C， Mn4N的开始分解温度为1164°C。所述C步骤的钢水种类为普通碳钢或者合金钢。本专利技术的第二个目的通过下列技术方案实现 一种制备多孔泡沫钢的装置，包括由 带盖的炉壳，设于炉壳内的炉衬、炉胆及加热元件构成的加热炉，其特征在于在加热炉 的炉胆底部设有防止发泡剂上浮的钢网罩，炉胆内设有搅拌器，搅拌器穿过炉盖与驱动 电机相连。以便钢水浇入炉胆内时，在搅拌器的搅动作用下，使钢水在发泡剂作用下形 成泡沫钢，同时通过钢网罩有效防止发泡剂上浮，延长发泡剂在分解温度区间的停留时 间。所述钢网罩固定在炉胆底部的发泡剂上方，且钢网罩的网目数设为150 250目， 具体目数的设置以能够阻止发泡剂上浮为宜。所述炉胆为石墨坩埚，或者陶瓷坩埚，或者为其它。 所述炉胆内还设有测温器，并通过导线与温控器电连接，用于控制炉温。 所述搅拌器用普通碳钢制成，并与电机相连，以便在电机带动下转动。 本专利技术具有下列优点和效果可以增大钢液在发泡剂分解温度区间停留的时间，有效防止发泡剂上浮，改善了泡沫钢的孔结构和孔的分布状况，从根本上解决了多孔泡沫 钢在制备时容易因发泡剂上浮迅速、气泡过大等不足而影响泡沫钢的质量问题，保证钢 液的发泡质量，最终提高了泡沫钢的质量，本专利技术提供的装置结构简单，操作方便。 附图说明图l为本专利技术制备多孔泡沫钢的装置结构示意图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的装置做进一步描述。本专利技术提供的制备多孔泡沫钢的装置，其加热炉的炉壳5顶部为炉盖3，炉壳5内 设有炉衬4及炉胆6，加热元件9置于炉衬4、炉底衬10与炉胆6之间，其中在加热炉 的炉胆6底部设有防止发泡剂上浮的不锈钢钢网罩7，钢网罩7的网目数为150目，并 通过水玻璃砂8将钢网罩7固定在炉胆6底部的发泡剂11上方，炉胆6内设有用普通 碳钢制成的搅拌器2，搅拌器2穿过炉盖3与驱动电机1相连，电机1通过导线16与变 频控制器15电连接，用于将电机转速控制在200 800r/min之间，炉胆6采用石墨坩埚， 其内还设有测温器——热电偶13，热电偶13通过导线16与温控器14电连接，用于将 炉温控制在发泡剂开始分解温度以下50 10(TC，防止发泡剂发生分解，如图l。下面通过实施例对本专利技术方法做进一步描述。实施例lA、 将发泡剂Cr2N按钢水质量的0.1%的加入量平铺于加热炉的坩埚底部，用钢网 罩罩在发泡剂上面，用水玻璃砂铺在钢网之上使之硬化，水玻璃砂中水玻璃的质量分数为3%;B、 含有发泡剂的坩埚置于加热炉内，升温至1005。C保温，升温速度控制在5°C/min， 保温待浇注；C、 将熔融且浇注温度为145(TC的45钢水，浇铸到加热炉内的坩埚内，将坩埚内 钢水温度调至1350'C进行保温，以200r/min的转速搅拌钢水，保温搅拌lmin;D、 取出坩埚空冷至室温，得多孔泡沫钢材料。 实施例2A、将发泡剂Mn4N按钢水质量的0.6M的加入量平铺于加热炉的坩埚底部，用钢网 罩罩在发泡剂上面，用水玻璃砂铺在钢网之上使之硬化，水玻璃砂中水玻璃的质量分数为5%;B、 含有发泡剂的坩埚置于加热炉内，升温至1064'C保温，升温速度控制在1(TC/min， 保温待浇注；C、 将熔融且浇注温度为155(TC的40Cr合金钢钢水，浇铸到加热炉内的坩埚内， 将坩埚内钢水温度调至1510。C进行保温，以800r/min的转速搅拌钢水，保温搅拌2min;D、 取出埘埚空冷至室温，得多孔泡沫钢材料。 实施结果两个实施例的试样孔洞分布均匀，大小均在0.2 0.4mm之间，孔隙率可分别达 至lj 21.0%禾口 21.2%。权利要求1、一种熔体发泡制备多孔泡沫钢的方法，其特征在于包括下列工艺步骤A、将发泡剂按钢水质量的0.1～0.6％放于加热炉底部，发泡剂用钢网罩固定；B、将加热炉及其发泡剂以5～10℃/min的升温速度，升温至发泡剂开始分解的温度以下50～100℃保温；C、将熔融且浇注温度为1450～1550℃的钢水，浇铸到加热炉内，以200～800r/min的转速搅拌钢水，并在发泡剂开始分解温度以上250～350℃范围之内，保温搅拌1～2min；D、取出钢水空冷至室温，得多孔泡沫钢材料。2、 根据权利要求1所述的熔体发泡制备多孔泡沫钢的方法，其特征在于所述A步 骤的钢网罩网目数为150 250目。3、 根据权利要求l所述的熔体发泡制备多孔泡沫钢的方法，其特征在于所述A步 骤的发泡剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔体发泡制备多孔泡沫钢的方法，其特征在于包括下列工艺步骤：　Ａ、将发泡剂按钢水质量的０．１～０．６％放于加热炉底部，发泡剂用钢网罩固定；　Ｂ、将加热炉及其发泡剂以５～１０℃／ｍｉｎ的升温速度，升温至发泡剂开始分解的温度以下５０～１００℃保温；　Ｃ、将熔融且浇注温度为１４５０～１５５０℃的钢水，浇铸到加热炉内，以２００～８００ｒ／ｍｉｎ的转速搅拌钢水，并在发泡剂开始分解温度以上２５０～３５０℃范围之内，保温搅拌１～２ｍｉｎ；　Ｄ、取出钢水空冷至室温，得多孔泡沫钢材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋业华，李祖来，黎振华，周荣，张冬平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]