通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法技术

本发明专利技术一种通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法，该方法的步骤为：先将沫铝及铝合金加热至熔化,并在670～720℃保温30min,加入占金属溶液质量分数0.5～3.0%的碳酸钙,以600～1500 rpm转速搅拌6～15min后停止，将仍在持续发泡的熔体倒入压铸机的压射料桶，再将压射料桶内的金属熔体在670～710℃保温10～30min，通过压铸机压头以10～90mmps压入预先设计的型腔模具中，通过空冷或者水冷以5～20℃/s的冷却至室温，获得异型件制品，本发明专利技术的有益效果是：采用本发明专利技术的方法得到的异型件具有光洁致密实体表层，其厚度为1～4mm；内部孔隙率为35～86%。

Method for preparing aluminum foam and aluminum alloy special-shaped parts by die casting process

A method for preparing aluminum foam and aluminum alloy special-shaped parts by die casting process is described in this paper. The steps of the method are as follows: firstly, the aluminum foam and aluminum alloy are heated to melt, then kept at 670-720 C for 30 minutes, adding calcium carbonate which accounts for 0.5-3.0% of the mass fraction of the metal solution, stirring at 600-1500 RPM rotational speed for 6-15 minutes and then stopping, and will continue. The foamed melt is poured into the die-casting barrel of the die-casting machine, and then the metal melt in the die-casting barrel is kept for 10-30 minutes at 670-710 C. The die-casting machine head is pressed into the pre-designed cavity mold with 10-90 mmps, and the profiled parts are obtained by cooling the foamed melt to room temperature at 5-20 C/s by air cooling or water cooling. The special-shaped part obtained by the method of the invention has a smooth and dense solid surface layer with a thickness of 1-4 mm and an internal porosity of 35-86%.

【技术实现步骤摘要】
通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法
本专利技术涉及一种闭孔泡沫铝及泡沫铝合金异型件的制备方法，尤其一种采用压铸机制备大尺寸、复杂结构的泡沫铝及泡沫铝合金异型件的方法。
技术介绍
泡沫铝及铝合金是一种含有大量均匀闭合孔隙的新型铝基金属材料，由于其独特的物理结构,具有轻质（ρ＜1），高比强度和比刚度，同时又具备隔声、隔热、阻燃、阻尼、冲击能量吸收和电磁屏蔽等多种特性，实现了结构材料的轻质多功能化，因而具有广泛的应用前景。由于在航天航空等高
，泡沫铝及合金异型件作为超轻材料已成为国际材料研究的前沿热点，熔体发泡方法无法直接制备异型件；粉末冶金制备泡沫铝异型件则存在成本高、尺寸受限，工艺不稳定的缺点；二次泡沫化方法通过发泡剂作为驱动力制备异型件，充型能力极为有限，难于制备大尺寸异型件。采用碳酸钙作为增黏剂和发泡剂来制备泡沫铝及铝合金异型件具有明显优势。一是碳酸钙分解速度缓慢，在铝熔体（660℃）中持续释放气体，符合通过压铸机完成充型过程；二是通过碳酸钙进行增黏和发泡，简化生产流程，原材料价格低廉，可显著降低生产成本。采用压铸机可生产壳体产品如发动机壳体，手机壳体以及一些其他较为复杂的产品，产品材质一般是合金类：铝、镁、锌、铜合金等实体材料。以上实体材料强度较好但质量较重，应用多有受限。采用泡沫金属材料进行压铸，可实现质量更轻，比强度更高的异型件产品，满足更广泛领域的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种生产流程简单，原材料价格低廉，可显著降低生产成本可实现质量更轻，比强度更高的通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法。本专利技术的技术方案是：通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法，该方法具体包括以下步骤：步骤1：将铝或者铝合金加热至熔化,并在670～720℃保温30min,加入占金属溶液质量分数0.5～3.0%的碳酸钙粉末,以600～1500rpm转速搅拌6～15min后停止，将仍在持续发泡的泡沫铝或铝合金熔体倒入压铸机的压射料桶；步骤2：将经步骤1压射料桶内的泡沫铝或者铝合金熔体在670～710℃保温10～30min，通过压铸机压头以一定的移动速度将其压入预先设计的型腔模具中；步骤3：通过一定的的冷却速度将模具中的泡沫铝或者铝合金冷却至室温，清理溢流槽和排气槽形成的渣包，获得泡沫铝及铝合金异型件制品。进一步，所述泡沫铝及铝合金异型件制品具有光洁致密实体表层，实体表层的厚度为1～4mm；内部孔隙率为35～86%。进一步，所述步骤1中的铝或铝合金包括纯铝,铝铜合金、铝硅合金、铝镁合金、铝锌合金、铝钪合金中的一种。进一步，所述步骤2中压铸时压铸机压头的移动速度为10～90mmps。进一步，所述步骤2中型腔模具的结构为：所述型腔模具上设有用以排出泡沫金属中气泡破裂析出的气体的排气槽和排出溢流熔体的溢流槽，所述排气槽的直径2～5mm，数量为多个。进一步，所述排气槽的数量为5-25个。进一步，所述步骤3中的冷却速率为5～20℃/s，冷却方式为空冷或水冷。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术采用压铸机进行充型。通过外力在高压下将泡沫铝或铝合金熔体挤入模具，同时在泡沫铝熔体中碳酸钙分解产生的气体驱动力的共同作用下充型效果达到最优化，可制备结构复杂、尺寸较大的泡沫铝异型件。2．本专利技术采用碳酸钙作为发泡剂的方法制备泡沫铝及铝合金异型件，碳酸钙热稳定性好，反应分解温区较高，830～1000℃以上才可能完全分解。在泡沫铝增黏发泡过程中只会分解极少一部分，压射料桶内的铝熔体在670～710℃保温过程中持续释放气体，形成具有较高孔隙的泡沫熔体。3．本专利技术通过压铸机完成充型过程时，压铸机压头根据模具复杂形状程度、压射料桶内铝熔体不同质量等因素以10～90mmps(毫米/秒)不同速度移动充型，确保泡沫铝熔体充分发泡的同时，防止速度过快导致泡沫集中破裂、气体大量从溢流槽和排气槽逃逸而导致成型的异型件孔隙率低于预期设计。4.本专利技术采用泡沫铝或者铝合金熔体作为充型材料，不同于常规的实体材料，熔体中存在大量气泡且不断产生新的气泡。为了制备具有较高孔隙的异型件且达到完美充型效果，模具除溢流槽外需要专门设计铝或者铝合金熔体中气泡破裂后供气体逃逸的排气槽，如附图1所示。5.本专利技术根据制备异型件的不同质量、基体材料及复杂程度可通过空冷或者水冷以5～20℃/s（度/秒）的冷却速度将模具中的泡沫铝或者铝合金冷却至室温。不同冷却速度可控制泡沫铝或者铝合金中的气泡均匀分散在异型件内部，避免局部大孔洞或者气泡集体漂移在局部形成实体材料。6.本专利技术采用碳酸钙作为发泡剂的方法制备泡沫铝及铝合金异型件碳酸钙发泡剂价格更为低廉，制备、存储方便有利于工业化生产。附图说明图1为本专利技术通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法的结构示意图。图2为采用本专利技术的方法成型后异型件的内部结构示意图。图中：1．型腔模具，2.排气槽,3.溢流槽。具体实施方式下面结合具体实施对本专利技术的技术方案做进一步说明。如图1-图2所示，本专利技术通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法，该方法具体包括以下步骤：步骤1：将铝或者铝合金加热至熔化,并在670～720℃保温30min,加入占金属溶液质量分数0.5～3.0%的碳酸钙粉末,以600～1500rpm转速搅拌6～15min后停止，将仍在持续发泡的泡沫铝或铝合金熔体倒入压铸机的压射料桶；步骤2：将经步骤1压射料桶内的泡沫铝或者铝合金熔体在670～710℃保温10～30min，通过压铸机压头以一定的移动速度将其压入预先设计的型腔模具中；步骤3：通过一定的的冷却速度将模具中的泡沫铝或者铝合金冷却至室温，清理溢流槽和排气槽形成的渣包，获得泡沫铝及铝合金异型件制品。进一步，所述泡沫铝及铝合金异型件制品具有光洁致密实体表层，实体表层的厚度为1～4mm；内部孔隙率为35～86%。进一步，所述步骤1中的铝或铝合金包括纯铝,铝铜合金、铝硅合金、铝镁合金、铝锌合金、铝钪合金中的一种。进一步，所述步骤2中压铸时压铸机压头的移动速度为10～90mmps。进一步，所述步骤2中型腔模具的结构为：所述型腔模具上设有用以排出泡沫金属中气泡破裂析出的气体的排气槽和排出溢流熔体的溢流槽，所述排气槽的直径2～5mm，数量为多个。进一步，所述排气槽的数量为5-25个。进一步，所述步骤3中的冷却速率为5～20℃/s，冷却方式为空冷或水冷。第一步：将3kg纯铝加热至熔化,并在680℃保温30min（分钟）,加入占铝熔液质量分数2.5%的碳酸钙粉末,通过900rpm（转/分钟）转速搅拌8min（分钟）后停止，将仍在持续发泡的泡沫铝或铝合金熔体倒入压铸机的压射料桶；第二步：将上述压射料桶内的泡沫铝熔体在670℃保温10min，通过压铸机压头以40mmps(毫米/秒)将其压入预先设计的型腔模具（模具设计直径为3mm，12个排气槽）中；第三步：通过专用水冷设备将模具中的泡沫铝以15℃/s的速度冷却至室温，清理溢流槽和排气槽形成的渣包，获得表皮厚度为1mm，孔隙率为65%的泡沫铝异型件制品。实施例2：第一步：将4kg铝钪合金加热至熔化,并在670℃保温30min（分钟）,加入占铝钪合金液质量分数2.2%的碳酸钙粉末,以800rpm（转/分钟）转速搅拌9min（分钟）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤1：将铝或者铝合金加热至熔化,并在670～720℃保温30min, 加入占金属溶液质量分数0.5～3.0%的碳酸钙粉末,以600～1500 rpm转速搅拌6～15min后停止，将仍在持续发泡的泡沫铝或铝合金熔体倒入压铸机的压射料桶；步骤2：将经步骤1压射料桶内的泡沫铝或者铝合金熔体在670～710℃保温10～30min，通过压铸机压头以一定的移动速度将其压入预先设计的型腔模具中；步骤3：通过一定的的冷却速度将模具中的泡沫铝或者铝合金冷却至室温，清理溢流槽和排气槽形成的渣包，获得泡沫铝及铝合金异型件制品。

【技术特征摘要】
1.一种通过压铸过程制备泡沫铝及铝合金异型件的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤1：将铝或者铝合金加热至熔化,并在670～720℃保温30min,加入占金属溶液质量分数0.5～3.0%的碳酸钙粉末,以600～1500rpm转速搅拌6～15min后停止，将仍在持续发泡的泡沫铝或铝合金熔体倒入压铸机的压射料桶；步骤2：将经步骤1压射料桶内的泡沫铝或者铝合金熔体在670～710℃保温10～30min，通过压铸机压头以一定的移动速度将其压入预先设计的型腔模具中；步骤3：通过一定的的冷却速度将模具中的泡沫铝或者铝合金冷却至室温，清理溢流槽和排气槽形成的渣包，获得泡沫铝及铝合金异型件制品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫铝及铝合金异型件制品具有光洁致...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，朱东帆，吴渊，刘雄军，吕昭平，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11