一种高强度泡沫铝的熔炼方法技术

本发明专利技术属于泡沫铝生产技术领域，具体涉及一种高强度泡沫铝的熔炼方法，包括在铝液熔炼过程中加入稀土元素混合物的步骤；所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆5～30份、镱2～20份、镝3～25份、钕5～20份、钐2～10份、铒0.5～5份、钇0.1～3份、钪2～11份、铥5～15份；本发明专利技术中，通过在铝熔炼的过程中加入稀土元素混合物，明显的降低了铝合金中杂质的含量，加强了合金化的程度，泡沫铝材料中的胞壁组织更为致密；同时，利用稀土元素混合物对于铸态组织具有的变质作用，有效的控制了过剩元素的固溶度；通过稀土元素的增强效应，提高铝液发泡后形成的胞孔孔壁的强度，从而制备得到高强度的泡沫铝材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度泡沫铝的熔炼方法
本专利技术属于泡沫铝生产
，具体涉及一种高强度泡沫铝的熔炼方法。
技术介绍
泡沫铝是一类内部存在有大量气泡、且气泡分布在连续金属相中形成孔隙结构的复合材料。它将连续相铝的金属特点和分散相气孔的孔隙特性有机地结合在一体，使得其具有了密度轻、能量吸收性能良好、独特的声学与热学性能以及优异电磁屏蔽等特点，也使得其在建筑、轨道交通、机械制造与航空航天等领域有着巨大的应用潜力。目前大规模工业化生产制备闭孔泡沫铝的方法是熔体发泡法。熔体发泡法具有工艺简单等优点，其制备闭孔泡沫铝工艺的大致流程为：将铝锭熔化后将铝熔体倾倒到一个增粘坩埚，在搅拌的情况下往铝熔体中加入金属钙类增粘剂，当熔体降温到合适粘度后，边搅拌边加入发泡剂，随即将含发泡剂熔体倒入发泡模具、并将发泡模具推入发泡炉，发泡完成后冷却即得到泡沫铝。泡沫铝材料的力学性能取决于其孔隙率、孔径、孔结构形状，即取决于能承受外力的有效截面积及孔隙周围产生的应力集中效应，而且与基体金属密切相关；泡沫铝材料的弹性模量、剪切模量、弹性极限等均随其孔隙率的增大而呈指数函数下降，一般情况下，泡沫铝的强度大约为致密铝的1％左右，这使得泡沫铝在需要提供强度性能的应用领域受到了限制，在许多应用过程中，泡沫铝所吸收的能量迅速的转化为泡孔变形，坍塌、破裂，胞壁摩擦等形式做功，导致泡沫铝材料的可靠性降低。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种高强度泡沫铝的熔炼方法，使得制备得到的泡沫铝的抗拉强度显著的提高。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术提供了一种高强度泡沫铝的熔炼方法，包括在铝液熔炼过程中加入稀土元素混合物的步骤；所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆5～30份、镱2～20份、镝3～25份、钕5～20份、钐2～10份、铒0.5～5份、钇0.1～3份、钪2～11份、铥5～15份。优选的，所述稀土元素混合物占铝液重量的0.2～0.8％。优选的，所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆8～25份、镱5～15份、镝7～20份、钕8～15份、钐5～8份、铒1～3份、钇0.8～2.3份、钪4～9份、铥7～11份。优选的，所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆12～20份、镱8～12份、镝10～15份、钕10～12份、钐6～8份、铒1.5～2.3份、钇1.2～2.0份、钪5.5～8份、铥9～10.5份。优选的，所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆15份、镱10份、镝13份、钕11份、钐7份、铒1.9份、钇1.7份、钪6.8份、铥9.6份。优选的，所述的熔炼方法包括以下步骤：(1)原料准备：铝：选择纯度大于等于99.9％的铝锭；合金中间体：铁、硅、锰、镁、镓和锡分别选择铝铁中间合金，铝硅中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，金属镓和铝锡中间合金的形式；稀土元素混合物：钆、镱、镝、钕、钐、铒、钇、钪和铥组成的稀土元素混合物与纯铝锭在坩埚内冶炼成稀土铝锭混合中间体；(2)铝锭熔炼：将铝锭放入已加热至750～800℃的熔炼炉中，在惰性气体氛围中完全熔化，得到铝液；(3)合金化处理：向铝液中加入合金中间体，搅拌使其充分溶解；(4)变质增强处理：继续向铝液中加入稀土元素混合物，搅拌混合；(5)合金成分分析、调整：用直读快速光谱分析仪对主要元素进行炉前检测，分析、调整，控制元素含量；(6)利用负压吸入发泡剂，搅拌混合得到铝液混合物；(7)将铝液混合物倾倒进入到模具中，推入到发泡炉中，在1T静磁场，680～700℃下保温1～2h；(8)模具冷却，进入冷却系统中冷却得到所述的泡沫铝。优选的，步骤(2)中，具体采用中频熔炼炉将铝锭熔化。优选的，步骤(6)中，所述的发泡剂为氢化钛、氢化锆中的一种。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术中，通过在铝熔炼的过程中加入稀土元素混合物，通过稀土元素的增强效应，提高铝液发泡后形成的胞孔孔壁的强度，从而制备得到高强度的泡沫铝材料；通过稀土元素混合物的加入，明显的降低了铝合金中杂质的含量，加强了合金化的程度，泡沫铝材料中的胞壁组织更为致密；同时，利用稀土元素混合物对于铸态组织具有的变质作用，有效的控制了过剩元素的固溶度。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术。本专利技术提供了一种高强度泡沫铝的熔炼方法，包括在铝液熔炼过程中加入稀土元素混合物的步骤；所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆5～30份、镱2～20份、镝3～25份、钕5～20份、钐2～10份、铒0.5～5份、钇0.1～3份、钪2～11份、铥5～15份。具体的，所述的熔炼方法包括以下步骤：(1)原料准备：铝：选择纯度大于等于99.9％的铝锭；合金中间体：铁、硅、锰、镁、镓和锡分别选择铝铁中间合金，铝硅中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，金属镓和铝锡中间合金的形式；稀土元素混合物：钆、镱、镝、钕、钐、铒、钇、钪和铥组成的稀土元素混合物与纯铝锭在坩埚内冶炼成稀土铝锭混合中间体；(2)铝锭熔炼：将铝锭放入已加热至750～800℃的熔炼炉中，在惰性气体氛围中完全熔化，得到铝液；(3)合金化处理：向铝液中加入合金中间体，搅拌使其充分溶解；(4)变质增强处理：继续向铝液中加入稀土元素混合物，搅拌混合；(5)合金成分分析、调整：用直读快速光谱分析仪对主要元素进行炉前检测，分析、调整，控制元素含量；(6)利用负压吸入发泡剂，搅拌混合得到铝液混合物；(7)将铝液混合物倾倒进入到模具中，推入到发泡炉中，在1T静磁场，680～700℃下保温1～2h；(8)模具冷却，进入冷却系统中冷却得到所述的泡沫铝。本专利技术中，通过在铝熔炼的过程中加入稀土元素混合物，通过稀土元素的增强效应，提高铝液发泡后形成的胞孔孔壁的强度，从而制备得到高强度的泡沫铝材料。本专利技术所述的稀土元素混合物中，所述的钆的7个轨道上每个轨道上有一个电子，依存这个不成对电子的磁力矩最大，在发泡过程中，铝液混合物中析出晶体的易磁化轴转到能量较低的方向，并且在磁化作用下，铝液混合物中的钆在易磁化方向聚合生长，促进胞壁组织致密性显著提高、强度增大。所述的钆、镱、镝、钕、钐、铒、钇、钪和铥组成的稀土元素混合物的加入，可以作为铝合金的精炼剂，对铝液混合物进行除气，大大的减少了形成的泡沫铝材料中的针孔率，从而防止制备得到的泡沫铝材料因组织缺陷而影响强度表现。本专利技术中，通过稀土元素混合物的加入，明显的降低了铝合金中杂质的含量，加强了合金化的程度，泡沫铝材料中的胞壁组织更为致密；同时，利用稀土元素混合物对于铸态组织具有的变质作用，有效的控制了过剩元素的固溶度，稀土元素的加入，可以与铝液混合物中的Fe、Si等合金元素生成过渡性化合物REFe、ReSi，这为合金的热处理准备了条件。进一步的，根据本专利技术，稀土元素混合物的含量直接影响对泡沫铝材料的增强改性效果，稀土元素混合物的含量过少，增强改性效果不足；而稀土元素混合物的含量过多，其与铝液中含有的合金元素过多的反应，也会影响最终得到的泡沫铝材料的强度；本专利技术中，所述稀土元素混合物占铝液重量的0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度泡沫铝的熔炼方法，其特征在于：包括在铝液熔炼过程中加入稀土元素混合物的步骤；所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆5～30份、镱2～20份、镝3～25份、钕5～20份、钐2～10份、铒0.5～5份、钇0.1～3份、钪2～11份、铥5～15份。

【技术特征摘要】
1.一种高强度泡沫铝的熔炼方法，其特征在于：包括在铝液熔炼过程中加入稀土元素混合物的步骤；所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆5～30份、镱2～20份、镝3～25份、钕5～20份、钐2～10份、铒0.5～5份、钇0.1～3份、钪2～11份、铥5～15份。2.根据权利要求1所述的高强度泡沫铝的熔炼方法，其特征在于：所述稀土元素混合物占铝液重量的0.2～0.8％。3.根据权利要求1所述的高强度泡沫铝的熔炼方法，其特征在于：所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆8～25份、镱5～15份、镝7～20份、钕8～15份、钐5～8份、铒1～3份、钇0.8～2.3份、钪4～9份、铥7～11份。4.根据权利要求1所述的高强度泡沫铝的熔炼方法，其特征在于：所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆12～20份、镱8～12份、镝10～15份、钕10～12份、钐6～8份、铒1.5～2.3份、钇1.2～2.0份、钪5.5～8份、铥9～10.5份。5.根据权利要求1所述的高强度泡沫铝的熔炼方法，其特征在于：所述的稀土元素混合物包括以下重量份的稀土元素：钆15份、镱10份、镝13份、钕11份、钐7份、铒1.9份、钇1.7份、钪6.8份、铥9.6份。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹丹，李万里，谢峰，陈杰，张进，李宏伟，靳廷甲，杨顺，刘文清，韩福生，康进武，
申请(专利权)人：安徽省一鸣新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34