一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，包括：加热炉；以及发泡装置，其设置在所述加热炉内部；吹气头，其为中空结构，且所述吹气头的一端与所述发泡装置相连通；孔径调节装置，其设置在所述吹气头的一端，用于调节吹气孔的孔径；气流截断装置，其设置在所述吹气头中且设置在所述孔径调节装置的下部，用于截断吹入的气体；进气管，其一端与所述吹气头的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通。本发明专利技术还公开了一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，在吹气过程中调节吹气孔孔径制备出胞孔孔径梯度变化的泡沫铝材料；通过气流截断装置的往复运动，实现对吹入气流的间歇性截断，提高了对泡沫铝胞孔结构的控制性。

【技术实现步骤摘要】
一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置及其制备方法
本专利技术涉及泡沫金属材料制备及加工
，更具体的是，本专利技术涉及一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置及其制备方法。
技术介绍
泡沫铝是一种具有高孔隙率、高比强度、导热性能优良等特性的轻质材料，还具有吸声隔音、防火阻燃、易加工等优点，已经在汽车交通、铁路运输、航空航天等领域得到广泛的应用。从胞孔结构的角度，泡沫铝可以分为开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝两种，其中闭孔泡沫铝由于其制备方式简单，结构承载能力强，应用范围也较开孔泡沫铝更加广泛。目前，制备闭孔泡沫铝的方法主要有熔体发泡法、吹气法和粉末冶金发泡法。其中，吹气法具有成本低、可连续生产的优点，是目前使用最多的一种泡沫铝制备方法。吹气法是将气体通过特殊的吹气装置直接注入液态金属中产生泡沫的方法，其主要工艺流程为：加热得到金属熔液，然后在金属熔液中加入泡沫稳定剂，一般为一定量的难熔颗粒(陶瓷颗粒等)，从吹气头吹入气体，经过气泡的上浮、冷却凝固后即可收集制备得到泡沫铝。近年来，由于梯度泡沫铝材料可以在一定程度上改善能量吸收和抗冲击等性能，且在不同受力状态下有着独特的力学性能，梯度泡沫铝材料已经成为学者们关注的焦点。梯度泡沫铝材料可以分为密度梯度、胞孔的孔径梯度以及材料的组分梯度。梯度泡沫铝材料可以应用于管件填充，如铝管、碳纤维管等；这就需要制备得到的泡沫铝在梯度分布方向上有较大尺寸。目前，制备梯度泡沫铝材料的方法主要为粉末冶金法及熔体发泡法，粉末冶金法通过改变预制体层间组分来实现梯度泡沫铝的制备，但是此方法仅适用于厚度较小的板件的生产制备，且制备成本较高、无法大规模连续化生产；熔体发泡法是通过在发泡过程中调控发泡和喷水冷却过程得到梯度泡沫铝，但是此方法对冷却过程控制要求很高，并且制备得到的泡沫铝胞孔结构也并不均匀，同时对胞孔孔径也很难有效把控。有鉴于此，确有必要提出一种梯度泡沫铝的制备方法，能够在连续高效地生产大尺寸梯度泡沫铝的同时可以实现对泡沫铝的孔隙率及胞孔孔径等结构参数的精准控制，使制备得到的泡沫铝具有均匀且稳定的胞孔结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计开发了一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，通过驱动杆带动多个吹气孔叶片调节吹气孔孔径以实现气泡尺寸的动态变化，制备出胞孔孔径梯度变化的泡沫铝材料；通过截流片的往复运动实现对吹入气流的间歇性截断，提高了对泡沫铝胞孔结构的控制性。本专利技术还设计开发了一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，通过调节吹气孔的孔径变化范围、吹气孔孔径变化速度和气流截断频率，在对泡沫铝的胞孔孔径实现连续梯度变化的同时，保证了梯度泡沫铝材料的均匀结构和良好性能。本专利技术提供的技术方案为：一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，包括：加热炉；以及发泡装置，其设置在所述加热炉内部；吹气头，其为中空结构，且所述吹气头的一端与所述发泡装置相连通；吹气孔盖板，其固定在所述吹气头的一端，且所述吹气孔盖板的一侧设置有限位槽，所述吹气孔盖板具有第一中心通孔；截流片盖板，其固定在所述吹气孔盖板的一侧且具有第二中心通孔，所述截流片盖板与所述吹气孔盖板之间为第一容纳室；吹气孔叶片驱动环，其同轴可转动的卡合在所述吹气孔盖板的一侧，且所述吹气孔叶片驱动环具有限位片；驱动杆，其与所述限位片相连接，用于带动所述吹气孔叶片驱动环转动；多个连接杆，其一端固定在所述吹气孔叶片驱动环上；吹气孔叶片固定基座，其固定在所述吹气孔盖板的一侧，所述吹气孔叶片固定基座同轴设置在所述吹气孔叶片驱动环的内部且具有第三中心通孔；多个吹气孔叶片，其为扇形结构，所述多个吹气孔叶片扇形的一端均可转动的设置在所述吹气孔叶片固定基座上，扇形的另一端与所述多个连接杆的另一端分别一一对应的连接，且所述多个吹气孔叶片层叠排列形成可变孔径的吹气孔，用于可选择的将所述第三中心通孔开启或密封；截流片，其设置在所述第一容纳室中，用于可选择的将所述第二中心通孔开启或密封；进气管，其一端与所述吹气头的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通；其中，所述限位片可移动的设置在所述限位槽中，所述吹气孔叶片驱动环的转动角度为0°-37.5°；所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔同轴设置。优选的是，所述发泡装置包括：发泡坩埚外壳，其设置在所述加热炉内部；发泡坩埚，其设置在所述发泡坩埚外壳的内部；收集装置，其设置在所述发泡坩埚的上部，用于收集梯度泡沫铝，且所述收集装置上设置有多个通气孔。优选的是，还包括：电磁阀，其与所述截流片相连接；弹簧，其设置在所述电磁阀和截流片之间。优选的是，还包括：多个第一销钉，其分别一一对应的设置在所述多个连接杆的一端和吹气孔叶片驱动环之间；多个第二销钉，其分别一一对应的设置在所述多个连接杆的另一端和多个吹气孔叶片扇形的一端之间；多个第三销钉，其分别一一对应的设置在所述多个吹气孔叶片扇形的另一端和吹气孔叶片固定基座之间。优选的是，还包括：多个气流传感器，其设置在所述截流片盖板内部，用于检测气体压力及气体流量；控制单元，其与所述电磁阀、多个气流传感器相连接。优选的是，还包括：驱动机构，其同时与所述控制单元和驱动杆相连接，用于带动所述驱动杆移动。优选的是，所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔的直径均为2mm。一种吹气法制备梯度泡沫铝的制备方法，使用所述的梯度泡沫铝制备装置，包括如下步骤：步骤一、将金属铝加热熔化后放入发泡坩埚中，向铝熔液中加入金属镁及陶瓷颗粒并搅拌混合；其中，所述金属镁的含量为所述铝熔液质量的0.5％-3％，所述陶瓷颗粒的含量为所述铝熔液质量的10％-20％；步骤二、调节所述发泡坩埚中铝熔液温度至630℃±10℃并保持恒定，同时设置吹气孔的孔径变化范围并调节吹气孔孔径变化速度和气流截断频率，进气管向所述发泡坩埚底部持续吹入气体使铝熔液发泡，吹气结束后对所述铝熔液进行冷却凝固并收集得到梯度泡沫铝。优选的是，所述步骤一中的金属铝加热温度为700℃-750℃。优选的是，所述吹气孔的孔径变化范围为0mm-2mm，吹气孔孔径变化速度为0.1mm/min，所述气流截断频率满足：式中，vs为吹气孔处气体流量，δ为气泡膨胀系数，D为吹气孔孔径，K为误差系数；所述气体截断频率不超过10Hz。本专利技术所述的有益效果：(1)、本专利技术设计开发的一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，通过调节吹气孔孔径来精确控制吹入气泡的尺寸，在吹气过程中使用机械驱动机构逐渐调节吹气孔孔径以实现气泡尺寸的动态变化，制备出胞孔孔径梯度变化的泡沫铝材料；通过机械驱动机构对吹气孔孔径直接进行动态调节，不用反复拆卸吹气装置来改变吹气孔孔径；并可以在吹气发泡的过程中锁止机械驱动机构使吹气孔孔径不发生改变，因此本专利技术亦可用于制备非梯度的均匀泡沫铝材料，使用范围很广。(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，包括：/n加热炉；以及/n发泡装置，其设置在所述加热炉内部；/n吹气头，其为中空结构，且所述吹气头的一端与所述发泡装置相连通；/n吹气孔盖板，其固定在所述吹气头的一端，且所述吹气孔盖板的一侧设置有限位槽，所述吹气孔盖板具有第一中心通孔；/n截流片盖板，其固定在所述吹气孔盖板的一侧且具有第二中心通孔，所述截流片盖板与所述吹气孔盖板之间为第一容纳室；/n吹气孔叶片驱动环，其同轴可转动的卡合在所述吹气孔盖板的一侧，且所述吹气孔叶片驱动环具有限位片；/n驱动杆，其与所述限位片相连接，用于带动所述吹气孔叶片驱动环转动；/n多个连接杆，其一端固定在所述吹气孔叶片驱动环上；/n吹气孔叶片固定基座，其固定在所述吹气孔盖板的一侧，所述吹气孔叶片固定基座同轴设置在所述吹气孔叶片驱动环的内部且具有第三中心通孔；/n多个吹气孔叶片，其为扇形结构，所述多个吹气孔叶片扇形的一端均可转动的设置在所述吹气孔叶片固定基座上，扇形的另一端与所述多个连接杆的另一端分别一一对应的连接，且所述多个吹气孔叶片层叠排列形成可变孔径的吹气孔，用于可选择的将所述第三中心通孔开启或密封；/n截流片，其设置在所述第一容纳室中，用于可选择的将所述第二中心通孔开启或密封；/n进气管，其一端与所述吹气头的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通；/n其中，所述限位片可移动的设置在所述限位槽中，所述吹气孔叶片驱动环的转动角度为0°-37.5°；所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔同轴设置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，包括：
加热炉；以及
发泡装置，其设置在所述加热炉内部；
吹气头，其为中空结构，且所述吹气头的一端与所述发泡装置相连通；
吹气孔盖板，其固定在所述吹气头的一端，且所述吹气孔盖板的一侧设置有限位槽，所述吹气孔盖板具有第一中心通孔；
截流片盖板，其固定在所述吹气孔盖板的一侧且具有第二中心通孔，所述截流片盖板与所述吹气孔盖板之间为第一容纳室；
吹气孔叶片驱动环，其同轴可转动的卡合在所述吹气孔盖板的一侧，且所述吹气孔叶片驱动环具有限位片；
驱动杆，其与所述限位片相连接，用于带动所述吹气孔叶片驱动环转动；
多个连接杆，其一端固定在所述吹气孔叶片驱动环上；
吹气孔叶片固定基座，其固定在所述吹气孔盖板的一侧，所述吹气孔叶片固定基座同轴设置在所述吹气孔叶片驱动环的内部且具有第三中心通孔；
多个吹气孔叶片，其为扇形结构，所述多个吹气孔叶片扇形的一端均可转动的设置在所述吹气孔叶片固定基座上，扇形的另一端与所述多个连接杆的另一端分别一一对应的连接，且所述多个吹气孔叶片层叠排列形成可变孔径的吹气孔，用于可选择的将所述第三中心通孔开启或密封；
截流片，其设置在所述第一容纳室中，用于可选择的将所述第二中心通孔开启或密封；
进气管，其一端与所述吹气头的另一端相连通，另一端与压缩空气装置相连通；
其中，所述限位片可移动的设置在所述限位槽中，所述吹气孔叶片驱动环的转动角度为0°-37.5°；所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔同轴设置。


2.如权利要求1所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，所述发泡装置包括：
发泡坩埚外壳，其设置在所述加热炉内部；
发泡坩埚，其设置在所述发泡坩埚外壳的内部；
收集装置，其设置在所述发泡坩埚的上部，用于收集梯度泡沫铝，且所述收集装置上设置有多个通气孔。


3.如权利要求2所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，还包括：
电磁阀，其与所述截流片相连接；
弹簧，其设置在所述电磁阀和截流片之间。


4.如权利要求3所述的吹气法制备梯度泡沫铝的装置，其特征在于，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄蔚敏，王恩铭，施宏达，孙健，杨晓文，肖璐，王相超，王鹏跃，刘洋，陈沈，石佳宁，吕令令，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22