柔性梯度多孔金属制备方法技术

一种柔性梯度多孔金属制备方法，通过在梯度聚苯乙烯泡沫中灌入铸造砂并制成多孔金属模具，将硬度较小金属的熔融液注入多孔金属模具，形成原始梯度多孔金属骨架；然后固定在振动台上振动，使得铸造砂中的骨架周围形成空隙；再然后进一步浇筑硬度较高的金属的熔融液，从而得到不同规格的柔性梯度多孔金属。本发明专利技术通过重复使用熔模浇铸法制备柔性梯度通孔多孔金属，大大降低了生产成本，提高了制备速度，可以大幅度提高流动沸腾换热性能。可以大幅度提高流动沸腾换热性能。可以大幅度提高流动沸腾换热性能。

【技术实现步骤摘要】
柔性梯度多孔金属制备方法


[0001]本专利技术涉及的是一种复合材料领域的技术，具体是一种柔性梯度多孔金属制备方法。

技术介绍

[0002]梯度通孔多孔金属具有稠密的金属骨架，内部有蜿蜒复杂的连通通道，换热比表面积大，相对密度较小，其孔隙率或孔密度呈现梯度变化的趋势，具有独特的物理结构，在环境化工、节能减排等领域中市场应用前景非常光明。但是，当梯度多孔金属被用在管内强化流动沸腾换热时，由于垂直于流场方向的金属骨架的存在，流动阻力增大，泵功增加，能源消耗增加。若对梯度多孔金属骨架参照竹子截面结构进行仿生设计，内部采用硬度较小的金属材料，外部采用硬度较大的金属材料，可以制备出柔性梯度多孔金属。这样，流动沸腾换热时，在靠近管道中轴线的高流速区，柔性梯度多孔金属的骨架就会像风吹过树梢一样沿流动方向倾斜，柔性梯度多孔金属各部分的倾斜程度随截面流速成正比。柔性梯度多孔金属一方面减小了流动阻力，另一方面更有利于沿倾斜方向运动的气泡的逃逸，从而大大强化流动沸腾换热能力。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术制备工艺复杂，成本较高，无法推广到结构复杂的柔性梯度多孔金属制备不足，提出一种柔性梯度多孔金属制备方法，通过重复使用熔模浇铸法制备柔性梯度通孔多孔金属，大大降低了生产成本，提高了制备速度，可以大幅度提高流动沸腾换热性能。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种柔性梯度多孔金属制备方法，通过在梯度聚苯乙烯泡沫中灌入铸造砂并制成多孔金属模具，将硬度较小金属的熔融液注入多孔金属模具，形成原始梯度多孔金属骨架；然后固定在振动台上振动，使得铸造砂中的骨架周围形成空隙；再然后进一步浇筑硬度较高的金属的熔融液，从而得到不同规格的柔性梯度多孔金属。
[0006]所述的梯度聚苯乙烯泡沫，通过预先对聚苯乙烯珠粒预发泡和熟化，接着压制成型，最后将不同规格的聚苯乙烯泡沫胶连接得到。
[0007]所述的硬度较小金属是指：铝、锡或铅。
[0008]所述的硬度较高的金属是指：铜、钢或镍。
[0009]所述的注入是指：在氩气环境内，在马弗炉中加热硬度较小金属至完全熔化后注入多孔金属模具，待自然冷却后形成原始梯度多孔金属。
[0010]所述的振动是指：将含铸造砂的原始梯度多孔金属固定在振动台上在前后、上下、左右方向上小幅度振动，在铸造砂中的金属骨架周围形成空隙。
[0011]所述的小幅度是指：振动最大幅度小于2厘米
[0012]所述的振动的频率、时间为：振动频率为10赫兹，振动时间为20分钟。
[0013]所述的空隙，优选为孔隙率0.88
‑
0.98。
[0014]所述的柔性梯度多孔金属骨架，硬度较小的金属丝径占比90
‑
95％，硬度较小的金属丝径占比5
‑
10％。
[0015]所述的通孔泡沫层数为2
‑
4层。
[0016]本专利技术涉及上述方法制备得到的柔性梯密度通孔多孔金属，该多孔金属的孔密度呈梯度变化，即孔隙率相同，孔密度沿某一方向增大；或孔密度相同，孔隙率沿某一方向增大。该多孔金属的骨架内部是硬度较小的金属，外部是硬度较大的金属。
[0017]所述的孔密度的变化范围为5PPI
‑
130PPI。
[0018]所述的骨架内部金属是指：铝、锡或铅，骨架外部金属是铜、钢或镍。技术效果
[0019]本专利技术制备的柔性梯度多孔金属与已经公开的刚性梯度多孔金属相比，大幅度提高柔软度，在用于管内强制对流换热时，可以明显的减小流动阻力，增大换热系数，提高临界热流密度。
附图说明
[0020]图1为实施例1效果示意图；
[0021]图2为实施例2效果示意图。
具体实施方式
实施例1
[0022]本实施例制备过程如下：
[0023]第一步、在梯度聚苯乙烯泡沫中灌入铸造砂，形成模具。
[0024]第二步、在氩气环境内，在马弗炉中加热到250℃把锡熔化成液体，然后把液体锡注入梯度聚苯乙烯泡沫模具。冷却，形成原始梯度锡泡沫。
[0025]第三步、将梯度锡泡沫左右前后上下小幅度振动，在铸造砂中的锡丝骨架周围形成空隙。
[0026]第四步、在氩气环境内，在马弗炉中加热到670℃把铝熔化成液体，然后把液体铝快速注入原始梯度锡泡沫骨架周围的空隙中。冷却，形成孔隙率为0.98、孔密度梯度为20PPI
‑
60PPI 的柔性铝锡梯度多孔金属。如图1所示。
[0027]经过模拟计算发现，在相同的壁面过热度下，同样形貌参数的柔性铝锡梯度多孔金属较刚性梯度铝多孔金属的流动沸腾换热系数提高至少20％，临界热流密度提高30％。实施例2
[0028]本实施例制备过程如下：
[0029]第一步、在梯度聚苯乙烯泡沫中灌入铸造砂，形成模具。
[0030]第二步、在氩气环境内，在马弗炉中加热到350℃把铅熔化成液体，然后把液体铅注入梯度聚苯乙烯泡沫模具。冷却，形成原始梯度锡泡沫。
[0031]第三步、将梯度铝泡沫左右前后上下小幅度振动，在铸造砂中的铝丝骨架周围形成空隙。
[0032]第四步、在氩气环境内，在马弗炉中加热到1100℃把铜熔化成液体，然后把液体铜
快速注入原始梯度铅泡沫骨架周围的空隙中。冷却，形成孔隙率为0.98、20PPI
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60PPI的柔性铜铅梯度多孔金属。如图2所示。
[0033]经过模拟计算发现，在相同的壁面过热度下，同样形貌参数的柔性铜铅梯度多孔金属较刚性梯度铜多孔金属的流动沸腾换热系数提高至少10％，临界热流密度提高20％。
[0034]与现有技术相比，本制备方法的制备的柔性梯度多孔金属性能指标提升在于：流动沸腾换热系数和临界热流密度。
[0035]上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本专利技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本专利技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本专利技术之约束。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性梯度多孔金属制备方法，其特征在于，通过在梯度聚苯乙烯泡沫中灌入铸造砂并制成多孔金属模具，将硬度较小金属的熔融液注入多孔金属模具，形成原始梯度多孔金属骨架；然后固定在振动台上振动，使得铸造砂中的骨架周围形成空隙；再然后进一步浇筑硬度较高的金属的熔融液，从而得到不同规格的柔性梯度多孔金属。2.根据权利要求1所述的柔性梯度多孔金属制备方法，其特征是，所述的梯度聚苯乙烯泡沫，通过预先对聚苯乙烯珠粒预发泡和熟化，接着压制成型，最后将不同规格的聚苯乙烯泡沫胶连接得到。3.根据权利要求1所述的柔性梯度多孔金属制备方法，其特征是，所述的硬度较小金属是指：铝、锡或铅；所述的硬度较高的金属是指：铜、钢或镍；所述的柔性梯度多孔金属骨架，硬度较小的金属丝径占比90
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95％，硬度较小的金属丝径占比5
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10％。4.根据权利要求1所述的柔性梯度多孔金属制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐治国，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：