一种金属泡沫材料的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术为金属泡沫材料的制备方法及装置，其制备方法是将金属铝基体、添加剂、发泡剂按其质量比：铝基体93～99％为纯铝、铝粉或铝合金，发泡剂0.5～2％为氢化钛、氢化锆或碳酸钙，添加剂0.5～5％为金属钙、碳化硅粉或氧化铝粉，将上述材料均匀混合后制成一定形状的可发泡的前驱体材料，再将可发泡的前驱体材料送入红外线加热的发泡炉内，使前驱体材料在红外线辐射下快速发泡，然后将泡沫体从发泡炉取出并实施冷却，即可获得金属泡沫材料。制备的装置为红外线加热的发泡炉，其优点是能够使前驱体材料快速发泡，消除了孔型梯度；容易对发泡和冷却过程实行控制，使制品具有重现性、可操作性，泡孔均匀性增加；可直接制备金属泡沫夹芯板材，提高了铝基泡沫材料的机械性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属泡沫材料的制备方法，尤其是涉及一种闭孔金属泡沫材料的制备方法及装置。
技术介绍
闭孔型金属泡沫是一种多功能的新型结构材料，具有相对密度小、比表面积大、比力学性能高、阻尼减震性能好等特点，可广泛应用于航空航天、军工、船舶、轨道列车、汽车及建筑、机械等诸多领域；闭孔金属泡沫的制备方法主要包括有熔体搅拌铸造法和粉末冶金法。熔体搅拌铸造法首先将铝在一定温度下熔化，并向铝熔体中加入具有增加熔体黏度作用的添加剂，再将发泡剂加入到铝熔体之中并通过搅拌使其均勻分散，在这一过程中要控制发泡剂不分解或少量分解，通过对均勻混合的铝熔体进行浇注而得到致密的坯体。 然后将得到的坯体加热至固相线温度以上，利用发泡剂受热分解产生的气体使坯体膨胀， 最后将形成的处于熔融状态的泡沫体冷却，即可获得金属泡沫材料。粉末冶金法首先将铝粉末与发泡剂、添加剂进行充分混合，再将混合物压制成密实的坯体，然后对该坯体进行加热升温，使温度升至固相线以上并保温一定时间，利用发泡剂分解产生的气体在熔融状态下的坯体内部形成无数的气孔，最后经冷却可得到金属泡沫材料。从上述泡沫稆材料的制备过程可以看出，无论是熔体搅拌铸造法还是粉末冶金法都含有两个主要步骤，一是预制坯的制备，二是预制坯的加热和膨胀过程，该过程对泡沫体的形成起到至关重要的作用；但是有其工艺上的不足，这是由于现有工艺中的加热发泡过程是在井式或箱式电阻炉内进行，利用对流和热辐射进行传热，使得发泡过程的时间较长， 同时，由于制备的泡沫体形状多为块状，泡沫材料特有的多孔结构所产生的隔热作用还会导致冷却的时间延长，最终因重力作用致使得到的泡沫铝中含有较厚的实体金属层，极大地降低了制品的成材率，另外，加热发泡和冷却时间延长也造成泡沫体的泡孔演变不易控制，从外至内的孔径梯度较大，且在此过程中极易形成内部缺陷，使得工艺条件控制较为困难，制品的重现性较差。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有工艺中存在的不足，提供一种金属泡沫材料制备方法， 通过此方法有效地提高制品的成材率并获得结构均勻并可快速成型的金属泡沫材料。本专利技术的技术解决方案为金属铝基体、添加剂、发泡剂的质量比如下铝基体93 99%，为纯铝、铝粉或铝合金发泡剂0. 5 2%，为氢化钛、氢化锆或碳酸钙添加剂0. 5 5%，为金属钙、碳化硅粉或氧化铝粉将上述三种材料均勻混合后制成一定形状的可发泡的前驱体材料，再将制备的前驱体材料送入红外线加热的发泡炉内，使前驱体材料在红外线辐射下快速发泡，然后将处于熔融状态的金属泡沫材料从发泡炉取出并实施冷却，即可获得金属泡沫材料。采用红外线快速加热金属时当红外线投射到金属表面时金属对红外线的透过率几乎为零，这样投射到金属表面的红外线除被吸收外其余则被反射回去，而金属表面对红外线的吸收率随着波长的减小而增加，利用这一特性使红外线辐射器发出短波，进而达到增加金属表面对红外线的吸收率而实现快速加热的目的。可发泡前驱体材料的制备方法包括有1)采用熔体搅拌铸造法制备前驱体材料，即将金属铝熔化后加入添加剂并搅拌均勻，加入的添加剂有金属钙、碳化硅粉或氧化铝粉，添加剂起到增加金属熔体黏度的作用，然后向增黏后的铝熔体中加入发泡剂并搅拌均勻，加入发泡剂为氢化钛(TiH2)、氢化锆 (ZrH2)或碳酸钙(CaCO3),为了得到结构均勻的泡沫铝材料，可以对发泡剂进行预处理，使其更容易在铝熔体中均勻分散，最后将得到的可发泡铝熔体浇注成具有一定形状的坯体， 得到可发泡的前驱体材料。在采用金属铝制备可发泡前驱体材料时，或者在熔化的铝液中添加一定数量的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素，形成铝合金熔体，可发泡前驱体材料的形状可以是平板或带有一定曲度的弧形板，或其他形状的薄壁结构。为防止可发泡前驱体在发泡过程中表面氧化和生成的气体大量逸出，或者将前驱体与钢板、铝板、钛板或镍板复合，制成以前驱体为芯的复合板，然后再进行快速发泡。2)采用粉末压制法制备前驱体材料，将铝粉末，发泡剂粉末，添加剂粉末均勻混合，其中发泡剂粉末为氢化钛(TiH2)、氢化锆(ZrH2)或碳酸钙(CaCO3),为了得到结构均勻的泡沫铝材料，可以对发泡剂进行预处理；添加剂粉末为碳化硅粉或氧化铝粉，然后对混合后的粉末进行冷压或冷压后再热压，得到可发泡的前驱体材料。在制备可发泡前驱体材料的过程中，铝基体或者采用铝-钙、铝-镁或铝-硅的合金粉末，或者采用铝粉中添加镁粉、铝粉中添加硅粉、铝粉中添加锌粉或铝粉中添加铜粉作为基体，经过后续加工，可发泡前驱体材料的形状可以是平板或带有一定曲度的弧形板，或其他形状的薄壁结构。为防止可发泡前驱体在发泡过程中表面氧化和生成的气体大量逸出，或者将前驱体与钢板、铝板、钛板或镍板复合，制成以前驱体为芯的复合板，然后再进行快速发泡。3)采用粉末挤压法制备前驱体材料，即将铝粉末，发泡剂粉末，添加剂粉末均勻混合、其中发泡剂粉末为氢化钛(TiH2)、氢化锆(ZrH2)或碳酸钙(CaCO3),为了得到结构均勻的泡沫铝材料，可以对发泡剂进行预处理，添加剂粉末为碳化硅粉或氧化铝粉；然后对混合后的粉末实施冷压，再对冷压后的坯体进行预热并挤压成一定形状的可发泡前驱体材料。在制备可发泡前驱体材料的过程中，铝基体或者采用铝-钙、铝-镁或铝-硅的合金粉末，或者采用铝粉中添加镁粉、铝粉中添加硅粉、铝粉中添加锌粉或铝粉中添加铜粉作为基体，经过后续加工，可发泡前驱体材料的形状可以是平板或带有一定曲度的弧形板，或其他形状的薄壁结构。为防止可发泡前驱体在发泡过程中表面氧化和生成的气体大量逸出，或者将前驱体与钢板、铝板、钛板或镍板复合，制成以前驱体为芯的复合板，然后再进行快速发泡。4)采用粉末轧制法制备前驱体材料，即将铝粉末，发泡剂粉末，添加剂粉末均勻混合，其中发泡剂粉末为氢化钛(TiH2)、氢化锆(ZrH2)或碳酸钙(CaCO3),为了得到结构均勻的泡沫铝材料，可以对发泡剂进行预处理，添加剂粉末为碳化硅粉或氧化铝粉；然后将混合后的粉末包裹在表面经过处理的金属面板中间，金属面板的另一侧表面无需处理，再对包裹有混合粉末的金属面板进行预压并在轧机下反复轧制，最后得到可发泡的前驱体材料。在制备可发泡前驱体材料的过程中，铝基体或者采用铝-钙、铝-镁或铝-硅的合金粉末，或者采用铝粉中添加镁粉、铝粉中添加硅粉、铝粉中添加锌粉或铝粉中添加铜粉作为基体，包裹混合粉末的金属面板有铝板或钢板，钛板或镍板，经过后续加工，可发泡前驱体材料的形状可以是平板或带有一定曲度的弧形板，或其他形状的薄壁结构。上述可发泡前驱体在快速发泡炉内的发泡过程可以采用先将前驱体放在发泡炉的加热区内，等到前驱体膨胀后将其快速取出；或者采取移动加热并发泡的方式，即将可发泡前驱体的一端先放入发泡炉，边移动边加热，通过调整移动速度使先进入的前驱体在膨胀后即被移出发泡炉的加热区，从而完成可发泡前驱体的移动发泡过程。本专利技术可发泡前驱体材料的快速发泡装置为红外线加热发泡炉，其结构具体如下红外线加热发泡炉包括有上下两个加热罩、夹持器、温度控制装置和机械控制装置，其中上下两个加热罩的形状和组成相同，呈对称形式，均由反射器、红外线辐射器、石英玻璃板和起固定及保温作用的外壳构成，两个加热罩之间留有一定的空间，用于放置可发泡的前驱体材料，两个夹持器中间固定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗洪杰，姚广春，刘宜汉，张晓明，曹卓坤，吴林丽，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：