[发明专利]一种采用熔体液面剪切工艺制备泡沫铝合金的方法

说明书

本发明涉及一种采用熔体液面剪切工艺制备泡沫铝合金的方法，对铝合金熔体进行增粘，将增粘的铝合金熔体通过表面高速分散剪切，制造气液混合泡沫体，经泡沫引出、结晶凝固，获得泡沫铝合金结构材料。本发明利用增粘剂来对熔体合金化达到增粘效果；利用搅拌器或分散器高速剪切制造气液混合体，以形成泡沫结构。通过搅拌器或分散器结构和剪切线速度控制泡沫结构形态，从而得到不同泡孔结构、不同密度的泡沫铝合金。本发明的优点在于，工艺方法简单可控，很大程度的避免了泡沫结构本体的过度氧化、结构体宏观裂纹形成，提高了泡沫铝合金的力学性能。简单的工艺方法，大幅缩短了常见的泡沫铝制造的工艺周期，降低生产成本，显著提高经济效益。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，尤其是涉及一种采用熔体液面剪切工艺制备泡沫铝合金的方法。

背景技术

多孔泡沫金属作为气孔相和金属相的结合体，由于其结构的特殊性，表现出不同于致密金属的特殊性能，具有轻质、比表面积大、高比强度、阻尼减振、吸声隔音、能量吸收、电磁屏蔽等物理特性。泡沫铝优异的物理及力学性能使其作为功能材料和结构材料用于航空航天工业、交通运输行业、建筑工业等领域。泡沫铝的孔隙率一般为40％～90％，密度约为铝的0.1～0.6倍。正因为泡沫铝中含有大量的孔隙使其密度较低，泡沫铝的屈服强度也远小于致密铝合金材料的屈服强度，但其具有较高的比强度、比刚度。由于泡沫铝的压缩特性中存在着较大范围的屈服平台段，应变滞后于应力，所以在变形过程中能够消耗大量的功，使泡沫铝具有良好的能量吸收能力，是防冲击和缓冲的理想材料。同时，泡沫铝可以作为吸音、消音材料。根据孔结构的不同，泡沫金属可以分为通孔、闭孔两种。通孔是指胞孔与邻孔之间是互相连通的；闭孔则指各个胞孔之间是相互独立、自行封闭的。闭孔泡沫金属材料具有更好的强度，因其兼具结构材料和功能材料特性而具有更广泛的用途。

经历了数十年的研究发展，如今泡沫铝的制备方法已有多种，并且随着技术的进步，生产成本也在不断降低，有些制备方法已经可以商业应用。闭孔泡沫铝的主要制备方法有：发泡剂熔体发泡法、熔体注气发泡法和粉末冶金法。这几种方法均有各自的缺点，采用发泡剂法生产的泡沫铝因气孔率和孔径均小，密度大，具有良好的力学性能和气泡结构，但工艺过程比较复杂。粉末冶金法生产的泡沫铝材料具有更加优良的性能，但工艺过程更为复杂，成本高。以上两种方法生产的泡沫铝材料虽然通过工艺改进可明显提高力学性能。但由于工艺方法限制，不仅成本高，而且难以实现大尺寸连续生产。注气法能够以相对低的成本生产半连续式的宽幅泡沫铝面板，产品气孔率和孔径均较大，密度小。但生产过程因合金化和高含量的增粘颗粒，高温发泡引起的氧化现象等，造成产品的气泡结构和力学性能较差。因此，寻求新的泡沫铝制备方法，以提高生产效率、降低制备成本、提高材料性能成为新技术的研究目标。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用熔体液面剪切工艺制备泡沫铝合金的方法，本发明方法可以在不用发泡剂、不注气的条件下进行熔体发泡制备闭孔、半闭孔泡沫铝合金材料。本发明方法既简化了利用熔体进行泡沫铝合金制备的工艺，也避免了注气法制备泡沫铝合金过度氧化的不利影响，提高了泡沫铝合金的强度和塑性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种采用熔体液面剪切工艺制备泡沫铝合金的方法，对铝合金熔体进行增粘，将增粘的铝合金熔体通过表面高速分散剪切，制造气液混合泡沫体，经泡沫引出、结晶凝固，获得泡沫铝合金结构材料。具体包括以下步骤：

(1)融化铝合金，并向铝合金熔体中加入硅、镁、钙以调整铝合金成分，使得硅、镁、钙在最终所得复合高粘度熔体中的质量分数分别为3-9％、1-3％、0.5-3％；加入硅、镁、钙的作用在于一方面提高铝合金熔体的粘度，另一方面改善熔体和增粘剂间的浸润性；

(2)继续向步骤(1)所得铝合金熔体中添加增粘剂，强力搅拌得到复合高粘度熔体，复合高粘度熔体中，增粘剂质量分数为5～20％；