[发明专利]一种先进孔隙形态泡沫铝小球的连续制备工艺

说明书

本发明公开一种APM泡沫填料小球的连续化生产工艺，利用该设备可以连续批量的生产APM泡沫填料小球。采用的技术方案为：热压机中添加混合均匀的具有一定质量比的Al粉，Si粉以及TiH₂粉末混合粉末，热压出的板材通过可逆式热轧机，切去板材边缘有裂纹的部分，获得具有一定致密度的预制板；将第二步中热轧出的预制板材利用切割辊将其切成数根截面为正方形的长条状可发泡前体，并随后进入限位平辊，并通过飞剪将伸出一定长度的条状前体切成一定规格的正方体小块，将正方体可发泡小块随着传送带进入到高温电热隧道炉，在高温电热隧道炉内升温并发泡；待可发泡体升温膨胀成近球形时，进入雾化区，喷出雾化的冷却水，使小球迅速冷却成型。

技术领域

本发明涉及一种先进孔隙形态（Advanced Pore Morphology）泡沫铝小球的连续制备工艺，属于泡沫金属材料制备领域。

背景技术

随着汽车、航空航天以及其它高新工业领域的迅速发展，对材料结构轻量化的要求越来越高。泡沫金属复合结构具有轻质、高刚度、减振等诸多优异性能，正符合生产与市场需求，受到各方学者和生产商的密切关注，在新材料领域中占有重要地位。

从泡沫铝的市场应用角度来看，大多均用于与致密金属集成复合结构使用。人们利用粉末冶金法以期望获得近净形泡沫铝从而减少后处理工艺。但是此方法需要发泡和塑性模具的前期投资，并且目前复合结构的生产均需要严格明确的工艺参数和流程以保证泡沫体孔隙的结构和性能的重现性，当结构有些许变化时均可导致整套工艺参数和流程的调整替换，灵活性较差。尤其是针对一些大型、异形泡沫金属或复合结构的大规模制备和连续制备，其工艺难题表现的尤为突出：如温度场延伸过长，难以精确控制局部的发泡效果；预制体过大导致的加热模具尺寸增大、挤压压力提高，从而提高了生产成本；在异形结构内发泡时，传热现象复杂，难以获得完整充型效果且泡孔稳定性、均匀性得不到保证等问题。

弗劳恩霍夫研究小组提出将粉末冶金发泡法生产泡沫金属的发泡过程和塑形过程分离，从而使各步骤的参数不再相互牵制影响，可分别采取每步骤中的最优参量以简化生产工艺问题。因而研究小组提出了先进孔隙形态（APM）泡沫单元的概念，其孔隙结构之所以较其他类型先进是由于每个APM泡沫单元三维长度很小，且其最大孔隙体积可控，由成分组成所决定。这就意味着通过很简易的工艺控制过程即可获得具有很好的孔隙结构的泡沫金属单元。

当具有先进孔隙形态的泡沫单元之后，只需考量集成复合结构的方法即可，可选散装填充、胶粘复合等工艺制备大型、异性构件，均不会出现传统制备方法中出现的由于温度、模具等限制导致的结构不均，发泡效果差等工艺难题。大大提高了工艺流程的简便性和工艺调整的灵活性，从而降低了生产成本。

而目前国内APM泡沫球状填料的研发还处于初始阶段，并未商业化生产，在实验室制备方法中，一般需要经过配粉、混粉、冷压、热挤、切割、打磨、发泡、冷却、筛选等工艺步骤。期间模具多而复杂且对尺寸精度要求较高；且整个流程需要全程人工精细操作，耗时过长，且操作分散、生产过程不连续导致偶然误差大大增加；且根据复合结构的性能要求不同，均匀泡沫体芯、多相泡沫体芯以及局部密度梯度泡沫体芯均需要大量的不同大小、密度、孔隙率等规格不同的APM泡沫球状填料，实验室生产规模小，工艺操作分散，生产过程不连续，产率低下，导致APM填料球孔结构、比强度、比刚度控制难度加大，难以保证产品性能结构的再现性；且生产成品过高，远难以满足标准化规格大量生产的需求。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种APM泡沫填料小球的连续化生产工艺，包括粉料热压系统、预制板热轧系统、可发泡板切割系统、加热发泡系统及雾化冷却系统组成，利用该设备可以连续批量的生产APM泡沫填料小球。