[发明专利]一种发泡制备泡沫钢的方法

说明书

本发明涉及一种发泡制备泡沫钢的方法，在熔炼后的钢水中，首先添加由纳米CaCO3和铁粉组成的具有发泡作用的增粘剂，然后加入由氮化锰和氮化铬组成的复合发泡剂，真空下发泡，冷却后得到泡沫钢。本发明以氮化铬和氮化锰的混合物作为复合发泡剂，能够持续发泡，更利于发泡过程的控制，从而保证了泡沫钢的性能；同时，具有发泡作用的增粘剂纳米碳酸钙分解后生成的纳米氧化钙在钢中均匀分散，作为钢水凝固的异质核心，有利于钢水快速凝固，从而提高了泡沫钢的性能。

技术领域

本发明涉及泡沫钢生产技术领域，尤其涉及一种发泡制备泡沫钢的方法。

背景技术

泡沫钢是一种钢基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的结构-功能一体化材料。作为功能材料，它具有吸声、隔热、阻燃、电磁屏蔽等多种性能。作为结构材料，通过改变孔隙率和孔结构，可以改变钢材密度、弹性模量和屈服强度。在相同用钢量的情况下，合理的设计可以有效地提高结构构件整体稳定和局部稳定性能，从而提高承载力，达到节约钢材的目的。

目前，泡沫钢的制备方法主要有熔体金属发泡法、金属沉积法、空心球烧结法、渗流法和粉末烧结法。空心球法存在空心球制备困难、工艺设备要求高等不足；渗流法工艺流程长、先驱体难以完全去除。粉末烧结法是一种工艺简单、成本较低的制备方法，并且其孔隙率、孔径和孔径分布都可以有效地进行控制。

公开号为CN103266259B的中国发明专利公开了“一种泡沫钢的真空发泡制备方法”，经过钢熔化、钢熔体增粘、钢熔体中初始气孔的产生、真空发泡、泡沫钢熔体冷却，最终得到孔隙率为70～85％，孔径为0.5～5mm的泡沫钢。该发明以SiC为增粘剂对钢熔体进行增粘处理，采用在SiC增粘的钢熔体中添加少量Cr2N，通过搅拌分散Cr2N以及Cr2N分解产生的气体，从而在钢熔体中产生分布均匀、数量众多、细小的初始气孔，然后在真空中发泡制备泡沫钢。可通过对产生的初始气孔的分布、数量、大小及真空度、发泡时间等的控制，从而对泡沫钢的孔隙率及孔结构进行控制，能在短时间内制备出性能优异的泡沫钢。该发明具有高效率、工艺简单、孔结构可控、工艺稳定等特点，能实现工业化生产。上述技术方案以SiC为增粘剂对钢熔体进行增粘处理，但SiC的颗粒较大，会直接影响泡沫钢的性能，同时其用Cr₂N分解产生的氮气作为造孔剂，由于氮化铬分解区间较窄，在制备过程中气孔不易控制，无法得到理想的泡沫钢；由于钢水的温度高，在钢水中使用搅拌装置会严重恶化钢水的质量。

公开号为CN101381822B的中国发明专利公开了一种“熔体发泡制备多孔泡沫钢的方法及其装置”，先将发泡剂平铺于坩埚底部，将不锈钢钢网罩在上面，以防止发泡剂上浮；然后将坩埚放入加热炉内加热至发泡剂开始分解温度以下50～100℃，将熔化后的钢水倒入坩埚内，利用保温加热装置将坩埚内钢水温度调节在发泡剂开始分解温度以上250～350℃范围之内，保温搅拌1～2min后，取出坩埚空冷至室温，得到多孔泡沫钢材料。该发明可以增大钢液在发泡剂分解温度区间停留的时间，防止发泡剂上浮，改善制备试样的孔的结构特点和分布特点，工艺简单，容易操作。该技术方案中，以不锈钢钢网罩在发泡剂的上面，防止发泡剂上浮，增大钢液在发泡剂分解温度区间停留的时间，但其只能起到延缓的作用，并不能有效地控制发泡剂的反应效果，没有实质的作用。

因此，急需研发一种能够在钢液中持续发泡，且不需要增加搅拌装置，同时增粘剂对泡沫钢的性能没有不利影响，甚至还能够提高泡沫钢性能的泡沫钢制备方法。

发明内容

本发明提供了一种发泡制备泡沫钢的方法，以氮化铬和氮化锰的混合物作为复合发泡剂，能够持续发泡，更利于发泡过程的控制，从而保证了泡沫钢的性能；同时，具有发泡作用的增粘剂纳米碳酸钙分解后生成的纳米氧化钙在钢中均匀分散，作为钢水凝固的异质核心，有利于钢水快速凝固，从而提高了泡沫钢的性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：