一致性控制泡沫鋁或其合金的孔隙率及其均勻性的方法技術

一種一致性控制泡沫鋁或其合金的孔隙率及其均勻性的方法，包括：第一步：在熔化后的鋁或鋁合金中加入占鋁或鋁合金重量的０．８％～３．０％的鈣，用２００～６００轉／分的轉速對鋁或鋁合金熔體進行攪拌增粘，當熔體粘度處于９０ｃｐ～１１０ｃｐ時就停止攪拌，第二步：加入占鋁或鋁合金重量的０．４～２．０％的ＴｉＨ↓［２］并攪拌后，提出攪拌漿，將熔體在６５０℃～７００℃保溫，待熔體上漲到對應于所需孔隙率的高度時，對泡沫鋁合金熔體采用各向同時冷卻獲得均勻孔隙率閉孔泡沫鋁合金，通過控制粘度和熔體的高度這兩個主要的技術手段，本發明專利技術獲得的泡沫鋁孔隙率誤差不超過±１．５％。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種泡沫鋁孔隙率的控制方法，尤其涉及一種。
技術介紹
目前國內外發泡法制備泡沫鋁沒有發表控制孔隙率一致性的方法，可能是由于應用并沒有提出需求。高科技領域對泡沫鋁的沖擊能量吸收、輕質要求對泡沫鋁或合金孔隙率進行一致性控制。
技術實現思路
本專利技術提供一種使孔隙率可控且均勻的。本專利技術采用如下技術方案一種，包括第一步在熔化后的鋁或鋁合金中加入占鋁或鋁合金重量的0.8％～3.0％的鈣，用200～600轉/分的轉速對鋁或鋁合金熔體進行攪拌增粘，直到熔體粘度處于90cp～110cp就停止攪拌，第二步加入占鋁或鋁合金重量的0.4～2.0％的氫化鈦并以800轉/分～1500轉/分的速度攪拌后，提出攪拌槳，將熔體在650℃～700℃保溫，用位移傳感計算機系統來測量保溫過程中的熔體高度，待熔體上漲到對應于所需孔隙率的高度時，對泡沫鋁合金熔體采用各向同時冷卻獲得均勻孔隙率閉孔泡沫鋁合金。專利技術原理鋁熔體的粘度使攪拌槳葉旋轉時受到阻力，攪拌軸與線圈相對移動產生的感應電動勢被TS2600粘度實時檢測系統獲得，系統將模擬量電動勢轉化為數字量電信號，通過標準接口由微型計算機接收，實時得到一定轉速下攪拌軸所受的扭矩值，將該扭矩值和攪拌槳在相同攪拌條件下處于已知粘度的不同濃度的甘油水溶液的扭矩值相比較(可以查表獲得)，可以標定一定扭矩值熔體所對應的粘度，試驗結果表明，在鋁或鋁合金熔體增粘范圍，鋁或鋁合金熔體的粘度和扭矩呈線性關系。因而可通過高溫粘度儀的標定得到扭矩值與粘度之間的一一對應關系。一致性控制孔隙率和均勻性的含義為能夠控制孔隙率的精確度為±1.5％以內，孔結構均勻，沒有大孔，樣品孔隙率局部和整體平均孔隙率的差異不超過±1.5％。本專利技術獲得如下技術效果本專利技術采用精確的粘度測量裝置精確測量了熔體的粘度，將粘度控制在一個適當的范圍，從而能夠獲得孔隙率均勻的泡沫鋁或合金。過小的粘度使分解產生的氣泡易合并逸出，得不到高孔隙率；過大的粘度又使發泡劑難以分散均勻，產生集中空洞和底部實體，不能保證整體的孔隙率均勻。通過粘度實時檢測系統可以精確測量熔體的粘度值，不同于以前靠經驗判斷。精確實施的檢測鋁熔體粘度可以保證氣泡在熔體中能分散均勻且不易逸出。下表比較了其他工藝參數均相同的條件下，不同的粘度下獲得的泡沫鋁合金的孔隙率，結果表明熔體在95cp～110cp的粘度范圍，可將泡沫鋁孔隙率的均勻性控制在±1.5％以內。在實驗中，還可以通過調節攪拌速度和增粘劑的加入量以及攪拌時間來控制熔體的粘度，但是這些手段由于攪拌條件、溫度、增粘劑鈣的純度等的影響使得通過控制這些參數來控制熔體的粘度有很大的不確定性。因此，使用精確的粘度測量儀器來實施測量熔體的粘度對于控制熔體粘度就克服了這一缺點，使得泡沫鋁孔隙率的精確度大大提高，均勻性也會進一步增加。最終還是通過精確測量粘度來確定熔體的粘度。(1)在增粘劑加入量一定和攪拌條件一定時，控制增粘時間可以獲得不同的最終粘度。實驗中在攪拌速度為400rpm，增粘劑鈣的加入量為1.5wt％，控制增粘時間t獲得不同的最終粘度如下表。將試樣由底面向上每隔20mm線切割為薄板(±0.1mm)，計算薄板的體積V，用電子天平稱量薄板的質量m，由純鋁或鋁合金的密度ρ即可獲得孔隙率P＝1-m/(Vρ)。時間/s 450540570600615660800粘度 78 94 98 100102107131/cp1 81.88 82.79 83.99 84.03 83.93 83.65 83.232 82.47 82.98 84.20 84.33 84.39 83.80 84.883 83.90 83.64 84.44 84.57 84.62 84.20 85.974 85.64 84.23 84.87 84.80 84.77 84.82 86.655 86.87 85.10 85.83 84.97 85.80 85.37 87.006 87.66 85.73 85.92 85.50 85.97 86.52 87.62在螺旋攪拌器中，若形狀、尺寸不變，則其等效直徑和高度不變。在同樣的坩堝中，以一定速度攪拌，液體的表觀粘度與扭矩成正比。同樣，采用槳葉式攪拌器時若保持其他參數不變，鋁液的粘度也與扭矩成正比。因此，在實驗過程中可以測量攪拌軸所承受的扭矩變化來獲得鋁液粘度的變化。攪拌軸在鋁液中攪拌時與粘度探測儀線圈產生感應電動勢，隨扭矩變化而變化，由此產生的相位差信號由TS2600接收并轉化為數字信號，可直接顯示或由計算機接收作進一步處理。TS2600的扭矩探測精度為1mN·m，因此可以精確定量化的描述鋁熔體增粘過程粘度的變化規律，避免經驗估計的誤差。同時，由于增粘劑加入量、增粘時間、爐溫等不同，可能使得最終粘度變化，從而對孔隙率的控制帶來非常不利的影響，本專利技術采用扭矩探測系統可以精確獲得最終粘度，可以克服工藝參數不確定帶來的影響。(2)本專利技術根據P＝1-VAl/(SH)控制泡沫鋁或合金熔體的體積，從而獲得特定孔隙率的泡沫鋁合金，而坩堝底面積S一定時，熔體體積和高度H成正比，因此本專利技術通過控制坩堝中熔體高度實際上也控制了泡沫鋁或合金的總體平均孔隙率，其誤差結合粘度控制均勻性的誤差，總體不超過±1.5％。(3)通過控制粘度而控制泡沫鋁的均勻性和通過控制熔體的高度來控制泡沫鋁的總體孔隙率這兩個主要的技術手段，本專利技術獲得的泡沫鋁孔隙率誤差不超過±1.5％。泡沫鋁孔隙率的均勻性定義為任取一定高度h0(h0＝10mm～20mm)的泡沫鋁，其體孔隙率相對于應在所需體孔隙率的±1.5％內。(4)位移傳感計算機系統通過測量泡沫鋁熔體高度H隨時間t變化關系獲得泡沫鋁熔體液態平均孔隙率P隨時間t變化關系，包括耐熱墊片、定滑輪、位移傳感器，耐熱墊片放置于泡沫鋁熔體液面上，耐熱墊片通過耐熱、抗氧化金屬絲連接于定滑輪的張緊的細繩上，張緊的細繩獲得的位移信號輸入分辨率為0.5mm～1mm、量程為80mm～200mm位移傳感器及位移顯示裝置，獲得位移的模擬量的顯示。位移傳感計算機系統保證實施精確測量快速生長的鋁熔體的孔隙率1)發泡攪拌結束后，泡沫鋁熔體與空氣接觸的膨脹前沿近似為平面，由于其處于等溫的環境中，因此其熔體各部分的孔隙率是均勻的。設其熔體高度為H，在泡沫化過程中，隨時間t的變化而變化，坩堝內底面積為S，則泡沫鋁熔體的體積V＝SH，泡沫鋁的孔隙率P＝1-VAl/V，而VAl可以用鋁原料的質量除以其密度獲得，隨即可得P＝1-VAl/SH。采用不同的增粘溫度、增粘劑的加入量、發泡溫度、發泡劑的加入量等工藝參數獲得的孔隙率與時間的變化關系是不同的，而由于對于每一種確定的泡沫鋁工藝參數，該過程是完全可重復的，由此可見，獲得H隨時間t變化的關系就可以獲得泡沫鋁液態平均孔隙率隨時間變化的關系，并由此可以通過嚴格控制凝固時間t來控制孔隙率P。2)泡沫鋁合金熔體膨脹使得液面的高度發生變化，同時將放置在其上的耐熱墊片向上頂，由于細繩始終是張緊的(細繩的張緊是通過掛在細繩兩邊的重物—可以用平衡錘的拉力來實現的)，通過耐熱抗氧化金屬絲及定滑輪和張緊的細繩將泡沫鋁合金熔體高度的變化輸入到位移本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種一致性控制泡沫鋁或其合金的孔隙率及其均勻性的方法，其特征在于包括：第一步：在熔化后的鋁或鋁合金中加入占鋁或鋁合金重量的０．８％～３．０％的鈣，用２００～６００轉／分的轉速對鋁或鋁合金熔體進行攪拌增粘，直到熔體粘度處于９０ｃｐ～１１０ｃｐ就停止攪拌，第二步：加入占鋁或鋁合金重量的０．４～２．０％的氫化鈦并以８００轉／分～１５００轉／分的速度攪拌后，提出攪拌槳，將熔體在６５０℃～７００℃保溫，用位移傳感計算機系統來測量保溫過程中的熔體高度，待熔體上漲到對應于所需孔隙率的高度時，對泡沫鋁合金熔體采用各向同時冷卻獲得均勻孔隙率閉孔泡沫鋁合金。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：何德坪，戴戈，尚金堂，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]