一种泡沫铝的生产方法与流程

本发明涉及泡沫铝工艺，具体而言，涉及一种泡沫铝的生产方法。

背景技术：

1、泡沫铝是一种高孔隙率的多功能材料，具有轻质、高强韧、耐撞性、高比强度、高比刚度、阻燃隔热、减振降噪、耐腐蚀和电磁屏蔽多功能复合特性，在电子、通讯、冶金、化工、建筑、交通运输和航空航天等领域具有广泛的应用。泡沫铝的屈服强度是影响其吸收能量能力的重要影响因素，泡沫铝的屈服强度越大，单位体积的泡沫铝所能吸收能量的能力就越多，从而便于利用其作为防撞吸能材料。

2、现有的泡沫铝屈服强度一般较低，其在准静态压缩下的屈服强度很难超过10mpa，故在固定的某一空间，泡沫铝材料的吸能性能受到限制。例如现有技术cn113774248a公开了一种层级密度泡沫铝生产设备及方法。生产设备包括螺杆和套筒，套筒上设有增稠铝液上料口，第一发泡剂上料装置和第二发泡剂上料装置，生产方法包括发泡，挤压与成型；将铝溶液加入套筒对铝液进行搅拌和推进，套筒前段设有发泡段，加入发泡剂的铝液在发泡段完成发泡、膨胀，接着进入到发泡仓。

3、现有技术cn109022880a公开了一种泡沫铝快速发泡装置，包括发泡仓，发泡仓一侧设置有进料端口，发泡仓底部设置有熔体挤出嘴，通过该熔体挤出嘴可以将发泡完成后的铝液挤出；发泡仓下部至少一个侧面连接有制泡剂喷枪，该制泡剂喷枪的喷出端渗入到发泡仓内部，发泡仓内设置有一挤压板，挤压板两端滑动连接在滑轨上，滑轨固定在发泡仓内壁上部，且挤压板上部连接有气缸，通过控制气缸的伸缩动作带动挤压板沿滑轨上下运动，将发泡仓内完成发泡的熔体铝液通过熔体挤出嘴挤出。

4、而目前高屈服强度的泡沫铝的制备方法都存在不足之处。渗流铸造法和占位体烧结法制备过程中需采用压力机来制备坯料，所制备的泡沫铝外形尺寸受限于压机的吨位、台面尺寸，还要专门配备与之相适应的水溶解容器，操作复杂，模具繁多，成本较高。搅拌摩擦加工法过程中需大量地进行搅拌摩擦过程，这包括发泡剂分散以及不同特征坯料之间的连接，且需要高温装置处理，存在加工效率低、成本高的问题。化学铣削法过程中需使用酸、碱等溶液，且需要特殊的装置来完成，环境友好性差，成本较高，且其泡沫铝在环境的温度随外接温度变化，在高温下其屈服强度会大大降低。

5、由此，需要一种高效、低成本、高性能的泡沫铝生产方法，生产的泡沫铝在高温和低温环境下也能保持高屈服强度。

6、鉴于以上技术问题，特推出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种泡沫铝的生产方法，用于生产出一种在常温环境和高低温环境下均能保持高屈服强度的泡沫铝。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种泡沫铝的生产方法，包括以下步骤：合金熔体制备步骤，将含有硅的铝合金、铜和锌在700℃～710℃温度下熔化，保温后开始进行持续搅拌，形成铝硅铜锌合金熔体；第一发泡剂上料步骤，向所述铝硅铜锌合金熔体中加入第一发泡剂，并进行搅拌，所述第一发泡剂包括镀铜碳纤维；第二发泡剂上料步骤，加入第二发泡剂，并进行搅拌；冷却挤压步骤，将加入所述第二发泡剂后的含有所述镀铜碳纤维的所述铝硅铜锌合金熔体进行保温，并冷却到半固态，再挤入模具中。

3、进一步的，所述生产方法还包括加热承接步骤，在所述冷却挤压步骤s4之后，在所述模具的模腔承接之前，所述模腔的底部和侧壁分别加热至不同的温度。

4、进一步的，在所述加热承接步骤中，接收生产相对质量在10％～15％的泡沫铝时，所述模腔底部的接收温度设置在590℃～610℃，接收生产相对质量在15％～20％的泡沫铝时，所述模腔底部的接收温度设置在640℃～660℃，接收生产相对质量在20％～30％的泡沫铝时，所述模腔底部的接收温度设置在740℃～760℃。

5、进一步的，在所述加热承接步骤中，所述模腔侧壁的温度设置为比所述模腔底部的温度低90℃～110℃。

6、进一步的，在所述第一发泡剂上料步骤中，所述镀铜碳纤维在所述铝硅铜锌合金熔体中的质量占比不超过2％。

7、进一步的，在所述第一发泡剂上料步骤中，加入所述镀铜碳纤维时，所述铝硅铜锌合金熔体的温度在580℃～620℃之间。

8、进一步的，在所述第一发泡剂上料步骤中，加入所述镀铜碳纤维时，将搅拌速率设为800r/min，搅拌时间为180s。

9、进一步的，在所述第一发泡剂上料步骤中，在加入所述第一发泡剂之前，将纯钙加入到所述铝硅铜锌合金熔体中。

10、进一步的，加入所述纯钙时，将搅拌速率设为400/min，搅拌时间5min。

11、进一步的，所述第二发泡剂包括tih2。

12、进一步的，在所述第二发泡剂上料步骤中，所述tih2在所述第二发泡剂中的质量占比为1.2％。

13、进一步的，在所述第二发泡剂上料步骤中，加入所述第二发泡剂时，将搅拌速率设为850r/min，搅拌时间300s。

14、进一步的，在所述合金熔体制备步骤中，铜元素占所述铝硅铜锌合金熔体总质量的2％，硅元素占所述铝硅铜锌合金熔体总质量的5％，锌元素占所述铝硅铜锌合金熔体总质量的2～4％。

15、进一步的，在所述合金熔体制备步骤中，保温时间为1～1.5h。

16、进一步的，在所述合金熔体制备步骤中，将搅拌速率设为450/min，搅拌时间10～12min。

17、进一步的，在所述冷却挤压步骤中，保温温度先设为600℃，保温时长6min，再升高保温温度至710℃，保温时间为1min。

18、应用本发明的技术方案，至少实现了如下有益效果：

19、1、本发明的生产方法通过先制备铝硅铜锌合金熔体，将其发泡后加入碳纤维并使其均匀分布在铝硅铜锌合金熔体中，进一步在tih2发泡剂作用下产生气泡，最后在搅拌推进器作用下绞碎生成细小的气泡，采用本生产方法改善了泡沫铝的性能，提高发泡均匀度和成品率，生产出一种能在常温环境和高低温环境下均保持高屈服强度的泡沫铝。

20、2、本发明的生产方法通过设计在生产不同相对质量的泡沫铝时，分别对模腔的底部和侧壁的接收温度进行精准的控制，使得泡沫铝的良品率更高，提升了生产的泡沫铝产品质量和生产效率。

21、3、本发明的生产方法通过设计各个步骤中搅拌推进器的搅拌速率和搅拌时间，添加镀铜碳纤维和tih2质量比例等细节参数，确保了采用本生产方法生产泡沫铝的产品质量和在高低温环境下均保持高屈服强度的性能。

22、4、本发明的生产方法通过采用结构较为简易的生产设备，并且相比于当前其他制备高屈服强度泡沫铝的生产方法而言，操作更为简易，过程控制可操作性好，生产效率较高，成本显著降低，环境友好性较高，应用范围更为广泛。

技术特征：

1.一种泡沫铝的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述生产方法还包括加热承接步骤s5，在所述冷却挤压步骤s4之后，在所述模具的模腔承接之前，所述模腔的底部和侧壁分别加热至不同的温度。

3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：在所述加热承接步骤s5中，接收生产相对质量在10％～15％的泡沫铝时，所述模腔底部的接收温度设置在590℃～610℃，接收生产相对质量在15％～20％的泡沫铝时，所述模腔底部的接收温度设置在640℃～660℃，接收生产相对质量在20％～30％的泡沫铝时，所述模腔底部的接收温度设置在740℃～760℃。

4.根据权利要求2或3所述的生产方法，其特征在于：在所述加热承接步骤s5中，所述模腔侧壁的温度设置为比所述模腔底部的温度低90℃～110℃。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：在所述第一发泡剂上料步骤s2中，所述镀铜碳纤维在所述铝硅铜锌合金熔体中的质量占比不超过2％。

6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：在所述第一发泡剂上料步骤s2中，加入所述镀铜碳纤维时，所述铝硅铜锌合金熔体的温度在580℃～620℃之间。

7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：在所述第一发泡剂上料步骤s2中，加入所述镀铜碳纤维时，将搅拌速率设为800r/min，搅拌时间为180s。

8.根据权利要求5-7中的任一项所述的生产方法，其特征在于：在所述第一发泡剂上料步骤s2中，在加入所述第一发泡剂之前，将纯钙加入到所述铝硅铜锌合金熔体中。

9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于：加入所述纯钙时，将搅拌速率设为400/min，搅拌时间5min。

10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述第二发泡剂包括tih2。

11.根据权利要求10所述的生产方法，其特征在于：在所述第二发泡剂上料步骤s3中，所述tih2在所述第二发泡剂中的质量占比为1.2％。

12.根据权利要求10所述的生产方法，其特征在于：在所述第二发泡剂上料步骤s3中，加入所述第二发泡剂时，将搅拌速率设为850r/min，搅拌时间300s。

13.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：在所述合金熔体制备步骤s1中，铜元素占所述铝硅铜锌合金熔体总质量的2％，硅元素占所述铝硅铜锌合金熔体总质量的5％，锌元素占所述铝硅铜锌合金熔体总质量的2～4％。

14.根据权利要求13所述的生产方法，其特征在于：在所述合金熔体制备步骤s1中，保温时间为1～1.5h。

15.根据权利要求13所述的生产方法，其特征在于：在所述合金熔体制备步骤s1中，将搅拌速率设为450/min，搅拌时间10～12min。

16.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：在所述冷却挤压步骤s5中，保温温度先设为600℃，保温时长6min，再升高保温温度至710℃，保温时间为1min。

技术总结
本发明公开了一种泡沫铝的生产方法，包括以下步骤：合金熔体制备步骤S1，将含有硅的铝合金、铜和锌在700℃～710℃温度下熔化，保温后开始进行持续搅拌，形成铝硅铜锌合金熔体；第一发泡剂上料步骤S2，向铝硅铜锌合金熔体中加入第一发泡剂，并进行搅拌，第一发泡剂包括镀铜碳纤维；第二发泡剂上料步骤S3，加入第二发泡剂，并进行搅拌；冷却挤压步骤S4，将加入第二发泡剂后的含有镀铜碳纤维的铝硅铜锌合金熔体进行保温，并冷却到半固态，再挤入模具中。本发明能够生产出一种在常温环境和高低温环境下均能保持高屈服强度的泡沫铝。

技术研发人员：龙波,于学会,兰天宝,王大权,张海英,王安帅,盛锋,王销彬,徐小刚,张嘉峻,刘诗华,王艳苹
受保护的技术使用者：中国核电工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5