專利名稱：一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械工程領(lǐng)域的金屬材料制備技術(shù)，特別是一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
具有泡沫結(jié)構(gòu)的多孔金屬材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式，不僅具有可焊性、可導(dǎo)電、 可延展等一般的金屬屬性，而且在吸能減震、高阻尼性、消聲降噪、隔熱換熱、電磁屏蔽、透 氣透水等方面更顯示出自身的特色，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑行業(yè)、環(huán)保事業(yè) 以及高新科技等領(lǐng)域。根據(jù)制備過程中金屬的狀態(tài)來分，多孔泡沫金屬的制備方法主要有 液相法、固相法和金屬沉積法。液態(tài)金屬的發(fā)泡可以通過直接吹氣發(fā)泡法、金屬氫化物分解 發(fā)泡法等方法實現(xiàn)；固態(tài)金屬的發(fā)泡可以通過粉末冶金法、粉末發(fā)泡法、金屬空心球法和金 屬粉末纖維燒結(jié)法等方法實現(xiàn)；金屬沉積法是采用化學(xué)或物理的方法實現(xiàn)的。但這些方法 都存在一些問題1、金屬氫化物分解發(fā)泡法由于金屬氫化物分解過程難于控制，其形成的氣泡與直 接吹氣法發(fā)泡法同樣存在成本較高的問題；又由于H的存在容易形成氫脆，惡化金屬的力 學(xué)性能，僅適合于Al、Mg金屬的發(fā)泡，對Ti金屬及其合金則不適用。2、Al金屬的發(fā)泡只能使用直接吹氣發(fā)泡法制備泡沫金屬，但在制備工藝過程中， 由于氣泡的聚集、合并，Al泡沫金屬中的孔隙大小難于控制，氣孔尺寸大小不一，從而對材 料的性能產(chǎn)生不利的影響。3、對金屬液發(fā)泡法，在負壓條件下，溶解于液體中的氣體形成氣泡，對于氣泡的生 成、長大、聚并過程難于控制，形成的金屬泡沫材料中空隙尺寸大小不一。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是要提出一種制備工藝簡單、成 本低廉、可以適用于多種金屬發(fā)泡且氣孔尺寸可以控制的用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金 屬的設(shè)備及其方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫 金屬的設(shè)備，包括金屬液槽、發(fā)泡室、流體孔、隔離墻、高壓氣室、金屬結(jié)晶器；所述的金屬液 槽通過帶流體孔的隔離墻與發(fā)泡室分開，所述的金屬液槽的上部有高壓氣體室，所述的發(fā) 泡室的側(cè)面與金屬結(jié)晶器相連，所述的金屬結(jié)晶器的中部安裝有高頻超聲振動器，所述的 高頻超聲振動器與用于調(diào)節(jié)其振動頻率、振幅及功率大小的高頻超聲電源連接。本發(fā)明所述的金屬結(jié)晶器與高頻超聲振動器采用螺栓連接。本發(fā)明所述的高頻超聲振動器的實驗功率為400 500W，振動頻率為21. 8kHz，振 幅為1. 4 2. 0X10_5m，實驗時磁化電流為6 10A，屏極電流為1 2A。一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的方法，包括以下步驟A、將金屬液槽中的金屬加熱到熔點以上約200-300°C，形成金屬液；
B、采用高壓氣體室中的高壓氣體對金屬液進行氣體溶解；打開流體孔，金屬液中 降壓形成氣泡；C、啟動高頻超聲振動器，使含有氣泡的金屬液通過金屬結(jié)晶器時，在高頻超聲振 動作用下，氣泡被超聲振動發(fā)生碎化，一個氣泡碎化為幾個更為細小的氣泡；調(diào)整高頻超聲 振動器的振動頻率和振幅，使氣泡的碎化程度和氣泡尺寸符合要求；D、使含有細小氣孔的金屬液在金屬結(jié)晶器的尾部凝固結(jié)晶，形成多孔泡沫金屬材 料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、由于本發(fā)明采用高頻超聲振動對金屬熔體進行熱振動，使金屬液產(chǎn)生大量氣 泡，溶解于液體中的氣體可以擴散到氣泡中。高頻超聲振動形成的氣泡大小、分布均勻，此 方法工藝簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)推廣應(yīng)用。2、本發(fā)明對所采用的氣體沒有嚴(yán)格的限制，采用惰性氣體Ar、He、N2, CO2等等，對 金屬組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能無不良影響，克服了金屬氫化物分解發(fā)泡法中H元素對Ti金屬及 其合金、鋼鐵等金屬組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的不良影響，可適用于多種金屬的發(fā)泡。3、本發(fā)明通過調(diào)整高頻超聲振動的頻率、振幅，可以調(diào)整超聲波對氣泡的作用力， 控制氣泡的碎化程度和氣泡尺寸，使零件的孔徑尺寸大小可以在很大的范圍內(nèi)變化，適合 大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。


本發(fā)明僅有附圖1張，其中圖1用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、金屬液槽，2、發(fā)泡室，3、流體孔，4、隔離墻，5、高壓氣體室，6、金屬結(jié)晶器， 7、高頻超聲振動器，8、泡沫金屬材料，9、高頻超聲電源，10、氣泡，11、金屬液。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述，如圖1所示，一種用金屬液發(fā)泡法制 備多孔泡沫金屬的設(shè)備，包括金屬液槽1、發(fā)泡室2、流體孔3、隔離墻4、高壓氣室5、金屬結(jié) 晶器6 ；所述的金屬液槽1通過帶流體孔3的隔離墻4與發(fā)泡室2分開，所述的金屬液槽1 的上部有高壓氣體室5，所述的發(fā)泡室2的側(cè)面與金屬結(jié)晶器6相連，所述的金屬結(jié)晶器6 的中部安裝有高頻超聲振動器7，所述的高頻超聲振動器7與用于調(diào)節(jié)其振動頻率、振幅及 功率大小的高頻超聲電源9連接。所述的金屬結(jié)晶器6與高頻超聲振動器7采用螺栓連接。 所述的高頻超聲振動器7的實驗功率為400 500W，振動頻率為21. 8kHz，振幅為1. 4 2. 0X10_5m，實驗時磁化電流為6 10A，屏極電流為1 2A。一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的方法，包括以下步驟A、將金屬液槽1中的金屬加熱到熔點以上約200-300°C，形成金屬液11 ；B、采用高壓氣體室5中的高壓氣體對金屬液11進行氣體溶解；打開流體孔3，金 屬液11中降壓形成氣泡10;C、啟動高頻超聲振動器7，使含有氣泡10的金屬液11通過金屬結(jié)晶器6時，在高 頻超聲振動作用下，氣泡10被超聲振動發(fā)生碎化，一個氣泡10碎化為幾個更為細小的氣泡10 ；調(diào)整高頻超聲振動器7的振動頻率和振幅，使氣泡10的碎化程度和氣泡尺寸符合要求；D、使含有細小氣孔的金屬液11在金屬結(jié)晶器6的尾部凝固結(jié)晶，形成多孔泡沫金屬材料8。以下是本發(fā)明的一個具體實施例。以Al金屬泡沫材料為例，Al金屬液11在高壓氣體室5中在3 5X IO5Pa高壓氣體作用下，保持0. 5-1. 0h，氣體溶解于金屬液11中；開 啟流體孔3，高壓氣體室5中的金屬液11進入發(fā)泡室2 ；由于氣壓的降低，氣體在熔體中的 溶解度降低，溶解于金屬熔體中的氣體在發(fā)泡室2內(nèi)從金屬熔體中析出形成氣泡10，由于 氣泡10的聚集和長大，其尺寸在工藝上難于控制，但夾帶氣泡10的金屬液11通過金屬結(jié) 晶器6時，在高頻超聲振動器7的作用下，金屬液11中的氣泡10被碎化，形成大量的小氣 泡；在金屬結(jié)晶器6的尾部冷卻結(jié)晶，大量的小氣泡保留下來，形成泡沫金屬材料8。
權(quán)利要求
一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的設(shè)備，包括金屬液槽(1)、發(fā)泡室(2)、流體孔(3)、隔離墻(4)、高壓氣室(5)、金屬結(jié)晶器(6)；所述的金屬液槽(1)通過帶流體孔(3)的隔離墻(4)與發(fā)泡室(2)分開，所述的金屬液槽(1)的上部有高壓氣體室(5)，所述的發(fā)泡室(2)的側(cè)面與金屬結(jié)晶器(6)相連，其特征在于所述的金屬結(jié)晶器(6)的中部安裝有高頻超聲振動器(7)，所述的高頻超聲振動器(7)與用于調(diào)節(jié)其振動頻率、振幅及功率大小的高頻超聲電源(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的設(shè)備，其特征在 于所述的金屬結(jié)晶器(6)與高頻超聲振動器(7)采用螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的設(shè)備，其特征在 于所述的高頻超聲振動器(7)的實驗功率為400 500W，振動頻率為21. 8kHz，振幅為 1. 4 2. 0X10_5m，實驗時磁化電流為6 10A，屏極電流為1 2A。
4.一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的方法，其特征在于包括以下步驟A、將金屬液槽(1)中的金屬加熱到熔點以上約200-300°C，形成金屬液(11)；B、采用高壓氣體室(5)中的高壓氣體對金屬液(11)進行氣體溶解；打開流體孔(3)， 金屬液(11)中降壓形成氣泡(10)；C、啟動高頻超聲振動器(7)，使含有氣泡(10)的金屬液(11)通過金屬結(jié)晶器(6)時， 在高頻超聲振動作用下，氣泡(10)被超聲振動發(fā)生碎化，一個氣泡(10)碎化為幾個更為細 小的氣泡(10)；調(diào)整高頻超聲振動器(7)的振動頻率和振幅，使氣泡(10)的碎化程度和氣 泡尺寸符合要求；D、使含有細小氣孔的金屬液(11)在金屬結(jié)晶器(6)的尾部凝固結(jié)晶，形成多孔泡沫金 屬材料⑶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用金屬液發(fā)泡法制備多孔泡沫金屬的設(shè)備及其方法，所述的設(shè)備包括金屬液槽、發(fā)泡室、流體孔、隔離墻、高壓氣室、金屬結(jié)晶器；所述的金屬結(jié)晶器的中部安裝有高頻超聲振動器，所述的高頻超聲振動器與用于調(diào)節(jié)其振動頻率、振幅及功率大小的高頻超聲電源連接。本發(fā)明啟動高頻超聲振動器，使含有氣泡的金屬液通過金屬結(jié)晶器時，在高頻超聲振動作用下，氣泡被超聲振動發(fā)生碎化，一個氣泡碎化為幾個更為細小的氣泡；調(diào)整高頻超聲振動器的振動頻率和振幅，使氣泡的碎化程度和氣泡尺寸符合要求；本發(fā)明通過高頻超聲振動形成的氣泡大小、分布均勻，本發(fā)明工藝簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)推廣應(yīng)用。
文檔編號C22C1/08GK101818279SQ20101017338
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者劉世永, 張會臣, 許曉磊, 高玉周 申請人:大連海事大學(xué)