專利名稱：一種可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備基本無鑄造缺陷的異型金屬基多孔復合材料的裝置。
背景技術：
金屬基多孔材料是一類內部存在大量氣泡、且氣泡分布在連續(xù)金屬相中形成孔隙結構的復合材料，它將連續(xù)相鋁的金屬特點和分散相氣孔的孔隙特性有機地結合在一體， 使得其具有了密度輕、能量吸收性能良好、獨特的聲學與熱學性能以及優(yōu)異電磁屏蔽等特點，也使得其在建筑、軌道交通、機械制造與航空航天等領域有著巨大的應用潛力。自1948年Soknics.B等在熔融金屬中加入萊、并獲得帶有孔洞的金屬材料開始， 人們開發(fā)出了多種多孔金屬的制備方法，這些制備方法主要包括真空滲流鑄造法、熔體發(fā)泡法以及粉末冶金法等。在這些制備方法中，真空滲流法由于操作簡單以及可制備出孔結構可控的多孔金屬產(chǎn)品而得到廣泛研究。但現(xiàn)行滲流鑄造法存在以下不足(I)難于精確控制生產(chǎn)，容易產(chǎn)生如滲流不足、滲流過度等缺陷，造成大量的金屬原料浪費；(2)操作難度大。如真空滲流時，抽真空的時間一般為幾秒到十幾秒，很難準確的控制；在將金屬液倒入模具中時，填料粒子受到?jīng)_擊，容易形成凹陷，影響產(chǎn)品的形貌；滲流結束的時間不好確定。(3)難制備出大尺寸的滲流制品；(4)通常為間歇式生產(chǎn)。為了避免現(xiàn)有滲流法的鑄造缺陷，本發(fā)明申報人曾經(jīng)申報了一個專利(名稱一種滲流鑄造法制備泡沫金屬的滲流裝置，專利號ZL200710034420. I)，該專利可有效避免傳統(tǒng)滲流方法存在的大部分缺陷，特別是可有效避免滲流不足與滲流過度等缺陷的出現(xiàn)，同時，還可用來制備大尺寸的滲流制品；但是，該專利用來制備形狀復雜的異型構件(如發(fā)動機外殼)、特別是用來制備薄壁構件(如汽車車門)時，存在構件強度不夠以及異型構件的有些復雜部位金屬熔體難以完全填充等問題，分析后發(fā)現(xiàn)，鑄件內部存在氧化夾渣、且鑄件結晶疏松以及金屬液體凝固中容易出現(xiàn)縮孔是導致這些問題出現(xiàn)的根本原因。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種可有效消除常規(guī)滲流方法所固有的滲流不足、滲流過度或制備過程難以控制等缺陷，還可有效減少鑄件中的夾渣、并使鑄件結晶致密，從而得到機械性能優(yōu)良的金屬基多孔復合材料的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置， 包括熔體制備系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、導流部件、用來制備異型金屬基多孔復合材料的模具、鑄造系統(tǒng)與抽真空系統(tǒng)構成，下部的熔體制備系統(tǒng)與上部的鑄造系統(tǒng)由所述的導流部件連通， 所述的鑄造系統(tǒng)包括鑄造保溫爐與鑄造室，所述的鑄造室的空間由鑄造室筒體與鑄造室密封蓋板圍成，所述的鑄造室筒體與所述的鑄造室密封蓋板之間放置有密封墊且通過螺栓緊固，所述的鑄造室密封蓋板上裝有鑄造室惰性氣體入口閥、排氣口閥門以及用來連通所述的鑄造室與外加抽真空系統(tǒng)的真空閥；用來制備異型金屬基多孔復合材料的模具放置于所述的鑄造室中，所述的模具的上部蓋有帶透氣孔的模具蓋板；所述的模具底部與所述的鑄造室筒體底部之間放置有密封墊，通過所述的鑄造室密封蓋板壓縮放置于所述的模具蓋板上的彈簧來實現(xiàn)所述的模具底部與所述的鑄造室筒體底部之間的密封。所述的熔體制備系統(tǒng)包括熔煉爐與熔煉坩堝，所述的熔煉坩堝上部焊接有加壓管與泄壓管，所述的泄壓管上裝有閥門；所述的熔煉坩堝與所述的熔煉爐上開有一個可密封的投料口 ；所述的熔煉坩堝上口蓋有一中間帶孔洞的熔煉坩堝密封蓋板，所述的熔煉坩堝密封蓋板XOI與熔煉坩堝外沿通過密封墊、用螺栓緊固密封。所述的加壓系統(tǒng)包括壓力儲氣罐、可調壓的充氣閥以及壓力表；壓力儲氣罐通過加壓管與熔煉坩堝連通，可調壓的充氣閥與壓力表安裝在壓力儲氣罐與熔煉坩堝連通的加壓管上。所述的導流部件呈漏斗形，設置于所述的熔煉坩堝與所述的鑄造室之間，所述的導流部件下部通過熔煉坩堝密封蓋板上的孔洞伸入到熔煉坩堝中，上部與鑄造室筒體下沿、熔煉坩堝密封蓋板密封在一起。導流部件上部與鑄造室筒體下沿、熔煉坩堝密封蓋板之間的密封，通過密封墊與密封墊用螺栓緊固實現(xiàn)。裝置所含有的熔煉坩堝、熔煉坩堝蓋板、鑄造室筒體、鑄造室密封蓋板、模具蓋板的材質均為耐熱不銹鋼或45#剛，模具的材質為鑄鋼或鑄鐵。 所述的用來密封的密封墊的材質均為石墨紙或內襯鐵皮的柔性石墨復合板中的任何一種?？捎帽景l(fā)明裝置制造泡沫金屬的材質為熔點低于1000°C的金屬。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果(I)通過調節(jié)鑄造室的真空度來控制熔體進入模具的速度與高度，不僅可避免過滲流以及滲流不足等現(xiàn)象的出現(xiàn)；同時還可保證熔體均勻地充填在滲流粒子的間隙當中， 從而可得到造孔粒子分布均勻的鑄件，也非常有益于制備復雜形狀、且薄壁的多孔金屬構件；(2)通過在熔體制備系統(tǒng)的投料口注入由其他熔化設備熔制的合格熔體，以及多準備幾個供更換的模具，可實現(xiàn)工藝的半連續(xù)化，從而可達到提高生產(chǎn)效率的目的；(3)通過調整鑄造室與鑄造模具的有效空間尺寸，可在本設備上制備出不同尺寸產(chǎn)品，所制備產(chǎn)品既包括了大規(guī)格的，也包括了異型與薄壁的；(4)在惰性氣體保護下的熔體熔制，以及真空負壓下的升液(即在負壓作用下使熔體從下往上運行)，可有效降低氧化夾渣在熔體中的出現(xiàn)，這對提高鑄件的機械性能非常有利；(5)模具中熔體在鑄造室負壓與熔煉室正壓共同作用下的凝固方式，可有效避免結晶疏松以及縮孔等鑄造缺陷的出現(xiàn)，也使得該材料的力學性能優(yōu)良。


圖I本發(fā)明裝置示意圖。圖2實施例I制備夾芯板的本發(fā)明裝置示意圖。圖3實施例I所得鑄件的示意圖。
圖4實施例I用本發(fā)明裝置所制備夾芯材料的橫斷面照片。圖5實施例2用本發(fā)明裝置制備通孔泡沫鋁的示意圖。圖6實施例2用本發(fā)明裝置所制備通孔泡沫鉛的第一照片。圖7實施例2用本發(fā)明裝置所制備通孔泡沫鉛的第二照片。圖8實施例3制備三明治拱門門框的本發(fā)明裝置示意圖。圖9實施例3所用拱門門框示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明，但決不是用來限制本發(fā)明的范圍。參見圖1，一種可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，包括熔體制備系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、導流部件XII、鑄造系統(tǒng)與抽真空系統(tǒng)構成，下部的熔體制備系統(tǒng)與上部的鑄造系統(tǒng)由導流部件Xll連通，鑄造系統(tǒng)包括鑄造保溫爐S08與鑄造室S09，鑄造室S09的空間由鑄造室筒體S07與鑄造室密封蓋板S04圍成，鑄造室筒體S07與鑄造室密封蓋板S04之間放置有密封墊S06且通過螺栓S05緊固，鑄造室密封蓋板S04上裝有鑄造室惰性氣體入口閥 S01、排氣口閥門S03以及用來連通鑄造室S09與外加抽真空系統(tǒng)的真空閥S02 ;用來制備異型金屬基多孔復合材料的模具Sll放置于鑄造室S09中，模具Sll的上部蓋有帶透氣孔 S16的模具蓋板S15 ;模具Sll底部與鑄造室筒體S07底部之間放置有密封墊S17，通過鑄造室密封蓋板S04壓縮放置于模具蓋板S15上的彈簧S14來實現(xiàn)模具Sll底部與鑄造室筒體S07底部之間的密封。熔體制備系統(tǒng)包括熔煉爐X13與熔煉坩堝X12，熔煉坩堝X12上部焊接有加壓管POl與泄壓管P02，泄壓管P02上裝有閥門X04 ;熔煉坩堝X12與熔煉爐X13 上開有一個可密封的投料口 X06 ;熔煉坩堝X12上口蓋有一中間帶孔洞X03的熔煉坩堝密封蓋板XOl，熔煉坩堝密封蓋板XOl與熔煉坩堝外沿通過密封墊X02、用螺栓X07緊固密封。 加壓系統(tǒng)包括壓力儲氣罐X10、可調壓的充氣閥X09以及壓力表X08 ;壓力儲氣罐XlO通過加壓管POl與熔煉坩堝X12連通，可調壓的充氣閥X09與壓力表X08安裝在壓力儲氣罐XlO 與熔煉坩堝X12連通的加壓管上。導流部件Xll呈漏斗形，設置于熔煉坩堝X12與鑄造室 S09之間，導流部件Xll下部通過熔煉坩堝密封蓋板XOl上的孔洞X03伸入到熔煉坩堝X12 中，上部與鑄造室筒體S07下沿、熔煉坩堝密封蓋板XOl密封在一起。導流部件Xl I上部與鑄造室筒體S07下沿、熔煉坩堝密封蓋板XOl之間的密封，通過密封墊S20與密封墊S21用螺栓S19緊固實現(xiàn)。裝置所含有的熔煉坩堝X12、熔煉坩堝密封蓋板XOl、鑄造室筒體S07、 鑄造室密封蓋板S04、模具蓋板S15的材質均為耐熱不銹鋼或45#剛，模具的材質為鑄鋼或鑄鐵。用來密封的密封墊的材質均為石墨紙或內襯鐵皮的柔性石墨復合板中的任何一種。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的使用進行說明。實施例I :用本發(fā)明裝置制備三明治結構夾芯板。本實施例所述三明治結構夾芯板，指的是面板材料為I. 26mm厚度的LY12板，芯材為鋁/氧化鋁空心球復合材料，所采用氧化鋁空心球的粒徑為I. 6-2. 0mm，用6063鋁合金作為芯材中的鋁。附圖2為本實施例制備材料的設備示意圖。本實施例的具體實施包括如下步驟(I)將鋁面板S12表面用粗砂紙打磨去掉氧化皮，并用粗鋼絲輪打磨出深度O. I O.3mm的不規(guī)則紋路；(2)將模具Sll吊入鑄造室S09中，模具底部與鑄造室之間放置有石墨紙密封墊 S17 ;將一塊透氣隔板S13放置于模具Sll的底部；(3)將表面粗糙化處理的鋁面板S12固定在模具Sll中，并同時將氧化鋁空心球 SlO裝填到鋁板之間的間隔中；(4)在模具上面蓋上帶出氣孔S16的模具蓋板S15，然后在模具蓋板S15上放置幾根彈簧S14，再將鑄造室密封蓋板S04通過螺栓S05與鑄造室筒體S07緊密連接，鑄造室密封蓋板S04與鑄造室筒體S07之間的密封通過石墨紙密封墊S06實現(xiàn)密封。(5)當鋁錠從帶密封的給料X06裝入熔煉坩堝X12后，關閉給料X06、充氣閥X09、 泄壓閥X04以及鑄造室密封蓋板S04上的排氣口閥門S03與惰性氣體入口閥門SOl ;然后， 通過真空閥S02對體系抽真空，在真空度達到-O. 2MPa以下后，關閉真空閥S02、停止抽真空；最后打開惰性氣體入口閥門SOl給體系充入惰性氣體，在體系達到正壓后，打開排氣口閥門S03使體系一直在惰性氣體保護下，所述惰性氣體為氮氣或氬氣中的任何一種。(6)啟動熔煉爐X13與鑄造保溫爐S08的電源，使熔煉坩堝X12內鋁熔化并保溫在 760-800°C，同時還使模具Sll中溫度保溫在620-660°C ;然后，關閉惰性氣體入口閥門SOl 與排氣口閥門S03，同時打開閥門X04，打開與抽真空系統(tǒng)相連的閥門S02開始對系統(tǒng)抽真空；此時熔煉坩堝X12中熔體會在負壓下經(jīng)導流管Xll自下而上進入模具中；(7)當模具中熔體液面上升到浸沒所有氧化鋁顆粒后，關閉閥門S02，并斷掉鑄造保溫爐S08的電源；同時，關閉閥門X04、并打開閥門X09，使壓力表X08的壓力維持在
O.045MPa ；(8)當熱電偶S18溫度顯示降到650-660°C后，關閉閥門X09,同時打開閥門X04， 使導流管Xll中熔體在重力作用下流入熔煉坩堝。(9)移開鑄造室密封蓋板S04，吊出模具Sll，冷卻后取出鑄件，圖3為鑄件示意圖。(10)沿圖3中所示a-a，b_b，c-c切開，即得到圖4所示夾芯材料，顯然，面板與芯材之間實現(xiàn)了冶金結合。實施例2 用本發(fā)明裝置制備通孔泡沫鉛材料。本實施所用造孔材料為粒徑I. 6-2. Omm的KCl粒子，用Pb-Ag(O. 8% )合金作為基體金屬。附圖5為本實施例制備材料的設備示意圖。本實施例的具體實施包括如下步驟(I)將模具Sll吊入鑄造室S09中，模具底部與鑄造室之間放置有石墨紙密封墊 S17 ;將一塊透氣隔板S13放置于模具Sll的底部；然后將KCl粒子SlO裝填到模具Sll中；(2)在模具上面蓋上帶出氣孔S16的模具蓋板S15，然后在模具蓋板S15上放置幾根彈簧S14，再將鑄造室密封蓋板S04通過螺栓S05與鑄造室筒體S07緊密連接，鑄造室密封蓋板S04與鑄造室筒體S07之間的密封通過石墨紙密封墊S06實現(xiàn)密封。(3)當鉛錠從帶密封的給料X06裝入熔煉坩堝X12后，關閉給料X06、充氣閥X09、 泄壓閥X04以及鑄造室密封蓋板S04上的排氣口閥門S03與惰性氣體入口閥門SOl ;然后， 通過真空閥S02對體系抽真空，在真空度達到-O. 2MPa以下后，關閉真空閥S02、停止抽真空；最后打開惰性氣體入口閥門SOl給體系充入惰性氣體，在體系達到正壓后，打開排氣口閥門S03使體系一直在惰性氣體保護下，所述惰性氣體為氮氣或氬氣中的任何一種。
(4)啟動熔煉爐X13與鑄造保溫爐S08的電源，使熔煉坩堝X12內鉛熔化并保溫在 420-430°C，同時還使模具Sll中溫度保溫在280_300°C ;然后，關閉惰性氣體入口閥門SOl 與排氣口閥門S03，同時打開閥門X04，打開與抽真空系統(tǒng)相連的閥門S02開始對系統(tǒng)抽真空；此時熔煉坩堝X12中熔體會在負壓下經(jīng)導流管Xll自下而上進入模具中；(5)當模具中熔體液面上升到浸沒所有造孔粒子后，關閉閥門S02，并斷掉鑄造保溫爐S08的電源；同時，關閉閥門X04、并打開閥門X09，使壓力表X08的壓力維持在
O.045MPa ；(6)當熱電偶S18溫度顯示降到280°C后，關閉閥門X09，同時打開閥門X04，使導流管Xll中熔體在重力作用下流入熔煉坩堝。(7)移開鑄造室密封蓋板S04，吊出模具SI I，冷卻后取出鑄件，圖6和圖7為鑄件與其橫截面的照片。實施例3 用本發(fā)明裝置制備三明治結構拱門門框。本實施例所述三明治拱門門框，其表面材料為O. 5mm厚度的304不銹鋼，芯材為鋁 /氧化鋁空心球復合材料，所采用氧化鋁空心球的粒徑為I. 6-2. 0_，用6063鋁合金作為芯材中的鋁。圖8為本實施例制備材料的設備示意圖。本實施例的具體實施包括如下步驟(I)用不銹鋼板焊接一個空心拱門門框(見圖9)，該門框上部有一個裝料口 M01， 門框柱底部封有帶孔底板M03，底板M03上小孔的孔徑為1-1. 5mm ;兩個門框柱之間用耐火材料M02封住。氧化鋁空心球從裝料口 MOl裝進門框空腔內，灌裝氧化鋁空心球時，需要不斷震蕩來使氧化鋁空心球在門框空腔內密實。(2)將模具Sll吊入鑄造室S09中，模具底部與鑄造室之間放置有石墨紙密封墊 S17 ;將一塊透氣隔板S13放置于模具Sll的底部；然后，將將第I步所制備門框吊入模具中，門框柱的外側與透氣隔板S13之間封有耐火泥NO I。后面的步驟與實施例I的⑷ (9)相同。最后，吊出鑄件，取出門框柱之間的耐火材料M02，將裝料口 MOl焊合，將門框柱底部磨平，即得到三明治結構拱門門框。該門框具有質輕、降噪等效果。
權利要求
1.一種可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，包括熔體制備系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、導流部件(XII)、用來制備異型金屬基多孔復合材料的模具、鑄造系統(tǒng)與抽真空系統(tǒng)構成，下部的熔體制備系統(tǒng)與上部的鑄造系統(tǒng)由所述的導流部件(Xll)連通，其特征在于所述的鑄造系統(tǒng)包括鑄造保溫爐(S08)與鑄造室(S09)，所述的鑄造室(S09)的空間由鑄造室筒體 (S07)與鑄造室密封蓋板(S04)圍成，所述的鑄造室筒體(S07)與所述的鑄造室密封蓋板 (S04)之間放置有密封墊(S06)且通過螺栓(S05)緊固，所述的鑄造室密封蓋板(S04)上裝有鑄造室惰性氣體入口閥(S01)、排氣口閥門(S03)以及用來連通所述的鑄造室(S09)與外加抽真空系統(tǒng)的真空閥(S02);用來制備異型金屬基多孔復合材料的模具(Sll)放置于所述的鑄造室(S09)中，所述的模具(Sll)的上部蓋有帶透氣孔(S16)的模具蓋板(S15);所述的模具(Sll)底部與所述的鑄造室筒體(S07)底部之間放置有密封墊(S17)，通過所述的鑄造室密封蓋板(S04)壓縮放置于所述的模具蓋板(S15)上的彈簧(S14)來實現(xiàn)所述的模具(Sll)底部與所述的鑄造室筒體(S07)底部之間的密封。
2.根據(jù)權利要求I所述的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，其特征在于所述的熔體制備系統(tǒng)包括熔煉爐(X13)與熔煉坩堝(X12)，所述的熔煉坩堝(X12)上部焊接有加壓管(POl)與泄壓管(P02)，所述的泄壓管(P02)上裝有閥門(X04);所述的熔煉坩堝(X12) 與所述的熔煉爐(X13)上開有一個可密封的投料口(X06);所述的熔煉坩堝(X12)上口蓋有一中間帶孔洞(X03)的熔煉坩堝密封蓋板(XOl)，所述的熔煉坩堝密封蓋板(XOl)與熔煉坩堝外沿通過密封墊(X02)、用螺栓(X07)緊固密封。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，其特征在于 所述的加壓系統(tǒng)包括壓力儲氣罐(XlO)、可調壓的充氣閥(X09)以及壓力表(X08);壓力儲氣罐(XlO)通過加壓管(P 01)與熔煉坩堝(X12)連通，可調壓的充氣閥(X09)與壓力表 (X08)安裝在壓力儲氣罐與熔煉坩堝連通的加壓管上。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，其特征在于 所述的導流部件(Xll)呈漏斗形，設置于所述的熔煉坩堝(X12)與所述的鑄造室(S09)之間，所述的導流部件(Xll)下部通過熔煉坩堝密封蓋板(XOl)上的孔洞(X03)伸入到熔煉坩堝中，上部與鑄造室筒體(S07)下沿、熔煉坩堝密封蓋板(XOl)密封在一起。
5.根據(jù)權利要求4所述的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，其特征在于導流部件(Xll)上部與鑄造室筒體(S07)下沿、熔煉坩堝密封蓋板(XOl)之間的密封，通過密封墊(S20)與密封墊(S21)用螺栓(S19)緊固實現(xiàn)。
6.根據(jù)權利要求I或2所述的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，其特征在于 裝置所含有的熔煉坩堝、熔煉坩堝蓋板、鑄造室筒體、鑄造室密封蓋板、模具蓋板的材質均為耐熱不銹鋼或45#剛，模具的材質為鑄鋼或鑄鐵。
7.根據(jù)權利要求I或2所述的可制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，其特征在于 所述的用來密封的密封墊的材質均為石墨紙或內襯鐵皮的柔性石墨復合板中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用來制備異型金屬基多孔復合材料的裝置，由熔體制備系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、導流部件、鑄造系統(tǒng)與抽真空系統(tǒng)構成，導流部件連通熔體制備系統(tǒng)與鑄造系統(tǒng)。熔體制備系統(tǒng)中的熔煉坩堝與加壓系統(tǒng)直接連通，鑄造系統(tǒng)中的鑄造室與抽真空系統(tǒng)相連。通過抽真空使鑄造室形成負壓后，熔煉坩堝中的金屬熔體經(jīng)導流部件進入填充有造孔粒子的鑄造室模具中；在鑄造室模具中熔體達到預設高度后，使鑄造室模具中熔體在鑄造室負壓與熔煉坩堝正壓的雙重作用下冷凝。本發(fā)明不僅可以制備出復雜的異型多孔金屬構件，而且可有效減少常規(guī)鑄造法常見的滲流不足、滲流過度等缺陷、以及鑄件內部結晶疏松等缺陷的出現(xiàn)。
文檔編號B22D18/06GK102601342SQ20121011561
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權日2012年4月19日
發(fā)明者何靜, 劉宏專, 周向陽, 楊娟, 袁躍民, 高萬明 申請人:四川元泰達有色金屬材料有限公司