本發(fā)明涉及通孔泡沫鋁材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用熔模鑄造制備通孔泡沫鋁材料的方法。

背景技術(shù)：

泡沫鋁是在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經(jīng)過(guò)發(fā)泡工藝而成，同時(shí)兼有金屬和氣泡特征。它密度小、高吸收沖擊能力強(qiáng)、耐高溫、防火性能強(qiáng)、抗腐蝕、隔音降噪、導(dǎo)熱率低、電磁屏蔽性高、耐候性強(qiáng)、有過(guò)濾能力、易加工、易安裝、成形精度高、可進(jìn)行表面涂裝。泡沫鋁屬于泡沫材料泡沫金屬類，泡沫鋁按照孔形孔結(jié)構(gòu)大致分為通孔型泡沫鋁和閉孔型泡沫鋁。

現(xiàn)有技術(shù)通孔泡沫鋁的制備工藝主要采用滲流鑄造法，一般以食鹽(NaCl)粒子作為填料，在熔融金屬中蒸發(fā)獲得泡沫鋁。公布號(hào)為CN104550867A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種“泡沫鋁合金的滲流鑄造工藝”，以食鹽粒子作為造孔劑，經(jīng)預(yù)熱篩分后的食鹽粒徑為2～3mm，選用ZL102鋁硅合金，鋁合金在井式電阻爐內(nèi)熔制；把處理好的食鹽裝入模具中，在箱式電爐中升溫預(yù)熱到一定溫度；取出后把鋁合金液澆入模內(nèi)，加壓，迫使金屬液進(jìn)入粒子空隙中去：凝固后脫去工裝，按照預(yù)定形狀進(jìn)行切削加工；溶去食鹽粒子，獲得泡沫鋁。但這種方法存在著孔徑和孔結(jié)構(gòu)不夠均勻、孔隙貫通率不好、易腐蝕、工藝局限性大等缺點(diǎn)，并且滲流鑄造法制備的通孔泡沫鋁通孔率在60～70％之間，用于熱交換、流體過(guò)濾、流體均布效果不太理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是采用熔模鑄造制備通孔泡沫鋁，提供一種能夠提高通孔泡沫鋁的孔隙率且能夠使性能更加優(yōu)良穩(wěn)定的制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種融模鑄造制備通孔泡沫鋁材料的方法，包括以下步驟：

A步驟,聚氨酯海綿熔模制備

A1.熔模準(zhǔn)備，選擇平均孔徑在1.5～2.0mm，孔隙均勻、連通性好的三維聚氨酯網(wǎng)狀海綿，

A2.噴涂，使用噴涂機(jī)將聚氨酯漆料均勻噴涂到聚氨酯海綿表面，

A3.固化，將噴涂后的聚氨酯海綿放入經(jīng)過(guò)預(yù)熱60～70℃的加熱爐中，勻速升溫到110～120℃，并保溫0.5～1h，

A4.聚氨酯結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、粗化,重復(fù)A2～A3的步驟，直至獲得滿足要求的聚氨酯結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度；

B步驟，石膏模型的制備

B1.石膏選用，選用流動(dòng)性好、耐火度強(qiáng)、易清除的α型半水石膏，

B2.石膏型的成分和配比，選定α型半水石膏做耐火材料,耐火材料的基體成分按質(zhì)量百分比為40～45％石膏、30～35％緩凝劑、10～15％無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、15～20％水，

B3.制模，將處理好的聚氨酯海綿固定在模具中,把配比完成的耐火材料漿液注入緩慢注入到模具中,并將模具置于振動(dòng)機(jī)上振動(dòng),使耐火材料漿液充分滲入到聚氨酯海綿孔隙中,待漿液硬化后,放入200～220℃的烘干箱中烘干,然后脫模,最后置于焙燒爐中焙燒，獲得石膏型；

C步驟，熔融態(tài)鋁液體注型

C1.熔煉，熔煉ZAlSi7Mg鋁液，

C2.澆注溫度，鋁液體澆注溫度一般為700～730℃，

C3.石膏型預(yù)熱溫度，石膏型的預(yù)熱溫度為400～450℃為宜，

C4.真空度，真空度一般為-0.02～-0.05MPa，

C5.將石膏型放入真空系統(tǒng)中，在符合步驟C1、C2、C3選擇設(shè)定的參數(shù)時(shí)開始澆注鋁液體；

D步驟，通孔泡沫鋁成型

1.將石膏型和凝固的鋁從真空系統(tǒng)裝置中取出，并放置于15～20℃的水中進(jìn)行冷卻，然后通過(guò)射流技術(shù)清除石膏型，獲得通孔泡沫鋁。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通孔泡沫鋁材料，其特征在于，所述的通孔泡沫鋁材料孔隙率為91％～97.5％，孔徑為0.42mm～1.5mm。

本發(fā)明的有益效果是：采用融模鑄造法，通過(guò)控制聚氨酯海綿的粗化處理次數(shù)進(jìn)而控制并獲得預(yù)期的通孔泡沫鋁的孔隙率、孔徑和屈服強(qiáng)度，所得到的全通孔泡沫鋁主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)為，孔隙率大于91％、孔徑范圍0.42mm～1.5mm、屈服強(qiáng)度最高可達(dá)58.6KPa。通過(guò)進(jìn)一步選擇優(yōu)化鋁液體澆注溫度、石膏型預(yù)熱溫度和真空度，使得通孔泡沫鋁的性能更加優(yōu)良和穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明融模鑄造方法在模具中向石膏型澆注鋁液體示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

融模鑄造制備孔隙率為91％～97.5％，孔徑為0.42mm～1.5mm的通孔泡沫鋁材料，包括以下步驟：

A步驟,聚氨酯海綿熔模制備

A1.熔模準(zhǔn)備，選擇平均孔徑在1.5～2.0mm、孔隙均勻、連通性好的三維聚氨酯網(wǎng)狀海綿，

A2.噴涂，使用自動(dòng)噴涂機(jī)將聚氨酯漆料均勻噴涂到聚氨酯海綿表面，

A3.固化，將噴涂后的聚氨酯海綿放入經(jīng)過(guò)預(yù)熱60～70℃的加熱爐中，勻速升溫到110～120℃，并保溫0.5～1h，

A4.聚氨酯結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、粗化,重復(fù)A2～A3的步驟，直至得到滿足要求的聚氨酯結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度；

B步驟，石膏模型的制備

B1.石膏選用，選用流動(dòng)性好、耐火度強(qiáng)、易清除的α型半水石膏，

B2.石膏型的成分和配比，選定α型半水石膏做耐火材料,并確定耐火材料的基體成分按質(zhì)量百分比為40～45％石膏,30～35％緩凝劑,10～15％無(wú)機(jī)粘結(jié)劑,15～20％水，

B3.制模，將處理好的聚氨酯海綿固定在模具中,把配比完成的耐火材料漿液注入緩慢注入到模具中,并將模具置于振動(dòng)機(jī)上振動(dòng),使耐火材料漿液充分滲入到聚氨酯海綿孔隙中,待漿液硬化后,放入200～220℃的烘箱中烘干,然后脫模,最后置于焙燒爐中焙燒，獲得石膏型；

C步驟，熔融態(tài)鋁液體注型

C1.熔煉ZAlSi7Mg鋁液，這種鋁合金熔煉后的鋁液體具有良好的流動(dòng)性，更易與石膏型融合，

C2.鋁液體澆注溫度，鋁液體澆注成型時(shí)，溫度過(guò)高容易形成泄露并使操作難度增加，溫度過(guò)低則容易凝固導(dǎo)致成型不好，孔貫通率差。所以一般溫度選取為700～730℃，

C3.石膏型預(yù)熱溫度，石膏型的預(yù)熱溫度過(guò)高過(guò)低都會(huì)對(duì)成型造成不良影響，溫度過(guò)高容易形成泄露并使操作難度增加；溫度過(guò)低則容易凝固導(dǎo)致成型不好，孔貫通率差。所以選取溫度在400～450℃為宜，

C4.真空度的影響，抽真空度是為了使鋁液體順利進(jìn)入到石膏型中，但真空度過(guò)大過(guò)小都會(huì)對(duì)成型造成不良影響，真空度過(guò)高會(huì)使鋁液體滲出模具，真空度過(guò)低會(huì)使鋁液體無(wú)法完全融入孔隙中，導(dǎo)致成型體孔隙不貫通。所以真空度一般為-0.02～-0.05MPa，

C5.將石膏型放入真空系統(tǒng)中，在符合步驟C1、C2、C3選擇設(shè)定參數(shù)時(shí)開始澆注鋁液體；

D步驟，通孔泡沫鋁成型

將石膏型和凝固的鋁從真空系統(tǒng)裝置中取出，并放置于15～20℃的水中進(jìn)行冷卻，然后通過(guò)射流技術(shù)清除石膏型，從而獲得最終所要的通孔泡沫鋁。

在模具1向石膏型3澆注鋁液體2如圖1所示，在澆注過(guò)程中通過(guò)抽真空系統(tǒng)5提高模具1內(nèi)部的真空度，一般在石膏型3的底部設(shè)置透氣層4。

實(shí)施例一

A步驟，聚氨酯海綿熔模制備

選用孔隙率為97～98％，孔徑為1.45～1.5mm的孔隙均勻、連通性好的三維聚氨酯網(wǎng)狀海綿，將準(zhǔn)備好的聚氨酯海綿放入自動(dòng)噴涂機(jī)中，調(diào)整機(jī)器將聚氨酯漆料均勻噴灑到聚氨酯海綿表面；將加熱爐預(yù)熱到55℃，再將噴涂后的聚氨酯海綿放入經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的加熱爐中，勻速升溫到110℃，并保溫0.5h。未對(duì)聚氨酯海綿結(jié)進(jìn)行粗化處理。

B步驟，石膏模型的制備

將A步驟中準(zhǔn)備好的聚氨酯海綿放入模具中，然后按照質(zhì)量百分比配比α型半水石膏，石膏粉：緩凝劑：無(wú)機(jī)粘結(jié)劑：水＝40:30:10:20，并將石膏漿原料均勻攪拌，直至石膏漿中沒(méi)有氣泡為止。然后把石膏漿緩慢注入到模具中，并將模具置于振動(dòng)機(jī)上進(jìn)行振動(dòng)，使石膏漿與聚氨酯海綿更好融合到一起，待漿液硬化后,放入200℃的烘干箱中烘干后進(jìn)行脫模,置于焙燒爐中焙燒獲得石膏型。

C步驟，熔融態(tài)鋁液體注型

將石膏型在加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱，溫度為400℃、時(shí)間為5～6h,同時(shí)熔煉ZAlSi7Mg鋁液體，將透氣層放置在模具的最底層，用于排除鋁液體及石膏型中的氣體，使鋁液體與石膏型融合的更飽和。然后將熔煉后的鋁液體注入石膏型中，澆注溫度為700℃，然后密閉模具，真空系統(tǒng)開始吸壓，真空度為—0.05MPa；

D步驟，通孔泡沫鋁成型

熔融態(tài)鋁液體澆注10min之后，將石膏型和凝固的鋁從真空系統(tǒng)裝置中取出，并放置于15℃的水中進(jìn)行冷卻，然后通過(guò)射流技術(shù)清除石膏型，從而獲得最終所要的通孔泡沫鋁。

所制備的通孔泡沫鋁參數(shù)如下：

孔隙率：97.5％；

平均孔徑：1.42mm；

屈服強(qiáng)度：17.6KPa。

實(shí)施例二

對(duì)聚氨酯海綿結(jié)進(jìn)行1次粗化處理，其余步驟、參數(shù)與實(shí)施例一相同。

所制備的通孔泡沫鋁參數(shù)如下：

孔隙率：96.2％；

平均孔徑：1.38mm；

屈服強(qiáng)度：21.5KPa。

實(shí)施例三

A步驟，聚氨酯海綿熔模制備

選用孔隙率為97～98％，孔徑為1.45～1.5mm的孔隙均勻、連通性好的三維聚氨酯網(wǎng)狀海綿，將準(zhǔn)備好的聚氨酯海綿放入自動(dòng)噴涂機(jī)中，調(diào)整機(jī)器將聚氨酯漆料均勻噴灑到聚氨酯海綿表面；將加熱爐預(yù)熱到57℃，再將噴涂后的聚氨酯海綿放入經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的加熱爐中，勻速升溫到115℃，并保溫0.7h。對(duì)聚氨酯海綿進(jìn)行2次粗化處理得到滿足要求的聚氨酯結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度。

B步驟，石膏模型的制備

將A步驟中準(zhǔn)備好的聚氨酯海綿放入模具中，然后按照質(zhì)量百分比配比α型半水石膏，石膏粉：緩凝劑：無(wú)機(jī)粘結(jié)劑：水＝43:30:10:17，并將石膏漿原料均勻攪拌，直至石膏漿中沒(méi)有氣泡為止。然后把石膏漿緩慢注入到模具中，并將模具置于振動(dòng)機(jī)上進(jìn)行振動(dòng)，使石膏漿與聚氨酯海綿更好融合到一起，待漿液硬化后,放入210℃的烘干箱中烘干后進(jìn)行脫模,置于焙燒爐中焙燒獲得石膏型。

C步驟，熔融態(tài)鋁液體注型

將石膏型在加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱，溫度為430℃、時(shí)間為5.5h,同時(shí)熔煉ZAlSi7Mg鋁液體，將透氣層放置在模具的最底層，用于排除鋁液體及石膏型中的氣體，使鋁液體與石膏型融合的更飽和。然后將熔煉后的鋁液體注入石膏型中，澆注溫度為720℃，然后密閉模具，真空系統(tǒng)開始吸壓，真空度為-0.03MPa；

D步驟，通孔泡沫鋁成型

熔融態(tài)鋁液體澆注12min之后，將石膏型和凝固的鋁從真空系統(tǒng)裝置中取出，并放置于17℃的水中進(jìn)行冷卻，然后通過(guò)射流技術(shù)清除石膏型，從而獲得最終所要的通孔泡沫鋁。

所制備的通孔泡沫鋁參數(shù)如下：

孔隙率：97％；

平均孔徑：1.25mm；

屈服強(qiáng)度：27.8KPa。

實(shí)施例四

對(duì)聚氨酯海綿結(jié)進(jìn)行3次粗化處理，其余步驟、參數(shù)與實(shí)施例三相同。

所制備的通孔泡沫鋁參數(shù)如下：

孔隙率：93.1％；

平均孔徑：1.12mm；

屈服強(qiáng)度：37.9KPa。

實(shí)施例五

對(duì)聚氨酯海綿結(jié)進(jìn)行4次粗化處理，其余步驟、參數(shù)與實(shí)施例三相同。

所制備的通孔泡沫鋁參數(shù)如下：

孔隙率：92.5％；

平均孔徑：1.07mm；

屈服強(qiáng)度：45.6KPa。

實(shí)施例六

A步驟，聚氨酯海綿熔模制備

選用孔隙率為97～98％，孔徑為1.45～1.5mm的孔隙均勻、連通性好的三維聚氨酯網(wǎng)狀海綿，將準(zhǔn)備好的聚氨酯海綿放入自動(dòng)噴涂機(jī)中，調(diào)整機(jī)器將聚氨酯漆料均勻噴灑到聚氨酯海綿表面；將加熱爐預(yù)熱到60℃，再將噴涂后的聚氨酯海綿放入經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的加熱爐中，勻速升溫到120℃，并保溫1h。未對(duì)聚氨酯海綿結(jié)進(jìn)行粗化處理。對(duì)聚氨酯海綿進(jìn)行5次粗化處理得到滿足要求的聚氨酯結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度。

B步驟，石膏模型的制備

將A步驟中準(zhǔn)備好的聚氨酯海綿放入模具中，然后按照質(zhì)量百分比配比α型半水石膏，石膏粉：緩凝劑：無(wú)機(jī)粘結(jié)劑：水＝45:30:10:15，并將石膏漿原料均勻攪拌，直至石膏漿中沒(méi)有氣泡為止。然后把石膏漿緩慢注入到模具中，并將模具置于振動(dòng)機(jī)上進(jìn)行振動(dòng)，使石膏漿與聚氨酯海綿更好融合到一起，待漿液硬化后,放入220℃的烘干箱中烘干后進(jìn)行脫模,置于焙燒爐中焙燒獲得石膏型。

C步驟，熔融態(tài)鋁液體注型

將石膏型在加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱，溫度為450℃、時(shí)間為6h,同時(shí)熔煉ZAlSi7Mg鋁液體，將透氣層放置在模具的最底層，用于排除鋁液體及石膏型中的氣體，使鋁液體與石膏型融合的更飽和。然后將熔煉后的鋁液體注入石膏型中，澆注溫度為700℃，然后密閉模具，真空系統(tǒng)開始吸壓，真空度為-0.02MPa；

D步驟，通孔泡沫鋁成型

熔融態(tài)鋁液體澆注15min之后，將石膏型和凝固的鋁從真空系統(tǒng)裝置中取出，并放置于20℃的水中進(jìn)行冷卻，然后通過(guò)射流技術(shù)清除石膏型，從而獲得最終所要的通孔泡沫鋁。

所制備的通孔泡沫鋁參數(shù)如下：

孔隙率：91％；

平均孔徑：1.01mm；

屈服強(qiáng)度：58.6KPa。

實(shí)施例一～六中不同工藝所得通孔泡沫鋁參數(shù)對(duì)比如表1：

表1

通過(guò)上表中的數(shù)據(jù)可以表明，聚氨酯海綿的粗化處理次數(shù)將影響通孔泡沫鋁的孔隙率及孔徑和屈服強(qiáng)度，可以根據(jù)調(diào)整粗化的次數(shù)來(lái)控制最終想要得到的通孔泡沫鋁尺寸結(jié)構(gòu)，通孔泡沫鋁具備更優(yōu)良的性能，應(yīng)用更加廣泛。