泡沫鋁的低壓滲流鑄造工藝研究

朱茂蘭

摘要:針對傳統滲流鑄造工藝制備泡沫鋁時滲流過程難以控制,易造成滲流不足或滲流過度,提出了一種泡沫鋁的新型鑄造工藝—低壓滲流鑄造工藝。研究了新工藝下填料粒子預熱溫度、熔體鑄造溫度、充型壓力和填料粒子粒徑等工藝參數對滲流成型過程的影響規律,獲得了孔徑可控、結構均勻的泡沫鋁制備技術。

關鍵詞:泡沫鋁低壓滲流鑄造滲流長度

1. 前言

目前,制備泡沫金屬的方法主要有粉末熔體發泡法、冶金法、鍍覆金屬法、熔模鑄造法和滲流鑄造法等。前四種方法由于工藝復雜,制作成本較高。滲流法是在熔融金屬條件下在預制體中直接滲流成形,具有易于控制孔隙結構和孔隙率、生產周期短、成本低、工藝簡單等優點,在國內外得到了廣泛的研究。

2. 實驗

2.1 實驗原料及步驟

主要原料為鋁, NaCl填料粒子,以及脫模劑。主要的實驗設備有:預熱爐、自制低壓滲流鑄造裝置。

實驗過程主要分為以下幾個步驟:

(1)對填料粒子進行預處理和篩分;

(2)將填料粒子填充入充型模中,預熱至指定溫度;

(3)加熱Al至一定的溫度,通過壓縮空氣使Al液在壓力下由下往上充型,并保持一定時間,直到鋁液凝固;

(4)取出樣品,除去填料粒子,即得到所需泡沫鋁

2.2實驗方法

在泡沫材料制備研究中,滲流長度一直是考察鑄造工藝優劣的重要指標。滲流長度越長,表明該工藝能制備的樣品尺寸越大,越接近工業應用的要求,因此本文選擇滲流長度這一指標對低壓滲流鑄造工藝參數進行研究。

3. 結果與分析

(1) 充型壓力對滲流長度的影響

圖1為鑄造溫度730℃、填料粒子預熱溫度430℃、填料粒子粒徑1.25~1.60mm,充型壓力分別為0.03、0.05、0.07和0.09MPa時充型壓力和滲流長度的關系。

由圖1可知,在相同的填料粒子預熱溫度、粒徑和鋁液鑄造溫度下,外加充型壓力越大,越有利于滲流長度的增加;但其增加的速率明顯下降,當充型壓力由0.07提高到0.09MPa時,滲流長度只有微小變化。充型的作用包括兩部分,一方面是克服鋁液自重;另一方面是客服由于鋁熔體和NaCl顆粒之間的潤濕性不好導致的表面張力。增加充型壓力有助于克服滲流縫隙中的流動阻力和表面張力,從而提高滲流長度,因此當充型壓力由0.03MPa提高到0.05MPa時,其滲流長度由58mm提高到了100mm。但充型壓力由0.07MPa提高到0.09MPa時,對滲流長度的影響不大,這是由于滲流前沿的鋁液受到粒子的冷卻作用很快凝固,此時僅靠提高充型壓力的方法來提高滲流長度的作用是非常有限的。

(2) 鑄造溫度對滲流長度的影響

圖2為充型壓力0.05MPa、填料粒子預熱溫度430℃、填料粒子粒徑1.25~1.60mm,鑄造溫度分別為700、730、760和790℃時鑄造溫度與滲流長度的關系。

由圖2可知,鑄造溫度的提高能顯著增加滲流長度。這是因為提高鑄造溫度能提高金屬液流動性,對金屬液填充顆粒間隙有利,從而使滲流長度增加。澆鑄過程中,金屬液與顆粒及滲流室進行熱交換,在過熱度消失前一直可以向顆粒間隙中滲流。從傳熱學角度分析,滲流體長度由兩部分組成:一是過熱存在條件下的流動長度;二是過熱消失后靠結晶潛熱維持流動的長度。

參考文獻:

[1]楊雪娟,劉穎,李夢,涂銘旌. 多孔金屬材料的制備及應用[J]. 材料導報,2007,21.

[2]劉培生,黃林國. 多孔金屬材料制備方法[J]. 功能材料,2002,33.

[3]王宏偉,李慶芬,李智偉,朱兆軍,魏尊杰. 鑄造法制備泡沫金屬材料[J]. 鑄造技術,2007,9.