一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备及其方法.pdf

本发明公开了一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备及其方法，所述的设备包括金属液槽、发泡室、流体孔、隔离墙、高压气室、金属结晶器；所述的金属结晶器的中部安装有高频超声振动器，所述的高频超声振动器与用于调节其振动频率、振幅及功率大小的高频超声电源连接。本发明启动高频超声振动器，使含有气泡的金属液通过金属结晶器时，在高频超声振动作用下，气泡被超声振动发生碎化，一个气泡碎化为几个更为细小的气泡；调整高频超声振动器的振动频率和振幅，使气泡的碎化程度和气泡尺寸符合要求；本发明通过高频超声振动形成的气泡大小、分布均匀，本发明工艺简单，成本低，适合大规模生产推广应用。

1.  一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备，包括金属液槽(1)、发泡室(2)、流体孔(3)、隔离墙(4)、高压气室(5)、金属结晶器(6)；所述的金属液槽(1)通过带流体孔(3)的隔离墙(4)与发泡室(2)分开，所述的金属液槽(1)的上部有高压气体室(5)，所述的发泡室(2)的侧面与金属结晶器(6)相连，其特征在于：所述的金属结晶器(6)的中部安装有高频超声振动器(7)，所述的高频超声振动器(7)与用于调节其振动频率、振幅及功率大小的高频超声电源(9)连接。

2.  根据权利要求1所述的一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备，其特征在于：所述的金属结晶器(6)与高频超声振动器(7)采用螺栓连接。

3.  根据权利要求1所述的一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备，其特征在于：所述的高频超声振动器(7)的实验功率为400～500W，振动频率为21.8kHz，振幅为1.4～2.0×10^-5m，实验时磁化电流为6～10A，屏极电流为1～2A。

4.  一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将金属液槽(1)中的金属加热到熔点以上约200-300℃，形成金属液(11)；
B、采用高压气体室(5)中的高压气体对金属液(11)进行气体溶解；打开流体孔(3)，金属液(11)中降压形成气泡(10)；
C、启动高频超声振动器(7)，使含有气泡(10)的金属液(11)通过金属结晶器(6)时，在高频超声振动作用下，气泡(10)被超声振动发生碎化，一个气泡(10)碎化为几个更为细小的气泡(10)；调整高频超声振动器(7)的振动频率和振幅，使气泡(10)的碎化程度和气泡尺寸符合要求；
D、使含有细小气孔的金属液(11)在金属结晶器(6)的尾部凝固结晶，形成多孔泡沫金属材料(8)。

一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备及其方法
技术领域
本发明属于机械工程领域的金属材料制备技术，特别是一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备及其方法。
背景技术
具有泡沫结构的多孔金属材料由于其特殊的结构形式，不仅具有可焊性、可导电、可延展等一般的金属属性，而且在吸能减震、高阻尼性、消声降噪、隔热换热、电磁屏蔽、透气透水等方面更显示出自身的特色，已经广泛应用于工业、医疗卫生、建筑行业、环保事业以及高新科技等领域。根据制备过程中金属的状态来分，多孔泡沫金属的制备方法主要有液相法、固相法和金属沉积法。液态金属的发泡可以通过直接吹气发泡法、金属氢化物分解发泡法等方法实现；固态金属的发泡可以通过粉末冶金法、粉末发泡法、金属空心球法和金属粉末纤维烧结法等方法实现；金属沉积法是采用化学或物理的方法实现的。但这些方法都存在一些问题：
1、金属氢化物分解发泡法由于金属氢化物分解过程难于控制，其形成的气泡与直接吹气法发泡法同样存在成本较高的问题；又由于H的存在容易形成氢脆，恶化金属的力学性能，仅适合于Al、Mg金属的发泡，对Ti金属及其合金则不适用。
2、Al金属的发泡只能使用直接吹气发泡法制备泡沫金属，但在制备工艺过程中，由于气泡的聚集、合并，Al泡沫金属中的孔隙大小难于控制，气孔尺寸大小不一，从而对材料的性能产生不利的影响。
3、对金属液发泡法，在负压条件下，溶解于液体中的气体形成气泡，对于气泡的生成、长大、聚并过程难于控制，形成的金属泡沫材料中空隙尺寸大小不一。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是要提出一种制备工艺简单、成本低廉、可以适用于多种金属发泡且气孔尺寸可以控制的用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备及其方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备，包括金属液槽、发泡室、流体孔、隔离墙、高压气室、金属结晶器；所述的金属液槽通过带流体孔的隔离墙与发泡室分开，所述的金属液槽的上部有高压气体室，所述的发泡室的侧面与金属结晶器相连，所述的金属结晶器的中部安装有高频超声振动器，所述的高频超声振动器与用于调节其振动频率、振幅及功率大小的高频超声电源连接。
本发明所述的金属结晶器与高频超声振动器采用螺栓连接。
本发明所述的高频超声振动器的实验功率为400～500W，振动频率为21.8kHz，振幅为1.4～2.0×10^-5m，实验时磁化电流为6～10A，屏极电流为1～2A。
一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的方法，包括以下步骤：
A、将金属液槽中的金属加热到熔点以上约200-300℃，形成金属液；
B、采用高压气体室中的高压气体对金属液进行气体溶解；打开流体孔，金属液中降压形成气泡；
C、启动高频超声振动器，使含有气泡的金属液通过金属结晶器时，在高频超声振动作用下，气泡被超声振动发生碎化，一个气泡碎化为几个更为细小的气泡；调整高频超声振动器的振动频率和振幅，使气泡的碎化程度和气泡尺寸符合要求；
D、使含有细小气孔的金属液在金属结晶器的尾部凝固结晶，形成多孔泡沫金属材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明采用高频超声振动对金属熔体进行热振动，使金属液产生大量气泡，溶解于液体中的气体可以扩散到气泡中。高频超声振动形成的气泡大小、分布均匀，此方法工艺简单，成本低，适合大规模生产推广应用。
2、本发明对所采用的气体没有严格的限制，采用惰性气体Ar、He、N₂、CO₂等等，对金属组织结构及力学性能无不良影响，克服了金属氢化物分解发泡法中H元素对Ti金属及其合金、钢铁等金属组织结构及力学性能的不良影响，可适用于多种金属的发泡。
3、本发明通过调整高频超声振动的频率、振幅，可以调整超声波对气泡的作用力，控制气泡的碎化程度和气泡尺寸，使零件的孔径尺寸大小可以在很大的范围内变化，适合大规模工业应用。
附图说明
本发明仅有附图1张，其中：
图1用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备的结构示意图。
图中，1、金属液槽，2、发泡室，3、流体孔，4、隔离墙，5、高压气体室，6、金属结晶器，7、高频超声振动器，8、泡沫金属材料，9、高频超声电源，10、气泡，11、金属液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述，如图1所示，一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的设备，包括金属液槽1、发泡室2、流体孔3、隔离墙4、高压气室5、金属结晶器6；所述的金属液槽1通过带流体孔3的隔离墙4与发泡室2分开，所述的金属液槽1的上部有高压气体室5，所述的发泡室2的侧面与金属结晶器6相连，所述的金属结晶器6的中部安装有高频超声振动器7，所述的高频超声振动器7与用于调节其振动频率、振幅及功率大小的高频超声电源9连接。所述的金属结晶器6与高频超声振动器7采用螺栓连接。所述的高频超声振动器7的实验功率为400～500W，振动频率为21.8kHz，振幅为1.4～2.0×10^-5m，实验时磁化电流为6～10A，屏极电流为1～2A。
一种用金属液发泡法制备多孔泡沫金属的方法，包括以下步骤：
A、将金属液槽1中的金属加热到熔点以上约200-300℃，形成金属液11；
B、采用高压气体室5中的高压气体对金属液11进行气体溶解；打开流体孔3，金属液11中降压形成气泡10；
C、启动高频超声振动器7，使含有气泡10的金属液11通过金属结晶器6时，在高频超声振动作用下，气泡10被超声振动发生碎化，一个气泡10碎化为几个更为细小的气泡10；调整高频超声振动器7的振动频率和振幅，使气泡10的碎化程度和气泡尺寸符合要求；
D、使含有细小气孔的金属液11在金属结晶器6的尾部凝固结晶，形成多孔泡沫金属材料8。
以下是本发明的一个具体实施例。以Al金属泡沫材料为例，Al金属液11在高压气体室5中在3～5×10⁵Pa高压气体作用下，保持0.5-1.0h，气体溶解于金属液11中；开启流体孔3，高压气体室5中的金属液11进入发泡室2；由于气压的降低，气体在熔体中的溶解度降低，溶解于金属熔体中的气体在发泡室2内从金属熔体中析出形成气泡10，由于气泡10的聚集和长大，其尺寸在工艺上难于控制，但夹带气泡10的金属液11通过金属结晶器6时，在高频超声振动器7的作用下，金属液11中的气泡10被碎化，形成大量的小气泡；在金属结晶器6的尾部冷却结晶，大量的小气泡保留下来，形成泡沫金属材料8。