泡沫铝的低压渗流铸造工艺研究

朱茂兰

摘要:针对传统渗流铸造工艺制备泡沫铝时渗流过程难以控制,易造成渗流不足或渗流过度,提出了一种泡沫铝的新型铸造工艺—低压渗流铸造工艺。研究了新工艺下填料粒子预热温度、熔体铸造温度、充型压力和填料粒子粒径等工艺参数对渗流成型过程的影响规律,获得了孔径可控、结构均匀的泡沫铝制备技术。

关键词:泡沫铝低压渗流铸造渗流长度

1. 前言

目前,制备泡沫金属的方法主要有粉末熔体发泡法、冶金法、镀覆金属法、熔模铸造法和渗流铸造法等。前四种方法由于工艺复杂,制作成本较高。渗流法是在熔融金属条件下在预制体中直接渗流成形,具有易于控制孔隙结构和孔隙率、生产周期短、成本低、工艺简单等优点,在国内外得到了广泛的研究。

2. 实验

2.1 实验原料及步骤

主要原料为铝, NaCl填料粒子,以及脱模剂。主要的实验设备有:预热炉、自制低压渗流铸造装置。

实验过程主要分为以下几个步骤:

(1)对填料粒子进行预处理和筛分;

(2)将填料粒子填充入充型模中,预热至指定温度;

(3)加热Al至一定的温度,通过压缩空气使Al液在压力下由下往上充型,并保持一定时间,直到铝液凝固;

(4)取出样品,除去填料粒子,即得到所需泡沫铝

2.2实验方法

在泡沫材料制备研究中,渗流长度一直是考察铸造工艺优劣的重要指标。渗流长度越长,表明该工艺能制备的样品尺寸越大,越接近工业应用的要求,因此本文选择渗流长度这一指标对低压渗流铸造工艺参数进行研究。

3. 结果与分析

(1) 充型压力对渗流长度的影响

图1为铸造温度730℃、填料粒子预热温度430℃、填料粒子粒径1.25~1.60mm,充型压力分别为0.03、0.05、0.07和0.09MPa时充型压力和渗流长度的关系。

由图1可知,在相同的填料粒子预热温度、粒径和铝液铸造温度下,外加充型压力越大,越有利于渗流长度的增加;但其增加的速率明显下降,当充型压力由0.07提高到0.09MPa时,渗流长度只有微小变化。充型的作用包括两部分,一方面是克服铝液自重;另一方面是客服由于铝熔体和NaCl颗粒之间的润湿性不好导致的表面张力。增加充型压力有助于克服渗流缝隙中的流动阻力和表面张力,从而提高渗流长度,因此当充型压力由0.03MPa提高到0.05MPa时,其渗流长度由58mm提高到了100mm。但充型压力由0.07MPa提高到0.09MPa时,对渗流长度的影响不大,这是由于渗流前沿的铝液受到粒子的冷却作用很快凝固,此时仅靠提高充型压力的方法来提高渗流长度的作用是非常有限的。

(2) 铸造温度对渗流长度的影响

图2为充型压力0.05MPa、填料粒子预热温度430℃、填料粒子粒径1.25~1.60mm,铸造温度分别为700、730、760和790℃时铸造温度与渗流长度的关系。

由图2可知,铸造温度的提高能显著增加渗流长度。这是因为提高铸造温度能提高金属液流动性,对金属液填充颗粒间隙有利,从而使渗流长度增加。浇铸过程中,金属液与颗粒及渗流室进行热交换,在过热度消失前一直可以向颗粒间隙中渗流。从传热学角度分析,渗流体长度由两部分组成:一是过热存在条件下的流动长度;二是过热消失后靠结晶潜热维持流动的长度。

参考文献:

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