朱茂蘭

摘要:針對(duì)傳統(tǒng)滲流鑄造工藝制備泡沫鋁時(shí)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(yù)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(shù)對(duì)滲流成型過程的影響規(guī)律,獲得了孔徑可控、結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鋁制備技術(shù)。

關(guān)鍵詞:泡沫鋁低壓滲流鑄造滲流長(zhǎng)度

1. 前言

目前,制備泡沫金屬的方法主要有粉末熔體發(fā)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(fù)雜,制作成本較高。滲流法是在熔融金屬條件下在預(yù)制體中直接滲流成形,具有易于控制孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率、生產(chǎn)周期短、成本低、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的研究。

2. 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備有:預(yù)熱爐、自制低壓滲流鑄造裝置。

實(shí)驗(yàn)過程主要分為以下幾個(gè)步驟:

(1)對(duì)填料粒子進(jìn)行預(yù)處理和篩分;

(2)將填料粒子填充入充型模中,預(yù)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(shí)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(shí)驗(yàn)方法

在泡沫材料制備研究中,滲流長(zhǎng)度一直是考察鑄造工藝優(yōu)劣的重要指標(biāo)。滲流長(zhǎng)度越長(zhǎng),表明該工藝能制備的樣品尺寸越大,越接近工業(yè)應(yīng)用的要求,因此本文選擇滲流長(zhǎng)度這一指標(biāo)對(duì)低壓滲流鑄造工藝參數(shù)進(jìn)行研究。

3. 結(jié)果與分析

(1) 充型壓力對(duì)滲流長(zhǎng)度的影響

圖1為鑄造溫度730℃、填料粒子預(yù)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(shí)充型壓力和滲流長(zhǎng)度的關(guān)系。

由圖1可知,在相同的填料粒子預(yù)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(zhǎng)度的增加;但其增加的速率明顯下降,當(dāng)充型壓力由0.07提高到0.09MPa時(shí),滲流長(zhǎng)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(rùn)濕性不好導(dǎo)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(dòng)阻力和表面張力,從而提高滲流長(zhǎng)度,因此當(dāng)充型壓力由0.03MPa提高到0.05MPa時(shí),其滲流長(zhǎng)度由58mm提高到了100mm。但充型壓力由0.07MPa提高到0.09MPa時(shí),對(duì)滲流長(zhǎng)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(shí)僅靠提高充型壓力的方法來提高滲流長(zhǎng)度的作用是非常有限的。

(2) 鑄造溫度對(duì)滲流長(zhǎng)度的影響

圖2為充型壓力0.05MPa、填料粒子預(yù)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(shí)鑄造溫度與滲流長(zhǎng)度的關(guān)系。

由圖2可知,鑄造溫度的提高能顯著增加滲流長(zhǎng)度。這是因?yàn)樘岣哞T造溫度能提高金屬液流動(dòng)性,對(duì)金屬液填充顆粒間隙有利,從而使?jié)B流長(zhǎng)度增加。澆鑄過程中,金屬液與顆粒及滲流室進(jìn)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(xué)角度分析,滲流體長(zhǎng)度由兩部分組成:一是過熱存在條件下的流動(dòng)長(zhǎng)度;二是過熱消失后靠結(jié)晶潛熱維持流動(dòng)的長(zhǎng)度。

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