CN112522694B - 一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法,按以下步骤进行:(1~6)制备预制板坯;(7)将预制板坯进行单面黑化处理;(8)将完成单面黑化处理的预制板坯进行双面黑化处理;(9)将电阻加热炉升温至580~630℃,然后将黑化预制板坯置于电阻加热炉内进行发泡处理,取出冷却至常温,获得泡沫铝夹芯板。本发明的方法可在较低的发泡温度环境下,实现发泡预制坯的快速升温过程,获得泡沫芯层膨胀率可达到800%以上,降低了对大尺寸传热模具的依赖,发泡前不再需预热模具,极大提高工业生产效率。
Description
技术领域
本发明属于材料加工技术领域,特别涉及一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法。
背景技术
泡沫铝夹芯板作为一种新兴的多孔复合金属材料,具有质轻、高比刚度和比强度、吸能性、消音性及电磁屏蔽性能优异等特性;该材料集结构性与功能性为一体,无论是在航天航空及交通运输领域中的轻量化设计,还是应用于城市建设及发动机隔板类的消声结构,以及可应用于车辆防撞梁及装甲车底盘的吸能设计,均具有很高的应用价值和发展前景;随着人们对其关注的加深,一种更为成熟的工业生产工艺显得极为重要。
目前泡沫铝夹芯板制备的工艺主要包括熔体发泡法与粉末冶金两种工艺路线;其中熔体发泡法制相对成熟,虽然已广泛应用于泡沫铝夹芯板的工业化生产,但实现泡沫芯层与面板的大面积高强度冶金结合较为困难,而粉末冶金工艺由于其自身工艺路线优势,有利于实现芯层与面板冶金结合的工业制备,目前已经成为科研的重点。
对于粉末冶金发泡工艺,可决定其最终产品质量的因素很多,主要包括粉末成分的匹配、轧制工艺参数的变化、以及发泡环境各种参量的控制等;其中在发泡环境中有关传热方式对发泡质量影响的相关文献目前很少;泡沫铝制备过程的早期阶段(由氢化钛开始分解至基体合金液化至一定程度)需要具备足够的升温速率,否则内部发泡剂氢化钛分解所不断积累的气体会引导早期通孔、裂纹缺陷的形成,气体若溢出还会降低其发泡膨胀率。
为了提高发泡早期阶段的传热效率,通常会提高预设炉温结合采用模具传热方式来实现,但其面临着以下问题:
泡沫铝夹芯板在发泡升温过程中外层面板与芯层泡沫之间存在一定的温度梯度,其梯度的大小与预设炉温与泡沫铝夹芯板面板表面实时温差呈正比例关系;提高预设炉温虽然可使发泡早期阶段升温速率加快,但在发泡后期阶段必然引起面板实际温度远高于芯层泡沫温度;若为保证面板强度则芯层泡沫实际温度过低,则膨胀率降低;若为保证芯层温度而提高其膨胀率,则面板过热过烧,降低其力学性能;发泡过程中预制坯内泡沫芯层的温度梯度会降低泡孔均匀性,同时随着发泡后期允许时间的缩短,所制取产品稳定性降低;此外随着预设炉温的增高,炉内温场均匀性控制难度增加,不仅难于制备大尺寸泡沫铝夹芯板,亦造成大量能源浪费。
除了提高温度外,人们仍可以通过红外辐射炉、盐浴炉以及利用模具热传导方式等实现坯料的快速升温;其中,采用红外辐射设备虽然可以满足泡沫预制坯板材的高效升温,但是发泡过程的温度难于控制,发泡过程中泡孔结构的稳定性与均匀性难以得到保证;盐浴加热方式虽然可实现板材的快速升温且温度控制极为稳定,但盐浴本身具有很高的危险性以及污染环境,很难推进工业化的生产;目前应用于泡沫铝夹芯板生产中最为常用的传热工艺为模具传热,虽然可以制取大尺寸泡沫铝板材,但在生产中仍有很多局限性,包括需要更高的传热模具尺寸,并且传热模具需要提前预热以保证传热的充分性;对于尺寸较大的发泡预制坯,亦需预热处理,避免传热模具温降过大而影响发泡效果,即使满足以上种种要求,在低于630℃的发泡温度环境下,实验室中可获得的泡沫芯层的膨胀率一般不超过500%。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法,将预制板坯表面进行黑化处理,采用常规加热炉进行发泡,可在较低温度下获得超高膨胀率,适用于大尺寸泡沫铝夹芯板,提高芯层泡孔质量,降低设备要求。
本发明的方法按以下步骤进行:
1、将铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉、锌白铜粉和发泡剂混合均匀获得芯层混合粉末;芯层混合粉末的元素成分按质量百分比为Si 5~10%;Mg 1~8%,Cu 1~6%,Zn 0~2%,发泡剂0.5~2%,其余为Al;所述的发泡剂为氢化钛粉;
2、采用3000系铝合金或6000系铝合金的管材或板材;将管材在400±10℃退火处理1~3h,然后先用压力机压扁,再用轧机轧制成管状型腔;或者将两个平行放置的板材的两个侧边密封处理,构成管状型腔;所述的管状型腔由上板、下板以及两者之间的连接部构成,上板和下板互相平行,距离为20~30mm;管状型腔的宽度为40~1200mm,壁厚为2~8mm;
3、将管状型腔的内表面进行预处理,预处理过程时先碱洗去除油污,然后经酸洗去除杂质,再水洗去除酸液,最后干燥去除水分;
4、将经过表面预处理的管状型腔的一端作为前端,另一端作为尾端;将前端通过铆钉将上板和下板固定在一起,相邻铆接处之间的空隙作为预留排气孔;将石棉或海绵从尾端放入管状型腔内,然后将芯层混合粉末从尾端填充到管状型腔,并在尾端预留30~60mm的铆接固定距离;再次将石棉或海绵从尾端加入到管状型腔内;两次加入的石棉或海绵在前端和尾端覆盖芯层混合粉末,用于阻止轧制过程中芯层混合粉末随气流排出;然后将尾端压扁,再通过铆钉将上板和下板固定在一起,相邻铆接处之间的空隙作为预留排气孔,制成预制件;预制件的前端和尾端即为管状型腔的前端和尾端;
5、对预制件进行3~7道次冷轧,每道次的压下率为3~8%,使芯层混合粉末和管状型腔达到初级致密化,制成坯料;冷轧方向从尾端向前端轧制或从前端向尾端轧制,并且相邻两个道次的冷轧的方向相反;
6、将坯料进行热轧,开轧温度为330~480℃,终轧温度为300~450℃,总压下率为40~70%,获得热轧板坯;将热轧板坯在400~500℃条件下热处理,时间1~5h,然后裁边处理,去除经过铆接处理的部分,制成预制板坯;
7、将预制板坯进行单面黑化处理,方法为:将石墨粉与过渡涂料按质量比1:(1~8)搅拌混合均匀,制成粘稠状的黑化涂料;将黑化涂料涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;或者将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;或者将石墨板覆盖在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;
8、将完成单面黑化处理的预制板坯进行双面黑化处理,方法为:将黑化涂料涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;或者将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;或者将石墨板覆盖在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;完成双面黑化处理的预制板坯作为黑化预制板坯;所述的另一侧表面为完成单面黑化处理的预制板坯上未进行黑化处理的一侧表面;
9、将电阻加热炉升温至580~630℃,然后将黑化预制板坯置于升温后的电阻加热炉内进行发泡处理,时间为10~20min,再取出冷却至常温,获得泡沫铝夹芯板。
上述的步骤9中,进行发泡处理时,为保证泡沫铝夹芯板厚度均匀,在黑化预制板坯的上方设置限位模具,或者将发泡完成后的物料取出后用压板压至目标厚度。
上述的泡沫铝夹芯板的芯层膨胀率为600~900%。
上述的步骤7中,预制板坯的上下表面用水清洗之后风干,然后进行黑化处理。
上述的步骤7中,石墨粉的粒度2500~10000目。
上述的步骤7中,过渡涂料选用ZS-1011过渡涂料或高温防氧化涂层液。
上述的步骤7和8中,黑色耐高温自喷漆为耐温800℃的黑色耐高温自喷漆。
上述的步骤7和8中,当采用石墨板覆盖时,使预制板坯的一侧或两侧表面与石墨板紧密全部贴合在一起。
上述的步骤7中,当将黑化涂料涂覆在预制板坯的一侧表面后,空气中风干,然后进行步骤8;当将黑化涂料涂覆在预制板坯的另一侧表面后,空气中风干,然后进行步骤9。
上述的步骤9中,冷却方式为空冷,水冷或喷雾冷却。
本发明的方法采用表面黑化处理,使石墨板、耐高温自喷漆或石墨粉涂层作为传热介质,当预制板坯表面平整度较差时,采用涂覆自喷漆或涂料的方法较好,当预制板坯表面平整度较好时,可采用覆盖石墨板的方法;根据目标产品的孔隙率和孔径需要,控制发泡温度在580~630℃,时间在10~20min内选择,制成高膨胀率的泡沫铝夹芯板。
本发明的方法采用普通的加热炉升温,能有效减少外层面板综合性能的降低,并明显提高其芯层的发泡能力,明显高于模具传热工艺下所能达到的400~500%的膨胀率区间,从而进一步扩展了泡沫铝夹芯板较传统金属材料在轻量化设计上的优势。
本发明的方法采用黑化涂层的传热方式操作简单方便,即将室温条件下预制坯直接置于常规加热炉内,彻底摆脱了传热模具尺寸的限制,缩短了发泡准备周期,极大提高了实际生产效率;由于传热的高效性,即使发泡预设炉温可以进一步降低至600℃以下,仍具备高达600%以上的膨胀能力;相比于采用更高预设炉温发泡方式,涂有石墨后在此温度区间内升温速率缓慢而稳定。此温度区间下,芯层泡沫基本处于半固态状态,液相比例虽然在升温过程缓慢增加,但泡沫基体仍可保持有一定的黏度。而泡孔的长大与合并需要时间,此温度区间自然作为调节芯层泡孔孔径和圆度的最理想温度区间;而对于无石墨处理的样品,此阶段过渡时间更长,基体由固态转液相比例更高,同时结合液体在自重影响下导致泡壁变得更薄,支撑能力减弱,泡孔极容易出现坍塌;更低炉温有利于发泡后期传热的均匀性,泡沫铝夹芯板内部芯层通孔类缺陷得以有效降低,芯层泡孔综合质量得以提高,也大大提高了能源的利用率,降低了设备使用要求。
本发明的方法可在较低的发泡温度环境下,利用表面黑化处理后的铝合金面板对辐射热源的高效率吸收,实现了发泡预制坯的快速升温过程,不仅可以有效降低能源消耗,而且有效缩短发泡时间,提高生产效率;获得泡沫芯层膨胀率可达到800%以上,有利于扩大轻量化设计优势,并且其芯层泡孔无论是圆度还是均匀度得以极大提高;芯层泡孔发泡过程的稳定性再次得以提高,由于其高效传热速率,在发泡时间及膨胀率不变的前提下,最低发泡炉温允许进一步降低,避免了铝合金面板过热过烧的可能。而且低温发泡环境有利于提高泡沫芯层温度均匀性,降低缺陷形成概率,方便对最终产品质量的调控;发泡样品尺寸可以得到进一步增加,其降低了对大尺寸传热模具的依赖,发泡前不再需预热模具,极大提高工业生产效率,降低了工业生产难度。
附图说明:
图1为本发明实施例中的基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法流程示意图;
图2为本发明实施例4中的预制板坯和泡沫铝夹芯板的外观照片图;图中,上层为预制板坯,下层为泡沫铝夹芯板;
图3为本发明实施例1中的不同发泡方式制成的泡沫铝夹芯板外观照片图;图中,上层为未进行黑化处理发泡的泡沫夹芯板,中层为单面进行黑化处理发泡的泡沫铝夹芯板,下层为双面进行黑化处理发泡的泡沫铝夹芯板;
图4为本发明实施例2中泡沫铝夹芯板外观照片图;
图5为本发明实施例2中泡沫铝夹芯板截面外观照片图;
图6为本发明实施例3中泡沫铝夹芯板外观照片图;
图7为本发明实施例3中泡沫铝夹芯板截面外观照片图。。
具体实施方式
本发明实施例中的铝粉/铝合金粉、硅粉和镁粉的粒度在100~400目;铜粉、锌白铜粉和氢化钛粉的粒度在400~1000目。
本发明实施例中的芯层混合粉末的元素成分按质量百分比为Si 5~10%;Mg 1~8%,Cu 1~6%,Zn 0~2%,发泡剂0.5~2%,其余为Al;
本发明实施例中采用3003铝合金、6061铝合金或6063铝合金的管材或板材;将管材在400±10℃退火处理1~3h,然后先用压力机压扁,再用轧机轧制成管状型腔;或者将两个平行放置的板材的两个侧边密封处理,构成管状型腔;所述的管状型腔由上板、下板以及两者之间的连接部构成,上板和下板互相平行,距离为20~30mm;管状型腔的宽度为40~1200mm,壁厚为2~8mm;
本发明实施例中的氢化钛粉使用前在420~520℃条件下预氧化处理1~4h。
本发明实施例中获得芯层混合粉末时的混合时间为1~4h。
本发明实施例中两个侧边密封处理的方法采用以下方式之一:1、将上板和下板的两个侧边分别弯折,弯折部分的角度与水平面夹角为30°~60°,使上板和下板的两个侧边端部接触,然后焊接进行密封;2、将上板和下板的两个侧边分别折叠两次,构成平板部分和两侧的V型部分,然后将上板和下板的V型部分叠放在一起,形成密封;3、在上板和下板的两个侧边分别放置一个柔性金属板,将上板和下板的两个侧边分别焊接到柔性金属上,形成密封;所述的柔性金属为1050铝合金、1060铝合金或1100铝合金,厚度为3~10mm。
本发明实施例中,碱洗采用的碱液为浓度25~45g/L的NaOH水溶液浸泡10~40min,碱洗的方式为将管状型腔置于碱液中浸泡,时间为10~40min;酸洗采用的酸液为质量浓度30%的盐酸,酸洗的方式为将碱洗后的管状型腔置于酸液中浸泡,至管状型腔表面光洁为止。
本发明实施例中,在前端或尾端通过铆钉固定时,铆钉沿管状型腔的宽度方向均匀分布,相邻铆钉的间距在10~100mm,铆钉间的缝隙作为排气孔。
本发明实施例中采用的铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉和锌白铜粉的纯度都大于99%,发泡剂TiH2纯度大于99.5%。
本发明实施例中的铝合金粉为含有硅、铜、锌和/或镁元素的铝合金粉。
本发明实施例中金属粉末混合采用的设备为三维混料机。
本发明实施例中进行3~7道次冷轧,每道次的压下率为3~8%,冷轧的总压下率≤25%。
本发明实施例中前端或后端采用铆钉固定时,采用铆钉材质为纯铝,铆钉数量为2个以上。
本发明实施例中铆钉间的部分在冷轧进行时变形扩大,完成排气功能。
本发明实施例中热轧的开轧温度为330~480℃,终轧温度为300~450℃,总压下率为40~70%,获得热轧板坯。
本发明实施例中将热轧板坯在400~500℃条件下热处理,时间1~5h。
本发明实施例中预制板坯的上下表面用水清洗之后风干,然后进行黑化处理。
本发明实施例中石墨粉的粒度2500~10000目。
本发明实施例中过渡涂料选用ZS-1011过渡涂料或高温防氧化涂层液。
本发明实施例中黑色耐高温自喷漆为4SD汽车卡钳喷漆、道酬卡钳喷漆或哑光黑色金属漆刷。
本发明实施例中,当石墨板放置在预制板坯的上面进行发泡处理时,石墨板的厚度1~3mm;当石墨板位于预制板坯的下面进行发泡处理时,石墨板的厚度为3~30mm。
本发明实施例中当采用石墨板覆盖时,使预制板坯的一侧或两侧表面与石墨板紧密全部贴合在一起。
本发明实施例中当将黑化涂料涂覆在预制板坯的一侧表面后,空气中风干,然后进行双面黑化处理;当将黑化涂料涂覆在预制板坯的另一侧表面后,空气中风干,然后进行发泡处理。
本发明实施例中冷却方式为空冷,水冷或喷雾冷却。
本发明实施例中进行发泡处理时,为保证泡沫铝夹芯板厚度均匀,在黑化预制板坯的上方设置限位模具,或者将发泡完成后的物料取出后用压板压至目标厚度。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明,以下为本发明优选实施例。
实施例1
流程如图1所示;
将铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉、锌白铜粉和发泡剂混合均匀获得芯层混合粉末;
制成管状型腔;
将管状型腔的内表面进行预处理,预处理过程时先碱洗去除油污,然后经酸洗去除杂质,再水洗去除酸液,最后干燥去除水分;
将经过表面预处理的管状型腔的一端作为前端,另一端作为尾端;将前端通过铆钉将上板和下板固定在一起,相邻铆接处之间的空隙作为预留排气孔;将石棉或海绵从尾端放入管状型腔内,然后将芯层混合粉末从尾端填充到管状型腔,并在尾端预留的铆接固定距离;再次将石棉或海绵从尾端加入到管状型腔内;两次加入的石棉或海绵在前端和尾端覆盖芯层混合粉末,用于阻止轧制过程中芯层混合粉末随气流排出;然后将尾端压扁,再通过铆钉将上板和下板固定在一起,相邻铆接处之间的空隙作为预留排气孔,制成预制件;预制件的前端和尾端即为管状型腔的前端和尾端;
对预制件进行冷轧,使芯层混合粉末和管状型腔达到初级致密化,制成坯料;冷轧方向从尾端向前端轧制或从前端向尾端轧制,并且相邻两个道次的冷轧的方向相反;
将坯料进行热轧,经过热处理后裁边处理,去除经过铆接处理的部分,制成预制板坯;
将预制板坯进行单面黑化处理,方法为:将石墨粉与过渡涂料按质量比1:(1~8)搅拌混合均匀,制成粘稠状的黑化涂料;将黑化涂料涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;或者将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;或者将石墨板覆盖在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;
将完成单面黑化处理的预制板坯进行双面黑化处理,方法为:将黑化涂料涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;或者将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;或者将石墨板覆盖在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;完成双面黑化处理的预制板坯作为黑化预制板坯;所述的另一侧表面为完成单面黑化处理的预制板坯上未进行黑化处理的一侧表面;
将电阻加热炉升温至620℃,然后将黑化预制板坯置于升温后的电阻加热炉内进行发泡处理,时间为16min,再取出冷却至常温,获得厚度35mm的泡沫铝夹芯板,外观如图3的下层所示,最终芯层膨胀率880%;
采用相同的预制板坯,在未进行黑化处理的条件下,按上述方式直接发泡进行对比试验,获得的泡沫铝夹芯板外观如图3的上层所示;
采用相同的预制板坯,在进行单面黑化处理的条件下,按上述方式直接发泡进行对比试验,获得的泡沫铝夹芯板外观如图3的中层所示。
实施例2
方法同实施例1,不同点在于:
(1)将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;将石墨板覆盖在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;
(2)将电阻加热炉升温至610℃;控制黑化预制板坯的芯层膨胀率810%,发泡时间20min;获得厚度32.5mm的泡沫铝夹芯板,外观如图4所示,最终芯层膨胀率810%;将泡沫铝夹芯板边部切割后的截面外观如图5所示。
实施例3
方法同实施例1,不同点在于:
(1)将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;
(2)将电阻加热炉升温至630℃;控制黑化预制板坯的芯层膨胀率850%,发泡时间18min;获得厚度34mm的泡沫铝夹芯板,外观如图6所示,最终芯层膨胀率850%;将泡沫铝夹芯板边部切割后的截面外观如图7所示。
实施例4
方法同实施例1,不同点在于:
(1)将石墨粉与过渡涂料按质量比1:8搅拌混合均匀,制成粘稠状的黑化涂料;将黑化涂料涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;
(2)将电阻加热炉升温至600℃;控制黑化预制板坯的芯层膨胀率800%,发泡时间16min;获得厚度32mm的泡沫铝夹芯板,最终芯层膨胀率800%;相同的预制板坯与泡沫铝夹芯板叠放比较的外观照片如图2所示。
Claims (3)
1.一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法,按以下步骤进行:
(1)将铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉、锌白铜粉和发泡剂混合均匀获得芯层混合粉末;芯层混合粉末的元素成分按质量百分比为Si 5~10%;Mg 1~8%,Cu 1~6%,Zn 0~2%,发泡剂0.5~2%,其余为Al;所述的发泡剂为氢化钛粉;
(2)采用3000系铝合金或6000系铝合金的管材或板材;将管材在400±10℃退火处理1~3h,然后先用压力机压扁,再用轧机轧制成管状型腔;或者将两个平行放置的板材的两个侧边密封处理,构成管状型腔;所述的管状型腔由上板、下板以及两者之间的连接部构成,上板和下板互相平行,距离为20~30mm;管状型腔的宽度为40~1200mm,壁厚为2~8mm;
(3)将管状型腔的内表面进行预处理,预处理过程时先碱洗去除油污,然后经酸洗去除杂质,再水洗去除酸液,最后干燥去除水分;
(4)将经过表面预处理的管状型腔的一端作为前端,另一端作为尾端;将前端通过铆钉将上板和下板固定在一起,相邻铆接处之间的空隙作为预留排气孔;将石棉或海绵从尾端放入管状型腔内,然后将芯层混合粉末从尾端填充到管状型腔,并在尾端预留30~60mm的铆接固定距离;再次将石棉或海绵从尾端加入到管状型腔内;两次加入的石棉或海绵在前端和尾端覆盖芯层混合粉末,用于阻止轧制过程中芯层混合粉末随气流排出;然后将尾端压扁,再通过铆钉将上板和下板固定在一起,相邻铆接处之间的空隙作为预留排气孔,制成预制件;预制件的前端和尾端即为管状型腔的前端和尾端;
(5)对预制件进行3~7道次冷轧,每道次的压下率为3~8%,使芯层混合粉末和管状型腔达到初级致密化,制成坯料;冷轧方向从尾端向前端轧制或从前端向尾端轧制,并且相邻两个道次的冷轧的方向相反;
(6)将坯料进行热轧,开轧温度为330~480℃,终轧温度为300~450℃,总压下率为40~70%,获得热轧板坯;将热轧板坯在400~500℃条件下热处理,时间1~5h,然后裁边处理,去除经过铆接处理的部分,制成预制板坯;
其特征在于:
(7)将预制板坯进行单面黑化处理,方法为:将石墨粉与过渡涂料按质量比1:(1~8)搅拌混合均匀,制成粘稠状的黑化涂料;将黑化涂料涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;或者将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理;或者将石墨板覆盖在预制板坯的一侧表面,完成单面黑化处理; 所述的石墨粉的粒度2500~10000目;所述的过渡涂料为ZS-1011 过渡涂料或高温防氧化涂层液;黑色耐高温自喷漆为耐温800℃的黑色耐高温自喷漆;
(8)将完成单面黑化处理的预制板坯进行双面黑化处理,方法为:将黑化涂料涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;或者将黑色耐高温自喷漆涂覆在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;或者将石墨板覆盖在预制板坯的另一侧表面,完成双面黑化处理;完成双面黑化处理的预制板坯作为黑化预制板坯;所述的另一侧表面为完成单面黑化处理的预制板坯上未进行黑化处理的一侧表面;
(9)将电阻加热炉升温至580~630℃,然后将黑化预制板坯置于升温后的电阻加热炉内进行发泡处理,时间为10~20min,再取出冷却至常温,获得泡沫铝夹芯板。
2.根据权利要求1所述的一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法,其特征在于所述的泡沫铝夹芯板的芯层膨胀率为600~900%。
3.根据权利要求1所述的一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法,其特征在于步骤(9)中,冷却方式为空冷,水冷或喷雾冷却。
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH071632A (ja) * | 1993-06-18 | 1995-01-06 | Ig Tech Res Inc | 耐火複合板 |
CN102389976A (zh) * | 2011-11-28 | 2012-03-28 | 苏州大学 | 一种泡沫铝及合金夹芯板的制备方法 |
CN103320639A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-09-25 | 广西大学 | 泡沫铝的制备方法 |
CN106583739A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-04-26 | 北京有色金属研究总院 | 一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板及其制造方法 |
CN106670474A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-17 | 苏州大学 | 一种泡沫铝夹芯板的制备方法 |
CN108705084A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-10-26 | 东北大学 | 一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法 |
CN109136618A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 中国航空制造技术研究院 | 一种梯度泡沫铝材料的制备方法 |
CN110480018A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-11-22 | 燕山大学 | 一种铝合金/铝基复合材料复合板的制备方法 |
CN111215630A (zh) * | 2018-11-23 | 2020-06-02 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040163492A1 (en) * | 2001-05-17 | 2004-08-26 | Crowley Mark D | Method for producing foamed aluminum products |
EP2001574B1 (en) * | 2006-03-31 | 2011-01-19 | Porvair, PLC | Low expansion corrosion resistant ceramic foam filters for molten aluminum filtration |
FR2957280B1 (fr) * | 2010-03-12 | 2012-07-13 | Centre Nat Rech Scient | Procede de fabrication d'un complexe metallique |
CN106944623B (zh) * | 2017-01-20 | 2019-01-29 | 清华大学 | 泡沫铝夹芯复合结构的制备方法 |
-
2020
- 2020-11-17 CN CN202011287013.3A patent/CN112522694B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH071632A (ja) * | 1993-06-18 | 1995-01-06 | Ig Tech Res Inc | 耐火複合板 |
CN102389976A (zh) * | 2011-11-28 | 2012-03-28 | 苏州大学 | 一种泡沫铝及合金夹芯板的制备方法 |
CN103320639A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-09-25 | 广西大学 | 泡沫铝的制备方法 |
CN106583739A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-04-26 | 北京有色金属研究总院 | 一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板及其制造方法 |
CN106670474A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-17 | 苏州大学 | 一种泡沫铝夹芯板的制备方法 |
CN108705084A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-10-26 | 东北大学 | 一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法 |
CN109136618A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 中国航空制造技术研究院 | 一种梯度泡沫铝材料的制备方法 |
CN111215630A (zh) * | 2018-11-23 | 2020-06-02 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法 |
CN110480018A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-11-22 | 燕山大学 | 一种铝合金/铝基复合材料复合板的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
preparation of aluminum foam sandwich by rolling-bonding/powder metallurgy foaming technology;ZU Guoyin et al;《journal of WuHan university of technology-mater》;20110831;第26卷(第4期);第671-674页 * |
泡沫铝夹芯板的粉末冶金制备工艺;刘佳等;《材料与冶金学报》;20140630;第13卷(第2期);第152-156页 * |
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Publication number | Publication date |
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