日期:24-07-19 時(shí)間:01:55 來源: 益榮金屬
開孔泡沫鋁制備及其性能研究(十一)
試驗(yàn)過程及方法
用石膏型熔模制備開孔泡沫鋁的工藝原理
首先選取一定孔徑的三維連通的聚氨酯網(wǎng)狀海綿作為母體材料,修剪并置于金屬模具中。然后將配制完畢并進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬蟮氖嗷旌蠞{料注入已經(jīng)準(zhǔn)備好的聚氨酯網(wǎng)狀海綿中,形成石膏漿料與海綿的混合體。將靜置一段時(shí)間后的混合體進(jìn)行干燥和焙燒處理,使得石膏型進(jìn)一步干燥硬化以及海綿氣化分解,從而制得與原聚氨酯網(wǎng)狀海綿結(jié)構(gòu)基本一致的石膏型預(yù)制塊。將預(yù)制塊放入金屬模具中,澆入鋁液,并施加一定的壓力,從而使鋁液滲入石膏型預(yù)制塊的孔隙中,得到石膏型與鋁合金的混合體。待冷卻后,從金屬模中取出混合體并進(jìn)行切割清理,通過水浸泡及高壓水沖洗的方式去除其中的石膏,即得最終的成品高孔隙率的開孔泡沫鋁。
石膏型預(yù)制塊的制備工藝
(1)海綿的選取與預(yù)處理
作為母體材料的聚氨酯網(wǎng)狀海綿的結(jié)構(gòu)特征對于最終成型的開孔泡沫鋁的結(jié)構(gòu)和性能有著十分重要的影響。因此,在選取聚氨酯網(wǎng)狀海綿時(shí),應(yīng)該選取發(fā)泡孔隙均勻且三維連通性好的。本實(shí)驗(yàn)所選用的聚氨酯海綿均為洛陽藍(lán)天海上2綿廠生產(chǎn),其孔隙均勻,三維連通性好,符合實(shí)驗(yàn)要求。選取孔徑為3.0mm的聚氨酯網(wǎng)狀海綿,進(jìn)行修剪,使其能夠裝入用于滲流的金屬模具中,并且為了脫模的方便,需要修剪出一定的拔模斜度。將修剪完畢的海綿浸入10%~20%濃度的NaOH溶液中浸泡數(shù)小時(shí),以去除海綿中可能存在的網(wǎng)格間膜以及附著物,之后用清水沖洗海綿,晾干后備用。
(2)石膏型漿料的配置
本實(shí)驗(yàn)所選用石膏型漿料的主要成分為石膏、MgSO4、鋁礬土以及水。石膏為精密鑄造用石膏粉,其成分為α型半水石膏。所謂α型半水石膏是指二水石膏在0.13MPa的氣壓下,128℃的潮濕熱空氣中加熱脫水所得。α型半水石膏屬于斜方晶系,又被稱為高強(qiáng)度石膏,因其組織較致密,比重較大,加水凝結(jié)后強(qiáng)度比較高。這種石膏具有收縮率小,所需混水量較少,流動(dòng)性好等特點(diǎn),而成為一種理想的造型填充材料。此種石膏經(jīng)混水后,發(fā)生水化反應(yīng),轉(zhuǎn)化為二水石膏,形成可塑性漿料,其反應(yīng)式為:
α-CaSO4·1/2H2O+3/2H2O→CaSO4·2H2O+Q (2-1)
反應(yīng)過程中,除α型半水石膏轉(zhuǎn)化為二水石膏外,還會(huì)放出熱量,從而使石膏漿料的溫度升高,體積膨脹。二水石膏晶體隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷析出、長大,并相互鏈接成網(wǎng)絡(luò),漿料則隨之逐漸凝固,硬化,以致產(chǎn)生強(qiáng)度。石膏難溶于水,在水中的溶解度以CaSO4計(jì)算,18℃時(shí)為0.2%,40℃時(shí)為 0.21%,100℃時(shí)為0.17%。所以需要通過加入水溶性添加劑來提高石膏的水溶潰散性,以利于后續(xù)的清理工作。本實(shí)驗(yàn)選用MgSO?作為水溶性添加劑,因?yàn)榕c其他鹽類相比,加入 MgSO?能夠更好地縮短石膏型混合漿料的溶解時(shí)間。而且MgSO?本身良好的水溶性,有助于在清理的過程中石膏的潰散。石膏型漿料的另一重要成分為鋁礬土。鋁礬土又稱礬土或鋁土礦,主要成分是氧化鋁,是一種白色或灰白色的土狀礦物。其密度為3.9~4g/cm3,硬度為1~3,不透明,質(zhì)脆,極難熔化,不溶于水,能溶于硫酸、氫 氧化鈉溶液。主要用于煉鋁,制耐火材料。本實(shí)驗(yàn)所用鋁礬土為鋁礬土熟料,加入鋁礬土的目的在于抵抗石膏型的高溫收縮和裂紋傾向。其原因主要是石膏在加熱過程中,會(huì)在150℃~200℃發(fā)生脫水收縮,在400℃左右發(fā)生較大的相 變收縮,而使石膏型易產(chǎn)生裂紋。鋁礬土的加入能夠起到強(qiáng)化和穩(wěn)定石膏型的作用。
硫酸鎂用于改善石膏型混合漿料的水溶性,但其含量不能過多,否則在干燥石膏型時(shí)MgSO?7H?O和CaSO?會(huì)自溶于保留的結(jié)晶水中,使石膏型的結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定,故硫酸鎂的用量一般不超過25%。鋁礬土用于抵抗石膏型高溫收縮和裂紋傾向,同時(shí)還可以提高強(qiáng)度,但是用量過多會(huì)使清理難度加大,因此加入量應(yīng)控制在5%~10%的范圍內(nèi)。根據(jù) MgSO?含量對石膏型抗壓強(qiáng)度的影響的研究,確定最佳的石膏型成分配比范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:石膏65%~75%,硫酸鎂15%~25%,鋁礬土5%~10%。
將石膏粉、硫酸鎂、鋁礬土和水按一定比例混合后,攪拌3~5分鐘。待攪拌均勻后,將其倒入已置入海綿的金屬模具中,并施加機(jī)械振動(dòng),振動(dòng)時(shí)間約2~4分鐘,以消除氣泡使石膏漿料更好地填充到海綿孔隙中去。在填充的過程中,需施加外力抵住海綿,以免海綿因振動(dòng)和石膏漿料的填充而上浮。石膏終凝時(shí)間約為10分鐘左右,此時(shí)石膏漿料已完全固化,脫模取出石膏-海綿混合體。
(3)預(yù)制塊的干燥與焙燒
將制備好的石膏-海綿混合體進(jìn)行自然干燥,干燥時(shí)間為20~24小時(shí),干燥溫度為室溫。然后將經(jīng)自然干燥后的混合體放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi),進(jìn)行低溫干燥,干燥溫度一般為70℃~100℃之間,干燥時(shí)間為5~7小時(shí),以達(dá)到去除混合體中殘留水分的目的。待低溫干燥完畢,將混合體轉(zhuǎn)入箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行焙燒。由于石膏在焙燒過程中會(huì)發(fā)生一系列相變,且石膏導(dǎo)熱性較差會(huì)造成心表溫度差,容易產(chǎn)生裂紋,故采用逐級(jí)升溫、分段保溫的焙燒工藝。
焙燒的過程是為了去除試樣中的水分、海綿以及雜質(zhì),并且使石膏型強(qiáng)度進(jìn)一步提高。焙燒完畢后,將預(yù)制塊保留在爐膛內(nèi)隨爐冷卻,待完全冷卻后取出試樣,即為所要制備的石膏型預(yù)制塊,試樣上的孔洞是石膏型內(nèi)海綿基體高溫?fù)]發(fā)后留下的。
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