11、熔体鼓气发泡法制备泡沫铝的装置优化研究

第二章 泡沫铝的凝固过程和冷却方式

2.1 泡沫铝的凝固过程

2.1.1 泡沫体的凝固特性

泡沫体在自然冷却下凝固时，外层泡沫呈现出由外向内温度升高的温度梯度，而内层泡沫温度变化很小。

在金属凝固过程中，存在体积凝固、中间凝固和层状凝固三种凝固方式。凝固方式是由2个因素确定：①金属本身的结晶温度范围；②由冷却条件决定的金属内部的温度梯度。对于纯金属或结晶温度范围很小的合金，其断面的凝固区域很窄，属于层状凝固方式；对于结晶范围很大，或者断面的温度梯度很小的合金，其断面的凝固区域很宽，属于体积凝固方式；介于上述两者之间，属于中间凝固方式。熔体泡沫的凝固方式取决于以下2个因素：①与结晶温度范围有关的基体材料；②熔体泡沫内部温度梯度。

基体材料的平衡结晶温度范围较小。在凝固开始时，外层凝固速度较快，呈现出层状凝固方式。由于泡沫体内存在大量气泡，使其具有独特的低导热性，内层部分在低于某一冷却速度时，其凝固界面上的温度梯度很小，凝固区宽度b的计算公式为：

b=(T₁-Tₛ) / G            （2-1）

式中，(T₁-Tₛ)为合金的平衡结晶温度范围；G为凝固界面的温度梯度。由于T₁-Tₛ=632-608=24℃，基体材料的结晶温度范围比较小，从式（2-1）可知，当G较小时，内层泡沫部分凝固时则表现为中间凝固方式或体积凝固方式，凝固时存在着比较宽的固液共存区，泡沫铝凝固时在中心轴处最后凝固部分会产生较大的裂纹缺陷。