1.一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备,其特征在于:包括熔体溜槽(1)、熔体处理装置(2)、供气装置(3)、检测装置(5)、铸轧装置(6)和吹气装置(7),所述熔体溜槽(1)的内腔密闭且外壁埋有加热装置,用于进行控温,所述熔体溜槽(1)包括浇注容腔(101)、连通容腔(102)与发泡容腔(103),所述熔体处理装置(2)和检测装置(5)设置于浇注容腔(101)上方,所述熔体处理装置(2)用于制备预制金属熔体,并通过密封接口向浇注容腔(101)内部浇注预制金属熔体,所述检测装置(5)用于检测浇注容腔(101)内部预制金属熔体的液位高度并反馈调整熔体处理装置(2)的浇注流量,实现浇注容腔(101)的液位高度恒定;
所述铸轧装置(6)包括传动系统(601)、压下系统(602)、主机架(603)、铸轧辊系(604)和仿形侧封(605),所述铸轧辊系(604)设置于主机架(603)内部,包括两套孔型铸轧辊(6041)和轴承座(6042),所述孔型铸轧辊(6041)内部通有循环冷却水且表面设有渐变孔型,在所述孔型铸轧辊(6041)的表面涂有厚度分布规律相同的隔热涂层,所述隔热涂层用于以凝固点高度为目标控制孔型铸轧辊(6041)沿其轴线方向的冷却能力均匀性,所述传动系统(601)用于带动孔型铸轧辊(6041)旋转,所述压下系统(602)用于控制孔型铸轧辊(6041)之间的相对位置,从而达到控制辊缝的目的,两个所述孔型铸轧辊(6041)共同组成渐变截面辊缝,并与位于下方的吹气容腔(303)和位于两端的仿形侧封(605)共同围成铸轧区,在所述孔型铸轧辊(6041)与吹气容腔(303)之间留有尺寸可调整的弧形间隙;
所述供气装置(3)向吹气装置(7)提供压缩气体,所述吹气装置(7)设置于发泡容腔(103)底部且位于铸轧装置(6)正下方,吹气装置(7)的内部气孔结构沿辊缝的宽度方向和/或长度方向呈梯度分布,持续向发泡容腔(103)内部的预制金属熔体吹入气泡群,形成含有梯度分布气泡群的预制金属熔体,含有梯度分布气泡群的预制金属熔体经过铸轧区时同时受到铸轧辊的快速凝固与轧制变形作用,形成具有梯度纤维状孔洞的空间梯度结构泡沫金属板。
2.根据权利要求1所述的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备,其特征在于:还包括增压装置(4),所述供气装置(3)提供的压缩气体经过所述增压装置(4)后通过密封接口进入浇注容腔(101)的上部,并向浇注容腔(101)内部的预制金属熔体施加向下的挤压压力,所述检测装置(5)还可用于检测浇注容腔(101)内的挤压压力,从而反馈调整增压装置(4)的输出压力,实现浇注容腔(101)的挤压压力恒定。
3.根据权利要求2所述的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备,其特征在于:还包括整流装置(8),所述整流装置(8)设置于发泡容腔(103)底部且位于铸轧装置(6)的正下方,所述吹气装置(7)位于整流装置(8)内部,且整流装置(8)在沿孔型铸轧辊(6041)的轴线开设两侧流道(801),预制金属熔体通过两侧流道(801)进入整流装置(8)内部,吹气装置(7)吹气后形成含有梯度气泡群的预制金属熔体,整流装置(8)的外壁与发泡容腔(103)的内壁之间留有不含梯度气泡群的预制金属熔体流通间隙,并且整流装置(8)的顶部不低于发泡容腔(103)的顶部且与孔型铸轧辊(6041)之间留有弧形间隙,所述吹气装置(7)和整流装置(8)的形状与渐变截面辊缝的形状相同。
4.根据权利要求3所述的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备,其特征在于:还包括开卷装置(9),所述开卷装置(9)有两个,安装在铸轧装置(6)的上方,且对称设置于渐变截面辊缝两侧,分别用于不同带材的恒张力开卷,带材经过开卷装置(9)开卷后,分别紧贴相邻的孔型铸轧辊(6041)绕半周,然后穿过孔型铸轧辊(6041)与吹气容腔(303)之间的弧形间隙,进入铸轧区,随后经过渐变截面辊缝离开,完成与预制金属熔体的轧制复合。
5.利用权利要求1所述成形设备的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1;预制金属熔体:向熔体处理装置(2)中加入纯金属或合金原料,加热至温度T1熔化并保温,加入颗粒或粉末对液态金属熔体进行增黏处理,然后随炉降温至温度T2并保温,制备出满足发泡稳定性要求的预制金属熔体;
S2;调整安装尺寸:调整铸轧辊系(604)位置,设定渐变截面辊缝尺寸H0,调整孔型铸轧辊(6041)与发泡容腔(103)之间的弧形间隙为0mm,铸轧辊系(604)、仿形侧封(605)与发泡容腔(103)共同围成铸轧区;
S3;稳定均匀浇注:开启供气装置(3)产生压缩气体,预热熔体溜槽(1)至温度T3,通过熔体处理装置(2)向浇注容腔(101)中浇注预制金属熔体,流经连通容腔(102)后进入发泡容腔(103),利用检测装置(5)对浇注容腔(101)内部的液位高度进行检测,反馈调整熔体处理装置(2)的浇注流量,实现液位高度恒定;
S4;持续动态浇注:启动铸轧装置(6),压缩气体经过吹气装置(7)的微米或纳米级内部孔隙后,进入预制金属熔体中形成梯度气泡群,随后逐渐上升,进入铸轧辊系(604)、仿形侧封(605)与发泡容腔(103)共同围成的铸轧区;
S5;连续铸轧成形:含有梯度气泡群的预制金属熔体在铸轧区内同时受到孔型铸轧辊(6041)的快速凝固与轧制变形作用,铸轧区内凝固区与轧制区的分界线最高处称为凝固点,凝固点与孔型铸轧辊(6041)轴线所在平面的距离为凝固点高度LKP,决定着泡孔变形程度,梯度气泡群凝固后沿轧制方向延伸,由球形变为纤维状,形成具有梯度纤维状孔洞特征的渐变截面泡沫金属板,达到稳定状态后实现连续成形。
6.利用权利要求3所述成形设备的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形方法,其特征在于:包括以下步骤:
A1;预制金属熔体:向熔体处理装置(2)中加入纯金属或合金原料,加热至温度T1熔化并保温,加入颗粒或粉末对液态金属熔体进行增黏处理,然后随炉降温至温度T2并保温,制备出满足发泡稳定性要求的预制金属熔体;
A2;调整安装尺寸:调整铸轧辊系(604)位置,设定渐变截面辊缝尺寸H0,调整孔型铸轧辊(6041)与发泡容腔(103)之间的弧形间隙为0mm,铸轧辊系(604)、仿形侧封(605)与发泡容腔(103)共同围成铸轧区,安装整流装置(8),设定进入铸轧区之前不含梯度气泡群预制金属熔体的宽度和含有梯度气泡群预制金属熔体的宽度;
A3;稳定反向挤压:开启供气装置(3)产生压缩气体,预热熔体溜槽(1)至温度T3,通过熔体处理装置(2)向浇注容腔(101)中浇注预制金属熔体,流经连通容腔(102)后进入发泡容腔(103),利用检测装置(5)对浇注容腔(101)的内部气体压力和液位高度进行检测,反馈调整增压装置(4)的输出压力和熔体处理装置(2)的浇注流量,实现挤压压力和液位高度恒定;
A4;动态发泡汇流:启动铸轧装置(6),压缩气体经过吹气装置(7)的微米或纳米级内部孔隙后,进入预制金属熔体中形成梯度气泡群,随后经过整流装置(8)内部进入铸轧区,同时整流装置(8)与发泡容腔(103)之间不含梯度气泡群的预制金属熔体在浇注容腔(101)的反向挤压压力作用下进入铸轧区,与含有梯度气泡群的预制金属熔体在铸轧区内部汇聚;
A5;连续铸轧成形:经过铸轧区内孔型铸轧辊(6041)的快速凝固与轧制复合作用,不含梯度气泡群的预制金属熔体凝固和变形成为厚度为H1的实体覆层,含有梯度气泡群的预制金属熔体凝固和变形成为厚度为H2的泡沫芯层,实体覆层与泡沫芯层实现复合界面冶金结合,铸轧区内凝固区与轧制区的分界线最高处称为凝固点,凝固点与孔型铸轧辊(6041)轴线所在平面的距离为凝固点高度LKP,决定着泡孔变形程度,梯度气泡群凝固后沿轧制方向延伸,由球形变为纤维状,形成具有梯度纤维状孔洞特征的渐变截面泡沫金属夹芯板,达到稳定状态后实现连续成形。
7.利用权利要求4所述成形设备的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形方法,其特征在于:包括以下步骤:
B1;预制金属熔体:向熔体处理装置(2)中加入纯金属或合金原料,加热至温度T1熔化并保温,加入颗粒或粉末对液态金属熔体进行增黏处理,然后随炉降温至温度T2并保温,制备出满足发泡稳定性要求的预制金属熔体;
B2;调整安装尺寸:调整铸轧辊系(604)位置,设定渐变截面辊缝尺寸H0,调整孔型铸轧辊(6041)与发泡容腔(103)之间的弧形间隙分别为带材A的厚度HS1和带材B的厚度HS2,铸轧辊系(604)、仿形侧封(605)与发泡容腔(103)共同围成铸轧区,安装整流装置(8),设定进入铸轧区之前不含梯度气泡群预制金属熔体的宽度和含有梯度气泡群预制金属熔体的宽度;
B3;恒定张力开卷:两个开卷装置(9)以恒定张力分别将厚度为HS1的带材A和厚度为HS2的带材B开卷,带材A和带材B紧贴相邻的孔型铸轧辊(6041)绕半周后穿过孔型铸轧辊(6041)与发泡容腔(103)的弧形间隙进入铸轧区,离开渐变截面辊缝时带材A和带材B之间留有间隙H3;
B4;稳定反向挤压:开启供气装置(3)产生压缩气体,预热熔体溜槽(1)至温度T3,通过熔体处理装置(2)向浇注容腔(101)中浇注预制金属熔体,流经连通容腔(102)后进入发泡容腔(103),利用检测装置(5)对浇注容腔(101)内部气体压力和液位高度进行检测,反馈调整增压装置(4)的输出压力和熔体处理装置(2)的浇注流量,实现挤压压力和液位高度恒定;
B5;动态发泡汇流:启动铸轧装置(6),压缩气体经过吹气装置(7)的微米或纳米级内部孔隙后,进入预制金属熔体中形成梯度气泡群,随后经过整流装置(8)内部进入铸轧区,同时整流装置(8)与发泡容腔(103)之间不含梯度气泡群的预制金属熔体在浇注容腔(101)的反向挤压压力作用下进入铸轧区,与含有梯度气泡群的预制金属熔体以及含有预浸涂层的带材A和带材B在铸轧区内部汇聚;
B6;连续铸轧成形:含有预浸涂层的带材A和带材B、不含梯度气泡群的预制金属熔体、含有梯度气泡群的预制金属熔体在铸轧区内同时受到孔型铸轧辊(6041)的快速凝固与轧制复合实现复合界面冶金结合;不含梯度气泡群的预制金属熔体凝固和变形成为厚度为H1的实体覆层,含有梯度气泡群的预制金属熔体凝固和变形成为厚度为H2的泡沫芯层;铸轧区内凝固区与轧制区的分界线最高处称为凝固点,凝固点与孔型铸轧辊(6041)轴线所在平面的距离为凝固点高度LKP,决定着泡孔变形程度,梯度气泡群凝固后沿轧制方向延伸,由球形变为纤维状,形成具有梯度纤维状孔洞特征的渐变截面泡沫金属夹芯板,达到稳定状态后实现连续成形。