Vol.22N0.2 牛强等：治金熔体泡沫演化是的转型 111· 转型，其稳定性较强，但一旦转型为多面体泡 间只是说明演化的进程. 沫，由于Sα很小，很快衰减破灭.而常温溶液转 型后的多面体泡沫可以存在较长时间，甚至在 Sa很大时，液膜也极其牢固，最后泡沫的消散 常温熔液 竞是依靠气体透过液膜的扩散而进行的.Lem- 1ich21依此建立的数学模型与实验结果甚为吻 合，这样的常温泡沫是极其稳定的.熔融发泡法 0 o'te 制备泡沫铝材料时，如果采用化学纯铝熔化发 泡，无法生成稳定泡沫，因为化学纯铝液体相粘 度很低，造成其Ga数很大，达到10的数量级， 球状泡沫排液很快，生成的泡沫马上转型为多 冶金熔体 面体泡沫；而其Sa的数值很低，转型后的多面 体泡沫也很快衰灭，如表2中数据所示.只有经 o'te 过增粘操作的铝合金熔体，使其粘度增大4个 t信化s 数量级，这时的Ga数很小，只有10-的数量级， 图1泡沫微层演化过程示意图 Fig.1 Schematic diagram of evolution of a foams layer 球状泡沫转型缓慢，形成稳定泡沫，可以制备成 泡沫铝材料 以上讨论了泡沫转型对于已生成的泡沫的 对于一定高度的泡沫柱，球状泡沫的转型 稳定性的影响.此外，泡沫生成方式也对泡沫的 和多面体泡沫的衰减是同时进行的：沿高度方 稳定性有影响.内生气源具有气泡初始直径小、 向从下至上，泡沫老化程度增加，上部形成多面 气泡源在整个熔体体积内弥散分布、气泡初动 体泡沫，下部球状泡沫可能尚未完全转型，故泡 能小等特点.图3显示了硼酸钠基熔盐内生气 沫的衰减是由上至下的.图1概念化地显示了 源泡沫自然冷却后的电镜照片，可以发现是明 泡沫高度方向上一个微层的衰减动力学过程. 显的球状泡沫，而且直径都小于1mm,而外生 泡沫转型时间t.将整个衰减过程划分为2个阶 气源的气泡初始直径则要比内生气源大1到2 段：阶段I由Ga数控制，阶段Ⅱ由因子Sa控制： 个数量级冈.由于气泡初始直径小，所以其上浮 冶金熔体的Ga值小，球状泡沫可以维持较长时 速度慢，因而气泡长大也慢：而初动能小，又使 间，一旦转变为多面体泡沫，则很快衰灭：常温 得气泡上升速度缓慢：再加上气泡源弥散分布， 溶液由于Sa值很大，其多面体泡沫可以维持很 气泡需要先经历较长的球状泡沫阶段，一直到 长时间.图2形象地描绘了治金熔体与常温溶 排液的进行形成很薄的液膜，使得气泡相互牵 液的泡沫在整体上衰减过程的不同，图中的时 制变形，才完成转型阶段.在图1中表示为泡沫 液体 球状泡沫 多面体泡沫 常温发泡溶液 -f- 金熔渣 「 6 图2经典常温发泡溶液与冶金熔体泡沫衰减过程示意图，ae分别表示时间进程 Fig.2 Schematic diagram of decay process of foams in normal solution and in metallurgical melts (Figure a-e shows the procedure of decay)V b】 . 2 2 N 0 . 2 牛强等 : 冶金 熔体 泡 沫演 化是 的转 型 转 型 , 其稳定 性 较强 , 但 一 旦 转 型 为多面体泡 沫 , 由 于 aS 很 小 , 很快衰减破 灭 . 而 常温溶液转 型 后 的多面体 泡沫可 以 存在较 长时 间 , 甚 至在 aS 很 大时 , 液膜 也 极其 牢固 , 最后 泡沫 的消散 竟是 依靠气体透过液膜 的扩散而 进行的 `gj . L e m - ilc h “ 2] 依此建立 的数学模型与实验结果 【13 甚为吻 合 , 这样 的常温泡沫是 极其稳定 的 . 熔融发泡法 制 备泡沫铝材 料 时 , 如 果 采用 化 学纯 铝熔 化发 泡 , 无法生 成稳定泡沫 , 因 为化学纯铝 液体相粘 度 很低 , 造成 其 G a 数很大 , 达 到 10 5 的数 量级 , 球 状泡沫排 液很快 , 生 成 的泡沫 马 上转 型 为多 面 体泡沫 ; 而 其 aS 的数值很 低 , 转型后 的 多面 体 泡沫也 很快衰灭 , 如表 2 中数据 所示 . 只 有经 过 增粘操 作的铝 合 金 熔体 , 使其粘度 增大 4 个 数 量级 , 这 时的 G a 数很 小 , 只 有 10 一 的数量级 , 球 状泡沫 转型缓慢 , 形成稳 定泡沫 , 可 以制备成 泡 沫铝 材 料 「, 4] . 对于 一 定 高度 的泡沫柱 , 球状泡沫 的 转型 和 多面 体泡 沫 的衰减是 同 时进行 的 : 沿 高度方 向从 下 至 上 , 泡沫 老化程度 增 加 , 上 部形 成 多面 体泡沫 , 下 部球状 泡 沫可 能尚未完全转型 , 故 泡 沫 的衰 减是 由上 至 下 的 . 图 1 概念化地 显 示 了 泡沫 高度方 向上 一个 微层 的衰 减动 力 学过程 . 泡沫转 型 时 间 ct 将整个衰减 过程划分 为 2 个阶 段 : 阶段 I 由 G a 数控 制 , 阶段 n 由 因 子 aS 控制 ; 冶金 熔体 的 G “ 值小 , 球 状泡沫可 以维持较长 时 间 , 一 旦 转变 为多面 体泡沫 , 则很快 衰灭 ; 常温 溶液 由于 aS 值很大 , 其 多 面 体泡沫 可 以维 持很 长 时间 . 图 2 形象 地描绘 了冶金熔 体与常温溶 液 的泡沫在 整体上 衰减 过程 的不 同 , 图中的时 间 只 是 说明 演化 的进 程 . 常温熔液 0 0 ` ct 侧框送契写 冶金熔体 振化 / s 图 1 泡 沫微 层演 化过 程示 意图 F i g . l S e h e m a t i e d i a g r a m o f e v o l u t i o n o f a fo a m s l a y e r 以 上 讨论 了泡沫转型 对于 己生 成 的泡 沫 的 稳定 性 的影 响 . 此外 , 泡沫生 成方式也对泡 沫 的 稳定 性有影 响 . 内生 气源具 有气泡初始直径 小 、 气泡 源在整个熔 体体积 内弥 散分 布 、 气泡 初动 能 小等特 点 . 图 3 显 示 了硼 酸钠 基熔盐 内生 气 源泡 沫 自然 冷却 后 的电镜 照 片 , 可 以发现是 明 显 的 球状泡 沫 , 而 且 直径 都小 于 l m m , 而 外 生 气源 的气 泡初始直径 则要 比 内生 气源大 1 到 2 个 数量级 「2] . 由于 气 泡初 始直径 小 , 所 以其上 浮 速 度慢 , 因 而 气泡长 大也 慢 ; 而 初 动能小 , 又 使 得气 泡上升速度缓慢 ; 再加上 气泡源弥散分布 , 气泡需要 先 经历 较长 的球状泡 沫 阶段 , 一 直 到 排液 的进 行形成很 薄的液膜 , 使得气泡相 互 牵 制变形 , 才完成 转型 阶 段 . 在 图 1 中表 示 为泡 沫 液 体 球状泡沫 多面体泡沫 日 . 是之甲 l杯 卜下 , 不下 1卜- -万 -一下下月 卜~ 下气 {常 卜厂 , _ 一 _ 尸 一 二 一 1 「 - 一 _ 厂 习 ! l 几 ` 、 一 七 一 ” , l 温 L上 几 一止二 二_ 」 卜 - , 一 ` 一 尸 : , 尸 ` 」 I “ , · 书 . , _ I 发 } l二,〕 夕毖 . , 一 下l 卜 卜f 一 丁 ’ _ 、 二丁 一 1 「 、 一 ` { 卜_ 扮 一 寸 _ ! 泡 l百 ,l一目 ’一「 _ · 之异 . ’ 湘 卜多 一 , 一 一 { 卜 l 卜万 、 _ 、 : 一 l 溶 巨里到 声扮州{止川 液 娜瞥肠 冶金熔渣 幽 图 a 2 经 典常 温 圈 发 泡溶 b 液 与冶金 目 熔体 泡 沫 e 衰减 过程 目 示 意图 , a d 一 分别 表 日 示 时 F ig · 2 S e h e m a t i e d i a g r a m o f d e e a y P or c e s s o f fo a m s i n n o r m a l s o l u ti o n a n d i n m e t a Il u (F ig u er a 一e s h ow s t h e P r o e e d u er o f d e e a y ) 间进程 r g i e a l m e l t s