CN100439525C - 熔体直接发泡制备泡沫镁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料和功能材料及材料加工领域,特别涉及一种熔体直接发泡制备泡沫镁的方法,包括原料熔化、加发泡剂搅拌、发泡、切割成型等工艺步骤。本发明按一定比例制得镁合金,将镁合金加热至700~730℃温度下熔化,加入占镁合金质量5~30%的碳化硅颗粒,然后降至550℃~650℃的温度,再加入占镁合金和碳化硅总质量2~20%的碳酸镁粉,碳酸镁粉高速搅拌时间为1~10分钟,发泡温度为550℃~650℃,发泡结束后移出发泡炉,冷却降温,切割成材。本发明工艺条件稳定,操作控制准确,制出的泡沫镁产品孔径均匀,可生产不同密度,不同孔径的泡沫镁产品。本发明制造泡沫镁成本低并且工艺简单,适合于较大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明属于金属材料和功能材料及材料加工领域,特别涉及一种熔体直接发泡制备泡沫镁的方法。
背景技术
泡沫材料是基体内含有气孔的一种新型材料。它具有密度小、比强度大、易加工、耐热、隔音和隔热效果好等特点,可广泛应用于建筑、船舶、航空、汽车制造工业。近年来,为了满足工业生产和科学技术发展需要,人们积极研制具有特殊性能的泡沫金属材料,但主要的方向是泡沫铝合金材料,对泡沫镁合金材料的研究所见报道不多。这是由于镁合金易燃、易腐蚀、工艺复杂等。目前,常用的制备泡沫金属的方法,有以下几种:
1、粉末冶金法:它是将发泡剂加入到金属粉末中,经过成型烧结,使发泡剂分解,蒸发或溶解而制得,采用这种方法很难得到孔隙率高于60%的泡沫材料。该法由于成本较高,只适合于铸造加工一些小零件,不适合大规模工业生产。
2、覆金属法,又称电解沉积法,它是以聚氨基甲酸乙脂发泡材料为骨架,进行电解沉积,然后加热去除有机发泡材料而制得。这种发泡材料昂贵,技术较复杂,应用有限。
3、渗流铸造法:它是用一定尺寸的固体颗粒(如溶盐、玻璃、陶瓷等)堆积在一起,然后,把熔融的金属液浇注到固体颗粒的缝隙中,冷凝后再把固体颗粒除掉,就得到了泡沫材料。这种方法生产的泡沫材料孔径的均匀性可以做到,但孔隙率不会很高。
4、直接发泡法:即直接向金属液中加入TiH2、ZrH2、和CaH2等发泡剂,使它与金属液均匀混合,受热分解出气体,冷却后形成泡沫状金属材料。
泡沫镁材料同泡沫铝材料相比具有更好的阻尼性、防电磁性,具有目前其他材料所不能同时具有的轻质、消声、滞震、电磁屏蔽和抗老化等功能。由于具有上述良好的性能,泡沫镁材料可用来制作消声器、减震器、换热器、太阳能吸收器、催化剂载体、电磁屏蔽罩以及制造重量轻、强度高的金属材料构件等,为解决许多重大技术难题提供了可能。例如,利用泡沫状金属材料良好的吸音特性可解决长期困扰环境的汽车、摩托车发动机的排气消音问题,可作为飞机结构件的夹心材料,高速公路的隔音墙板等。目前,能够制备泡沫镁的方法只有粉末冶金法和渗流铸造法,利用熔体直接发泡法制备泡沫镁还未见报道,熔体直接发泡法的特点是工艺简单、生产成本低,适合于较大规模工业生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、生产成本低、效果良好的熔体直接发泡制备泡沫镁的方法。
本发明的目的是这样实现的:
一种熔体直接发泡制备泡沫镁的方法,包括原料熔化、加发泡剂搅拌、发泡、切割成型等工艺步骤;
1、制取一种镁合金(如镁-铝-钙合金):按质量百分比计,以镁、铝比为80~91%∶20~9%制取镁铝合金,然后加入占镁铝合金质量的1~5%的金属钙,制得镁合金。
2、将上述镁合金加热至700~730℃温度下熔化,加入占镁合金质量的5~30%(较佳含量为5~20%)碳化硅增粘剂,以增加熔体粘度;然后降至550~650℃的温度,再加入占镁合金和碳化硅总质量的2~20%(较佳含量为2~10%)的碳酸镁粉,并进行高速搅拌。本发明可以通过控制碳酸镁粉的粒度和加入量以及搅拌时间来控制泡沫镁的孔径,碳酸镁粉的粒度为20~200目;搅拌时间为1~10分钟,搅拌速度为1000~2000转/分。
3、将搅拌后的熔体倾入发泡槽,并送入发泡炉内发泡,发泡温度为550~650℃,碳酸镁受热分解,产生二氧化碳气体,使镁合金熔体发泡。
4、发泡结束后,将发泡槽移出发泡炉,进行冷却降温,取出发泡体,切割成材。
本发明的特点是:
(1)本发明采用熔体直接发泡法制备泡沫镁合金材料,工艺简单、生产成本低,适合于较大规模工业生产;
(2)本发明采用廉价的碳酸镁粉作为发泡剂,大幅度地降低了泡沫镁的生产成本;
(3)本发明通过控制搅拌时间来控制碳酸镁的分解,即使发泡在适宜的碳酸镁分解速率下进行,这样既可以使碳酸镁在镁液更充分地分散,使产品的气孔均匀性得到改善,又能够通过较为精确的操作来制取不同密度和不同孔径的泡沫镁产品;
(4)本发明使搅拌后进入发泡工序的熔体温度保持在550~650℃范围内,以减少孔壁的裂纹,提高产品的质量;
(5)本发明可以通过控制碳酸镁粉的粒度和加入量,并控制适宜的搅拌时间和搅拌温度,以生产不同孔径的泡沫镁产品;
(6)本发明用金属钙来实现镁合金的阻燃,简化了镁合金的熔炼工艺,节约了成本,降低了对环境的污染;
(7)本发明工艺条件稳定,操作控制准确,制出的泡沫镁产品孔径均匀,可生产不同密度,不同孔径的泡沫镁产品;本发明生产的泡沫镁产品的指标为:孔径均匀、密度可控、孔径可控;密度的控制范围0.2g/cm3~0.8g/cm3;孔径的控制范围0.2mm~2mm;
(8)本发明在原料熔化后加入碳化硅颗粒做增粘剂可以增加熔体粘度。
附图说明
图1-图2为采用本发明制备的泡沫镁材料的截面照片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明:
实施例1
取合金1000g,组成为镁93%+铝7%(质量百分比),在温度710~730℃下熔化均匀,加入增粘剂碳化硅6%(质量百分比,粒度为10~50微米),以提高合金熔体粘度;然后自然冷却降温到640~660℃,将增粘后的熔体移入搅拌坩埚,降温至630~650℃,然后进行搅拌,搅拌速度1500转/分至2000转/分,搅拌开始后即向熔体中加入粒度为200目、占镁铝合金质量的5%左右的碳酸镁粉,搅拌时间为4分钟。搅拌后将熔体倾入预热的发泡槽,将发泡槽推入已恒温630℃的发泡炉,发泡时间为4分钟。发泡结束后,将发泡槽取出空冷,取出发泡体,经切割处理后即得平均孔径为0.3mm,密度为0.6g/cm3的泡沫镁产品。
实施例2
与实施例1不同之处在于:
取总量1000克的镁-铝-钙合金,合金配比为镁85%+铝11%+钙4%(质量百分比)。在温度700~730℃下熔化均匀,加入增粘剂碳化硅8%(质量百分比,粒度为10~50微米),以提高合金熔体粘度;然后自然冷却降温到620~640℃,将增粘后的熔体移入搅拌坩埚,降温至590~620℃,然后进行搅拌,搅拌速度1000转/分至1500转/分,搅拌开始后即向熔体中加入粒度为150~200目、占镁-铝-钙合金质量的6%左右的碳酸镁粉,搅拌时间为5分钟。搅拌后将熔体倾入预热的发泡槽,将发泡槽推入已恒温610℃的发泡炉,发泡时间为6分钟。发泡结束后,将发泡槽取出空冷,取出发泡体,经切割处理后即得孔径为0.4mm,密度为0.5g/cm3的泡沫镁产品。
实施例3
与实施例1不同之处在于:
取总量1000克的镁-铝-钙合金,合金配比为镁87%+铝10%+钙3%(质量百分比)。在温度700~730℃下熔化均匀,加入增粘剂碳化硅5%(质量百分比,粒度为10~50微米),以提高合金熔体粘度;然后自然冷却降温到640~660℃,将增粘后的熔体移入搅拌坩埚,降温至620~640℃,然后进行搅拌,搅拌速度1000转/分至2000转/分,搅拌开始后即向熔体中加入粒度为60~100目、占镁-铝-钙合金质量的8%左右的碳酸镁粉,搅拌时间为6分钟。搅拌后将熔体倾入预热的发泡槽,将发泡槽推入已恒温620℃的发泡炉,发泡时间为5分钟。发泡结束后,将发泡槽取出空冷,取出发泡体,经切割处理后即得孔径为1mm,密度为0.4g/cm3的泡沫镁产品。气泡尺寸比较均匀,而且机械强度较好。
按照本发明制备的泡沫镁材料的截面照片如图1-图2所示。
Claims (5)
1、一种熔体直接发泡制备泡沫镁的方法,其特征在于:镁合金为镁-铝-钙合金,按质量百分比计,以镁、铝比为80-91%∶20-9%制取镁铝合金,然后加入占镁铝合金质量的1~5%的金属钙,制得镁-铝-钙合金;将镁合金加热至700~730℃温度下熔化,加入占镁合金质量5~30%碳化硅增粘剂,然后降至550~650℃的温度,再加入占镁合金和碳化硅总质量的2~20%的碳酸镁粉,并搅拌均匀;将搅拌后的熔体倾入发泡槽,并送入发泡炉内发泡,发泡温度为550~650℃;发泡结束后,将发泡槽移出发泡炉,进行冷却降温,取出发泡体,切割成材。
2、根据权利要求1所述的熔体直接发泡制备泡沫镁的方法,其特征在于:所述碳化硅含量为5~20%,碳酸镁粉含量为2~10%。
3、根据权利要求1所述的熔体直接发泡制备泡沫镁的方法,其特征在于:通过控制碳酸镁粉的粒度和加入量以及搅拌时间来控制泡沫镁的孔径。
4、根据权利要求1或3所述的熔体直接发泡制备泡沫镁的方法,其特征在于:所述碳酸镁粉的粒度为20~200目。
5、根据权利要求1或3所述的熔体直接发泡制备泡沫镁的方法,其特征在于:加入碳酸镁粉后进行高速搅拌,搅拌速度为1000~2000转/分,搅拌温度为550℃~650℃,搅拌时间为1~10分钟。
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