CN101550023A - 一种镁和镁合金熔体净化用泡沫陶瓷过滤片的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种镁和镁合金熔体净化用泡沫陶瓷过滤片的制备方法，以聚氨酯泡沫为模板，先预处理，将聚乙烯醇缩丁醛按质量浓度1－10％的比例加入无水乙醇溶液中，球磨溶解，再按氧化镁与聚乙烯醇缩丁醛无水乙醇溶液重量比60－90∶10－40，加入氧化镁粉体，球磨得非水基陶瓷浆料；将模板浸入浆料，使浆料充满泡沫中，挤浆，自然干燥；再粘浆，离心甩浆，重复粘浆和离心甩浆，自然干燥；然后放于铺有耐火粉的陶瓷匣钵中，在窑炉中以0.5－2℃/分钟的速度升温至1000－1200℃，保温5－10小时，空冷后出炉，本发明具有良好的抗热冲击性、热强性和尺寸热稳定性，骨架表面光洁度高，具有良好的过滤和吸附能力，孔隙率接近聚氨酯泡沫，对镁合金熔体的阻力小，过滤量大，且不会对合金造成污染。

Description

一种镁和镁合金熔体净化用泡沫陶瓷过滤片的制备方法

技术领域

本发明属金属熔体净化技术，尤其是用于镁和镁合金金属熔体过滤净化用泡沫陶瓷过滤片的方法。

背景技术

镁是世界第八富集元素，其合金密度约为1.8g/cm³，为铝的2/3，钢和锌的1/4。在节约资源和减少污染的社会可持续发展的战略要求下，镁合金以高强度、良好的减震性和切削加工性以及尺寸稳定性，从而成为非常重要的现代工业材料。目前，镁合金主要被应用于汽车制造、航天航空、光学仪器、计算机制造及家用电器、通讯和医疗器械等行业。近年来，国内外对镁合金材料的要求越来越高，需要镁合金具有更高的电导、高变形核能力，这就需要镁合金中的非金属夹杂尽可能地减少，尤其将镁合金制作成薄壁制品，微小的夹杂都可能会使制品产生较大的缺陷。同时，由于镁合金的化学性质活泼，导致其耐腐蚀性能差，各种夹杂，包括其在熔炼中的含氯离子的熔剂夹杂，很容易在制品使用过程中因为吸潮而导致镁合金的化学或电化学腐蚀。

减少镁合金中的非金属夹杂，需要在其成为金属熔体的时候采用过滤介质对其进行过滤净化。泡沫陶瓷过滤片为镁合金铸件的生产提供了一种新型的、高效率的过滤片。用泡沫陶瓷过滤镁合金熔体时，流经过滤片的金属熔体忽快忽慢，造成动量变化，使熔体中的夹杂物颗粒离开流线而被吸附在过滤片的壁上，或沿流线的切线方向进入死角而滞留其中。同时过滤片把金属熔体液流分割成许多细小的液流，雷诺数大为减小，有利于夹杂物的上浮和滞留，并吸附金属中的气体，过滤片的孔隙率越大，过滤路程越长，捕杂效率越高，过滤片净化的效果越好。

镁和镁合金对其熔体过滤用的泡沫陶瓷过滤片有着严格的要求，主要是因为其金属熔体的活性高，易与某些陶瓷材料发生化学反应，反而会导致熔体中出现新的夹杂。目前，用于铝和钢铁熔炼的泡沫陶瓷过滤片，如氧化铝、氧化硅、氧化锆基的泡沫陶瓷过滤片，抵抗不住镁合金熔体的溶蚀，从而很快失效，并且为镁合金带来有害的成分。从化学稳定性的角度考虑，氧化镁基或氧化钙基的泡沫陶瓷过滤片与镁合金熔体不会发生化学反应。但是氧化钙在大气中存放易于吸潮，因此氧化镁成为镁合金熔体过滤净化用的泡沫陶瓷过滤片的主要制作原料。

泡沫陶瓷过滤片的制作过程比较简单，通常的工艺路线如下：

有机泡沫→加工成制品形状→陶瓷原料→调浆→浸涂浆料除去残余成分→烧结→检测→多孔陶瓷

对于氧化锆、氧化铝和碳化硅质泡沫陶瓷，一般采用水作为陶瓷粉体的分散介质，通过球磨工艺来制备陶瓷浆料，通常所得到的陶瓷浆料具有优良的剪切变稀的特性，但是由于氧化镁在水中非常容易发生水化，即发生下面的化学反应：

MgO+H₂O→Mg(OH)₂

公告号CN1281771的中国专利“镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷及其制备方法”中，公开了以氧化镁为主要原料，以水作为分散介质制备氧化镁陶瓷浆料，以聚氨酯泡沫为模板制备氧化镁泡沫陶瓷过滤片的方法。该方法中会不可避免地遇到氧化镁水化造成的问题。氧化镁的水化所导致的后果是氧化镁水基浆料的流变性能变差，即使氧化镁的固含量较低，也难以具备剪切变稀的特性，使陶瓷浆料在泡沫的筋的表面吸附不均匀，且烧结过程中氢氧化镁要先分解成氧化镁，再产生烧结，所以最终的制品强度较低，且容易开裂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种采用有机溶剂作为分散介质，可溶于有机溶剂的高分子材料作为粘结剂，以氧化镁为原料制备氧化镁泡沫陶瓷过滤片的工艺。本发明是通过以下技术方案实现的。

1)选用一定孔径和孔隙率的市售软质聚氨酯泡沫为模板，根据要求裁剪成一定的形状，然后将聚氨酯泡沫浸入质量浓度为10-20％、温度为60℃的氢氧化钠水溶液中2-4小时，将聚氨酯泡沫取出，用清水反复冲洗后，置于温度为80℃的烘箱中，干燥24小时；

2)按聚乙烯醇缩丁醛占无水乙醇溶液中的质量浓度为1-10％的比例，将聚乙烯醇缩丁醛溶于无水乙醇中，在球磨罐中球磨溶解，然后按氧化镁与聚乙烯醇缩丁醛无水乙醇溶液重量比为60-90∶10-40的比例，加入氧化镁粉体，继续球磨得到非水基陶瓷浆料；

3)将聚氨酯泡沫浸入非水基陶瓷浆料中，使浆料充满泡沫中，然后挤浆，去除多余的浆料，恢复原来的形状后，在空气中自然干燥；

4)将干燥的聚氨酯泡沫再粘浆，离心甩浆，去除多余浆料；重复粘浆和离心甩浆的过程，直至聚氨酯泡沫的筋的表面粘附了足够的浆料，然后自然干燥；

5)将步骤4)中获得的聚氨酯泡沫，放于铺有耐火粉的陶瓷匣钵中，在窑炉中以0.5-2℃/分钟的升温速度升至1000-1200℃，保温5-10小时，空冷后出炉，即得到用于镁及镁合金熔体过滤净化用泡沫陶瓷过滤片。

本发明所述的氧化镁，为粒度0.5-20μm、纯度大于99％的粉体。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用有机溶剂作为陶瓷粉体的分散介质，从根本上避免了氧化镁的水化问题，所配制的浆料具有良好的触变性，浆料的固含量高而粘度低，可以减少重复粘浆的次数，节省了生产时间，同时粘附在聚氨酯泡沫表面的陶瓷层均匀光滑致密，有利于烧成；

2)采用以无水乙醇为主的有机溶剂，挥发速度较快，在空气中自然干燥即可；

3)采用有机溶剂作为分散介质，可直接在泡沫陶瓷表面进行浆料的粘挂而无需用表面活性剂对泡沫表面进行预处理；

4)本发明的镁和镁合金熔体过滤净化用氧化镁基泡沫陶瓷在镁合金熔体中具有良好的抗热冲击性、优良的热强性和尺寸热稳定性，氧化镁基骨架的表面光洁度高，对镁合金熔体中的非金属夹杂具有良好的过滤和吸附能力，孔隙率接近聚氨酯泡沫模板的孔隙率，对镁合金熔体的阻力小，过滤量大，且不会对合金造成污染。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步地说明。

实施例1：将已经剪成

150×25mm，孔径为10PPI的聚氨酯泡沫浸入到质量浓度为20％，温度为60℃的氢氧化钠水溶液中，浸泡时间为2小时，然后将聚氨酯泡沫取出，用清水反复冲洗后，置于温度为80℃的烘箱中，干燥24小时。将聚乙烯醇缩丁醛4克溶于396克无水乙醇中，在球磨罐中球磨溶解，然后加入平均粒径为0.5微米的氧化镁600克，继续球磨得到非水基浆料。将干燥好的聚氨酯泡沫浸入上述浆料中，然后将聚氨酯泡沫在挤浆机上将多余浆料挤掉，恢复原来的形状后，在将聚氨酯泡沫在空气中自然干燥。之后，将表面已经覆盖干燥的陶瓷层的聚氨酯泡沫第二次浸入到上述浆料中，然后将聚氨酯泡沫在离心机上将多余的浆料离心甩掉，再进行空气中干燥。然后，以0.5℃/分钟的升温速度升至1000℃，在1000℃下于空气中烧结10小时，即得到氧化镁泡沫陶瓷过滤片。

实施例2：将已经剪成

150×25mm，孔径为10PPI的聚氨酯泡沫浸入到质量浓度为15％，温度为60℃的氢氧化钠水溶液中，浸泡时间为3小时，然后将聚氨酯泡沫取出，用清水反复冲洗后，置于温度为80℃的烘箱中，干燥24小时。将聚乙烯醇缩丁醛12.5克溶于237.5克无水乙醇中，在球磨罐中球磨溶解，然后加入平均粒径为5微米的氧化镁750克，继续球磨得到非水基浆料。将干燥好的聚氨酯泡沫浸入到上述浆料中，然后将聚氨酯泡沫在挤浆机上将多余浆料挤掉，恢复原来的形状后，在将聚氨酯泡沫在空气中自然干燥。之后，将表面已经覆盖干燥的陶瓷层的聚氨酯泡沫第二次浸入到氧化镁的无水乙醇浆料中，然后在离心机上将多余的浆料离心甩掉，再进行空气中干燥。然后，1℃/分钟的升温速度升至1100℃，在1100℃下于空气中烧结7小时，即得到氧化镁泡沫陶瓷过滤片。

实施例3：将已经剪成

150×25mm，孔径为10PPI的聚氨酯泡沫浸入到质量浓度为10％，温度为60℃的氢氧化钠水溶液中，浸泡时间为4小时，然后将聚氨酯泡沫取出，用清水反复冲洗后，置于温度为80℃的烘箱中，干燥24小时。将聚乙烯醇缩丁醛10克溶于90克无水无水乙醇中，在球磨罐中球磨溶解，然后加入平均粒径为20微米的氧化镁900克，继续球磨得到非水基浆料。将干燥好的聚氨酯泡沫浸入到上述浆料中，然后将聚氨酯泡沫在挤浆机上将多余浆料挤掉，恢复原来的形状后，在将聚氨酯泡沫在空气中自然干燥。之后，将表面已经覆盖干燥的陶瓷层的聚氨酯泡沫第二次浸入到氧化镁的无水乙醇浆料中，然后在离心机上将多余的浆料离心甩掉，再进行空气中干燥。然后，以2℃/分钟的升温速度升至1200℃，在1200℃下于空气中烧结5小时，即得到氧化镁泡沫陶瓷过滤片。

Claims (1)

1、一种镁和镁合金熔体净化用泡沫陶瓷过滤片的制备方法，以聚氨酯泡沫为模板，先用氢氧化钠进行预处理，其特征是：

(1)按聚乙烯醇缩丁醛占无水乙醇溶液中的质量浓度为1-10％的比例，将聚乙烯醇缩丁醛溶于无水乙醇中，在球磨罐中球磨溶解，然后按氧化镁与聚乙烯醇缩丁醛无水乙醇溶液重量比为60-90∶10-40的比例，加入氧化镁粉体，继续球磨得到非水基陶瓷浆料；

(2)将聚氨酯泡沫浸入非水基陶瓷浆料中，使浆料充满泡沫中，然后挤浆，去除多余的浆料，恢复原来的形状后，在空气中自然干燥；

(3)将干燥的聚氨酯泡沫再粘浆，离心甩浆，去除多余浆料，重复粘浆和离心甩浆的过程，然后自然干燥；

(4)将(3)中获得的聚氨酯泡沫，放于铺有耐火粉的陶瓷匣钵中，在窑炉中以0.5-2℃/分钟的升温速度升至1000-1200℃，保温5-10小时，空冷后出炉，即得到用于镁及镁合金熔体过滤净化用泡沫陶瓷过滤片；

所述的氧化镁，为粒度0.5-20μm、纯度大于99％的粉体。