CN103589891A - 含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，它涉及镁基多孔复合材料的制备方法。它要解决现有镁基多孔复合材料制备过程中存在的方法复杂、成本高的问题。方法1：Al2O3空心球装填；预热；浇注；加压浸渗；五、保压冷却、脱模，即完成。方法2：不同粒径Al2O3空心球混合后装填；预热；浇注；加压浸渗；五、保压冷却、脱模，即完成。本发明的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料，是由镁或镁合金浸渗Al2O3空心球预制块之间的间隙中制备而成，具备了颗粒增强金属基复合材料和多孔镁基材料的共同特征，而且Al2O3空心球体尺寸可调整，多孔结构的可设计性很强。本发明制备方法操作方便，工艺简单，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及镁基多孔复合材料的制备方法。
背景技术
多孔金属是一种在金属基体中分布着孔洞的新型材料。与实体结构材料相比，由于气孔的存在，多孔金属具有一系列特殊的性能，如密度小、优异的压缩性能和能量吸收性能、良好的阻尼性能和抗电磁干扰性等，可有效地应用于撞击吸能、阻尼减震、声音吸收和电磁屏蔽等方面。
镁合金的密度约为1.75g/cm3，仅为铝密度的2/3，钛密度的2/5和钢密度的1/4，是工程材料中比强度较高的金属结构材料，也是轻质多孔金属材料的理想基体。传统的镁基多孔材料强度较低，通过添加陶瓷空心球制备镁基多孔复合材料，可以提高材料的力学性能。但是，目前的镁基多孔复合材料制备方法种类较少，且工艺繁琐。专利“镁合金-珍珠岩泡沫复合材料的制备方法（申请号：ZL200510119108.3，申请日：2005.12.26）”和专利“一种多孔镁-膨胀珍珠岩复合材料的制备方法（申请号：ZL200710056175.4，申请日：2007.10.16）”，均采用珍珠岩作为孔洞材料，分别通过吸铸和真空渗流的方法制备镁基多孔方法，解决泡孔质量控制、材料腐蚀隐患等问题。但是这些方法涉及珍珠岩颗粒表面涂覆等前处理工作，工艺程序多，增加了复合材料制备成本。专利“一种镁基多孔复合材料及其制备方法（申请号：200710192235.5，申请日：2007.12.21）”中采用熔融自浸渗方法制备带空腔的飘珠/镁多孔复合材料，工艺中使用飘珠浸渗K2ZrF6溶液增加润湿效果，并在复合材料制备过程中采用SF6/N2混合气体保护，增加了工艺的复杂性。
发明内容
本发明目的是为了解决现有镁基多孔复合材料制备过程中存在的方法复杂、成本高的问题，而提供含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法。
含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，按以下步骤实现：
一、Al2O3空心球装填：将粒径为0.3～2.0mm、内腔直径为0.25～1.6mm的Al2O3空心球装入模具型腔中，制备成预制块；
二、预热：将装有预制块的模具在电炉中加热至400～600℃，进行预热；
三、浇注：基体在另一电炉中加热至融化，获得金属液体并浇注到模具铸腔中；
四、加压浸渗：采用压头向铸腔中的金属液体施加20～35MPa的压力；
五、保压冷却：金属液体完全浸渗后,保持压力至自然冷却，脱模，取出铸锭材料，即完成Al2O3空心球/铝多孔复合材料的制备；
其中步骤三中基体为镁合金或Mg>99.8wt%的工业纯镁。
含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，还可以按以下步骤实现：
一、Al2O3空心球装填：将粒径为0.3～1.2mm、内腔直径为0.25～1.0mm的Al2O3空心球与粒径为1.2～2mm、内腔直径为1.0～1.6mm的Al2O3空心球混合，装入模具型腔3中，制备成预制块；
二、预热：将装有预制块的模具在电炉中加热至400～600℃，进行预热；
三、浇注：基体在另一电炉中加热至融化，获得金属液体并浇注到模具铸腔中；
四、加压浸渗：采用压头向铸腔中的金属液体施加10～40MPa的压力；
五、保压冷却：金属液体完全浸渗后,保持压力至自然冷却，脱模，取出铸锭材料，即完成Al2O3空心球/铝多孔复合材料的制备；
其中步骤三中基体为镁合金或Mg>99.8wt%的工业纯镁。
本发明的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料，是由镁或镁合金浸渗Al2O3空心球预制块之间的间隙中制备而成，具备了颗粒增强金属基复合材料和多孔镁基材料的共同特征，而且Al2O3空心球体尺寸可调整，多孔结构的可设计性很强。本发明中的镁基多孔复合材料的制备方法操作方便，整个过程在大气环境下完成，工艺简单，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明所用模具的结构示意图，其中1表示压头，2表示铸腔，3表示型腔，4表示模具体，5表示电炉，6表示压力机台面；
图2是实施例中制备所得含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的光学组织图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1所示，本实施方式含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，按以下步骤实现：
一、Al2O3空心球装填：将粒径为0.3～2.0mm、内腔直径为0.25～1.6mm的Al2O3空心球装入模具型腔3中，制备成预制块；
二、预热：将装有预制块的模具在电炉5中加热至400～600℃，进行预热；
三、浇注：基体在另一电炉中加热至融化，获得金属液体并浇注到模具铸腔2中；
四、加压浸渗：采用压头1向铸腔2中的金属液体施加20～35MPa的压力；
五、保压冷却：金属液体完全浸渗后,保持压力至自然冷却，脱模，取出铸锭材料，即完成Al2O3空心球/铝多孔复合材料的制备；
其中步骤三中基体为镁合金或Mg>99.8wt%的工业纯镁。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中，将粒径为0.4mm、内腔直径为0.3mm的Al2O3空心球装入模具型腔3中，制备成预制块。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中，将粒径为1.0mm、内腔直径为0.8mm的Al2O3空心球装入模具型腔3中，制备成预制块。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中，将装有预制块的模具在电炉5中加热至440℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中，采用压头1向铸腔2中的金属液体施加25MPa的压力。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：结合图1所示，本实施方式含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，还可以按以下步骤实现：
一、Al2O3空心球装填：将粒径为0.3～1.2mm、内腔直径为0.25～1.0mm的Al2O3空心球与粒径为1.2～2mm、内腔直径为1.0～1.6mm的Al2O3空心球混合，装入模具型腔3中，制备成预制块；
二、预热：将装有预制块的模具在电炉5中加热至400～600℃，进行预热；
三、浇注：基体在另一电炉中加热至融化，获得金属液体并浇注到模具铸腔2中；
四、加压浸渗：采用压头1向铸腔2中的金属液体施加10～40MPa的压力；
五、保压冷却：金属液体完全浸渗后,保持压力至自然冷却，脱模，取出铸锭材料，即完成Al2O3空心球/铝多孔复合材料的制备；
其中步骤三中基体为镁合金或Mg>99.8wt%的工业纯镁。
本实施方式步骤一中两种粒径的Al2O3空心球按照任意比混合。
本实施方式步骤四中加压的目的是使金属液体浸渗到Al2O3空心球之间的间隙中。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中，将粒径为1.0mm、内腔直径为0.8mm的Al2O3空心球与粒径为1.6mm、内腔直径为1.3mm的Al2O3空心球混合。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是步骤二中，将装有预制块的模具在电炉5中加热至580℃。其它步骤及参数与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是步骤四中，采用压头1向铸腔2中的金属液体施加25MPa的压力。其它步骤及参数与具体实施方式六至八之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例：
结合图1所示，含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，按以下步骤实现：
一、Al2O3空心球装填：将粒径为0.5mm、内腔直径为0.4mm的Al2O3空心球装入模具型腔3中，制备成预制块；
二、预热：将装有预制块的模具在电炉5中加热至510℃，进行预热；
三、浇注：基体在另一电炉中加热至融化，获得金属液体并浇注到模具铸腔2中；
四、加压浸渗：采用压头1向铸腔2中的金属液体施加20MPa的压力；
五、保压冷却：金属液体完全浸渗后,保持压力至自然冷却，脱模，取出铸锭材料，即完成Al2O3空心球/铝多孔复合材料的制备；
其中步骤三中基体为AZ91镁合金。
本实施例制备的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料，其光学组织图如图2所示，复合材料组织均匀、内部含有封闭型微孔。制备的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料，准静态压缩强度达到140MPa，远高于传统镁基多孔材料(准静态压缩强度小于30MPa)。
Claims (9)
1.含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于它按以下步骤实现：
一、Al2O3空心球装填：将粒径为0.3～2.0mm、内腔直径为0.25～1.6mm的Al2O3空心球装入模具型腔（3）中，制备成预制块；
二、预热：将装有预制块的模具在电炉（5）中加热至400～600℃，进行预热；
三、浇注：基体在另一电炉中加热至融化，获得金属液体并浇注到模具铸腔（2）中；
四、加压浸渗：采用压头（1）向铸腔（2）中的金属液体施加20～35MPa的压力；
五、保压冷却：金属液体完全浸渗后,保持压力至自然冷却，脱模，取出铸锭材料，即完成Al2O3空心球/铝多孔复合材料的制备；
其中步骤三中基体为镁合金或Mg>99.8wt%的工业纯镁。
2.根据权利要求1所述的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中，将粒径为0.4mm、内腔直径为0.3mm的Al2O3空心球装入模具型腔（3）中，制备成预制块。
3.根据权利要求1所述的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中，将粒径为1.0mm、内腔直径为0.8mm的Al2O3空心球装入模具型腔（3）中，制备成预制块。
4.根据权利要求1、2或3所述的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中，将装有预制块的模具在电炉（5）中加热至440℃。
5.根据权利要求4所述的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中，采用压头（1）向铸腔（2）中的金属液体施加25MPa的压力。
6.含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于它还可以按以下步骤实现：
一、Al2O3空心球装填：将粒径为0.3～1.2mm、内腔直径为0.25～1.0mm的Al2O3空心球与粒径为1.2～2mm、内腔直径为1.0～1.6mm的Al2O3空心球混合，装入模具型腔（3）中，制备成预制块；
二、预热：将装有预制块的模具在电炉（5）中加热至400～600℃，进行预热；
三、浇注：基体在另一电炉中加热至融化，获得金属液体并浇注到模具铸腔（2）中；
四、加压浸渗：采用压头（1）向铸腔（2）中的金属液体施加10～40MPa的压力；
五、保压冷却：金属液体完全浸渗后,保持压力至自然冷却，脱模，取出铸锭材料，即完成Al2O3空心球/铝多孔复合材料的制备；
其中步骤三中基体为镁合金或Mg>99.8wt%的工业纯镁。
7.根据权利要求6所述的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中，将粒径为1.0mm、内腔直径为0.8mm的Al2O3空心球与粒径为1.6mm、内腔直径为1.3mm的Al2O3空心球混合。
8.根据权利要求7所述的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中，将装有预制块的模具在电炉（5）中加热至580℃ 。
9.根据权利要求8所述的含有Al2O3空心球的镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中，采用压头（1）向铸腔（2）中的金属液体施加25MPa的压力。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |