CN104911515A - 一种纤维强化多孔镁的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纤维强化多孔镁的制备方法，该纤维强化多孔镁包括基体和增强相，其中，基体为多孔镁，增强相为金属制强化纤维；该制备方法为：采用腐蚀电位不同的金属制造孔纤维和金属制强化纤维编绕成三维空间构型，通过铸造或者粉末冶金将该三维空间构型与金属镁结合形成金属纤维/镁的复合结构，再通过电化学方法将造孔纤维去除，留下的金属制强化纤维形成增强相，多孔镁形成基体；多孔镁的孔隙率、孔径大小、孔分布和孔连通性通过造孔纤维所编绕的空间构型进行精确控制，增强相的形态分布和体积分数通过强化纤维所编绕的空间构型进行精确控制。本发明提高了强化效果，降低了工艺成本，使多孔镁的结构精确可控和力学性能优异，可应用于生物医学、能量交换、净化过滤、催化电极等领域。

Description

一种纤维强化多孔镁的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型多孔材料的制备方法，具体涉及一种可应用于生物医学、能量交换、净化过滤、催化电极等方面的纤维强化多孔镁或镁合金的制备方法，属于新材料技术领域。
背景技术
多孔材料由于其表面积大，电、热、力学性能优良而被广泛应用于生物医学、能量交换、催化等领域。近年来，多孔镁或镁合金由于其高比强度和高比刚度等优良的力学性能和优秀的结构，以及金属镁含量丰富、价格低廉等原因而备受青睐。对多孔镁进行增强的传统方法主要是通过合金化，例如制备成多孔镁合金，或者是通过制备成梯度结构，例如制备成“三明治”结构的多孔镁，的途径来实现；换言之，传统的多孔镁强化方式主要是通过组织优化和结构优化两条技术路线之一实现的。但是单一的强化方式不仅强化效果有限，而且强化工艺、强化后的性能都不易准确控制。
由于一些新的使用条件和使用场合，往往对多孔镁的性能提出了更苛刻的要求，因此制备出性能更优异的多孔镁具有很重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种纤维强化多孔镁的制备方法，其集多孔镁的制备过程和强化过程于一体，采用常规冶金铸造和电化学腐蚀的方法，通过结构和组织的复合强化方式对多孔镁进行性能和结构的改良，制备出强韧性的多孔镁(镁合金)，达到提高强化效果、降低工艺成本、使多孔镁的结构精确可控和提升多孔镁力学性能的目的。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纤维强化多孔镁的制备方法，所述纤维强化多孔镁包括基体和增强相，该基体为多孔镁，该增强相为金属制强化纤维；所述制备方法为：采用腐蚀电位不同的金属制造孔纤维和金属制强化纤维编织或者绕制成三维空间构型，通过铸造或者粉末冶金的方式将该三维空间构型与金属镁结合形成金属纤维/镁的复合结构，再通过电化学方法将所述造孔纤维去除，留下的金属制强化纤维形成所述增强相，多孔镁形成所述基体；所述多孔镁的孔隙率、孔径大小、孔分布和孔连通性通过所述造孔纤维所编绕的空间构型进行精确控制，所述增强相的形态分布和体积分数通过所述强化纤维所编绕的空间构型进行精确控制，从而完成所述纤维强化多孔镁的制备。
作为进一步改进，所述的增强相为单一的金属制强化纤维，所述三维空间构型由该单一的强化纤维编织或者绕制而成，再通过电化学方法将所述金属纤维/镁复合结构中的该强化纤维进行部分去除，形成中心是金属纤维/镁复合结构、外层是多孔镁的纤维强化多孔镁。
作为进一步改进，所述的多孔镁替换为多孔镁合金，所述金属镁替换为金属镁合金，所述金属纤维/镁的复合结构替换为金属纤维/镁合金的复合结构。
作为进一步改进，所述的三维空间构型依据所述纤维强化多孔镁的使用场合和使用要求进行调整。
作为进一步改进，所述的强化纤维的金属种类和丝径依据所述纤维强化多孔镁的使用要求和使用性能确定。
作为进一步改进，所述的强化纤维为缠绕型的金属纤维或者弥散的金属短纤维。
作为进一步改进，所述的电化学方法使用的腐蚀液及腐蚀工艺根据所述造孔纤维和强化纤维的金属种类和丝径以及所述的金属纤维/镁复合结构的尺寸形状因素确定。
作为进一步改进，所述的制备方法还包括：根据所述纤维强化多孔镁的使用要求将制成的纤维强化多孔镁进行后续的内外表面处理。
本发明的有益效果在于：
1、集多孔镁的制备过程和强化过程于一体，同时结合常规的冶金铸造和电化学腐蚀方法，大大降低了制备成本；
2、强化方式集组织强化和结构强化于一体，采用复合强化方式增强了强化效果，提高了多孔镁的力学性能；
3、通过控制编绕的金属纤维的三维空间构型，使多孔镁的孔隙率、孔径大小、孔分布和孔连通性等结构特征精确可控，再结合金属纤维种类的选择，使多孔镁的力学性能和结构能够适应不同的使用要求。
附图说明
图1(a)为本发明的强化纤维弥散分布的纤维强化多孔镁的示意图。
图1(b)为本发明的强化纤维偏聚分布的纤维强化多孔镁的示意图。
图2为本发明制备的1Cr18Ni9Ti纤维强化多孔镁的宏观结构。
图3为本发明制备的1Cr18Ni9Ti纤维强化多孔镁的显微组织。
图4为强化前后多孔镁的性能对比图。
具体实施方式
本发明涉及一种多孔镁的新的强化方法，其集多孔镁的制备过程与强化过程于一体，采用常规的冶金铸造和电化学腐蚀的方法，同时通过结构优化和组织优化的复合强化方式对多孔镁进行性能和结构的改良，制备出强韧性的多孔镁或者多孔镁合金；该强韧性多孔镁或者多孔镁合金的空间结构通过造孔纤维的三维空间结构进行控制，增强的方式由增强相中强化纤维的空间分布及结构等决定。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都应属于本发明的保护范围。
本发明所述的纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金包括基体和增强相，请参阅图1(a)和图1(b)，该基体为多孔镁或者多孔镁合金，该增强相为金属制强化纤维。
所述纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金的制备方法为：采用金属制的造孔纤维(金属纤维)和金属制的强化纤维(与造孔纤维不同的金属纤维)编织或者绕制成三维空间构型，该造孔纤维的腐蚀电位与强化纤维的腐蚀电位不同，该强化纤维可以为缠绕型的金属纤维或者弥散的金属短纤维；通过铸造或者粉末冶金的方式将该三维空间构型与金属镁或者金属镁合金结合形成金属纤维/镁或者金属纤维/镁合金的复合结构；再通过电化学方法将其中的造孔纤维腐蚀去除，留下的金属制强化纤维就形成了所述增强相，留下的多孔镁或者多孔镁合金就形成了所述基体；该电化学方法使用的腐蚀液及腐蚀工艺根据所述造孔纤维和强化纤维的金属种类和丝径以及所述的金属纤维/镁或者金属纤维/镁合金复合结构的尺寸形状因素确定；从而完成所述纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金的制备(参见图2和图3)。
所述制备方法还可以有另一种方式：所述的增强相为单一的金属制强化纤维，该强化纤维同时起到造孔纤维的作用，所述三维空间构型由该单一的强化纤维编织或者绕制而成，再通过电化学方法将所述金属纤维/镁或者金属纤维/镁合金复合结构中的该强化纤维进行部分腐蚀去除，形成中心是金属纤维/镁或者金属纤维/镁合金的复合结构、外层是多孔镁或者多孔镁合金的纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金。
所述多孔镁或者多孔镁合金的孔隙率、孔径大小、孔分布和孔连通性通过改变所述造孔纤维所编绕的空间构型进行精确控制；所述增强相的形态分布和体积分数通过改变所述强化纤维所编绕的空间构型进行精确控制。
根据所述纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金的使用要求，可以将制成的纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金再进行后续的内外表面处理。
所述的强化纤维可以采用若干不同的金属纤维，其金属种类和丝径依据所制备的纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金的使用要求和使用性能来确定。
所述造孔纤维与强化纤维编绕的三维空间构型可以依据所要制备的纤维强化多孔镁或者纤维强化多孔镁合金的使用场合和使用要求进行调整。
下表列出了6个具体实施例的数据：
由上表和图4中可以看出，采用本发明所述方法制备的多孔镁或者多孔镁合金，其力学性能优于传统的多孔镁，同时结构能够精确可调，因此特别适合于生物医学、能量交换、净化过滤、催化电极等领域的应用。

Claims (8)

1.一种纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述纤维强化多孔镁包括基体和增强相，该基体为多孔镁，该增强相为金属制强化纤维；所述制备方法为：采用腐蚀电位不同的金属制造孔纤维和金属制强化纤维编织或者绕制成三维空间构型，通过铸造或者粉末冶金的方式将该三维空间构型与金属镁结合形成金属纤维/镁的复合结构，再通过电化学方法将所述造孔纤维去除，留下的金属制强化纤维形成所述增强相，多孔镁形成所述基体；所述多孔镁的孔隙率、孔径大小、孔分布和孔连通性通过所述造孔纤维所编绕的空间构型进行精确控制，所述增强相的形态分布和体积分数通过所述强化纤维所编绕的空间构型进行精确控制，从而完成所述纤维强化多孔镁的制备。
2.根据权利要求1所述的纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述的增强相为单一的金属制强化纤维，所述三维空间构型由该单一的强化纤维编织或者绕制而成，再通过电化学方法将所述金属纤维/镁复合结构中的该强化纤维进行部分去除，形成中心是金属纤维/镁复合结构、外层是多孔镁的纤维强化多孔镁。
3.根据权利要求1或2所述的纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述的多孔镁替换为多孔镁合金，所述金属镁替换为金属镁合金，所述金属纤维/镁的复合结构替换为金属纤维/镁合金的复合结构。
4.根据权利要求1或2所述的纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述的三维空间构型依据所述纤维强化多孔镁的使用场合和使用要求进行调整。
5.根据权利要求1或2所述的纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述的强化纤维的金属种类和丝径依据所述纤维强化多孔镁的使用要求和使用性能确定。
6.根据权利要求1或2所述的纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述的强化纤维为缠绕型的金属纤维或者弥散的金属短纤维。
7.根据权利要求1或2所述的纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述的电化学方法使用的腐蚀液及腐蚀工艺根据所述造孔纤维和强化纤维的金属种类和丝径以及所述的金属纤维/镁复合结构的尺寸形状因素确定。
8.根据权利要求1或2所述的纤维强化多孔镁的制备方法，其特征在于：所述的制备方法还包括：根据所述纤维强化多孔镁的使用要求将制成的纤维强化多孔镁进行后续的内外表面处理。
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