CN107604190B - 一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其包括如下步骤：1)将非枝晶组织镁合金铸锭机械加工成两个坯料；2)将可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将处理后的可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实制得预制块；3)将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到镁合金半固态温度区间，保温；4)施加压力将非枝晶组织镁合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入预制块的孔隙中，冷却凝固，得到镁合金/可溶性盐颗粒复合体；5)机械加工去除复合体两端的端头余料；6)溶去复合体中的可溶性盐颗粒，得到泡沫镁合金。其能够避免渗流铸造中发生燃烧或爆炸，提高制备过程的安全性。

Description

一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法

技术领域

本发明涉及泡沫材料制备方法，具体涉及一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法。

背景技术

泡沫轻质金属材料由于具有密度小、刚度大、减震性能和消声效果好、比表面积大、电磁屏蔽性能高、气体渗透率高和/或换热散热能力强等优点，被认为是一种有发展前途的多用途工程材料，可用来制作消声器、减震器、换热器、催化剂载体、电磁屏蔽罩以及制作轻质的高强度金属材料构件。目前，得到研究应用的泡沫轻质金属材料主要集中在泡沫铝合金上，而对泡沫镁合金等其它泡沫轻质金属材料的研究相对较少。与泡沫铝合金相比，泡沫镁合金因具有以下优势使其发展前景更为广阔：①相同孔隙率和相同体积条件下泡沫镁合金的质量更小，因而具有更低的密度；②泡沫镁合金的制备温度相对较低，同时发泡剂的用量相对较少，因而成本更低；③泡沫镁合金的电磁屏蔽能力强；④泡沫镁合金的比强度和比刚度更高。除此之外，泡沫镁合金还具有更好的吸声、隔声、散热、阻燃、减震和阻尼等功能。也正是由于泡沫镁合金的这些优势，使其在航空航天、造船、汽车和建筑等领域应用潜力巨大。

目前，已公开报道的制备泡沫镁合金的方法主要包括熔体发泡法、粉末冶金法、熔模铸造法、真空发泡法、渗流铸造法、固/气共晶凝固法和触融压铸法等，其中熔体发泡法、粉末冶金法、熔模铸造法、真空发泡法、固/气共晶凝固法和触融压铸法等制备方法因普遍存在制备工艺复杂和难以获得理想规格泡沫镁合金材料等缺点，使其工业应用受到很大限制。相反，渗流铸造法由于制备工艺过程较为直接简单和影响因素较少，加之采用渗流铸造法制备的泡沫镁合金的孔洞分布均匀、孔洞尺寸容易控制，被认为是最容易实现工业化生产的泡沫镁合金材料制备方法。也正是由于渗流铸造法制备泡沫镁合金材料的优势所在，其研究开发受到了国内外的广泛关注和重视，并取得了一些积极的成果。

CN1544671A公开的“一种泡沫镁合金制备工艺”，其主要是利用真空装置在液态镁溶液上下表面形成压力差，将液态镁合金渗入可去除的填料颗粒孔隙中，冷却凝固后机械加工得到所需要的形状尺寸，再去除填料便可获得泡沫镁合金材料。

CN101220424B公开的“泡沫镁合金的制备工艺”，其先用石膏浆料制作成泡沫状石膏模型，待其硬化后再将镁合金溶液浇铸到石膏模型的孔隙中，形成石膏与镁合金的复合体，待其冷却固化后，将复合体中的石膏清理除去，便得到泡沫镁合金。

采用现有渗流铸造法制备泡沫镁合金必须将镁合金加热到全液态，然后再进行渗流处理，但是由于镁合金化学性质活泼，在全液态条件下进行渗流处理很容易发生镁合金溶液的燃烧或爆炸，因而使得现有渗流铸造法在制备泡沫镁合金材料上的应用受到很大的限制。因此，有必要基于渗流铸造法的基本原理，研究开发一种更安全的制备泡沫镁合金材料的渗流铸造方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其能够避免渗流铸造中发生燃烧或爆炸，提高制备过程的安全性。

本发明所述的泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其包括如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织镁合金铸锭机械加工成两个坯料；

2)制备预制块，将粒径为1.6～4mm的可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将处理后的可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块；

3)制备非枝晶组织镁合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到镁合金半固态温度区间，保温1～3min，得到液相分数比例为50～60％的非枝晶组织镁合金半固态浆料；

4)渗流，施加3～5MPa的压力将非枝晶组织镁合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到镁合金/可溶性盐颗粒复合体；

5)去除余料，机械加工去除镁合金/可溶性盐颗粒复合体两端的端头余料；

6)去除可溶性盐颗粒，溶去镁合金/可溶性盐颗粒复合体中的可溶性盐颗粒，得到平均孔隙直径为3～5mm的泡沫镁合金。

进一步，所述可溶性盐颗粒为NaCl颗粒。

进一步，所述步骤1)中的两个坯料的大小和形状一致。

目前已公开的技术中，通常采用熔体搅拌法来制备非枝晶组织镁合金铸锭。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明在半固态条件下通过施加压力进行触变渗流铸造来制备泡沫镁合金，能够避免将坯料加热至全液态后再进行渗流铸造存在的燃烧或爆炸的安全隐患，提高了渗流铸造制备泡沫镁合金的安全性。

2、本发明通过保温温度和保温时间的合理控制，即将两个坯料和预制块升温到镁合金半固态温度区间，保温1～3min，得到液相分数比例为50～60％非枝晶组织镁合金半固态浆料。若保温时间过短，则得到的镁合金浆料液相分数比例较低，不利于渗流铸造；若保温时间过长，则镁合金容易发生氧化和烧损，降低泡沫镁合金的性能和增加制造成本。

3、本发明由于坯料为非枝晶组织镁合金铸锭加工而成，制备的泡沫镁合金也为非枝晶组织，其力学性能优于现有渗流铸造制备的枝晶组织的泡沫镁合金。

附图说明

图1是本发明的实施装置示意图；

图2是本发明的流程示意图。

图中，1—底座，2—垫块，3—加热炉，4—坯料，5—预制块，6—渗流模具，7—压头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图2，所示的泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其包括如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织镁合金铸锭机械加工成两个坯料；

2)制备预制块，将粒径为1.6～4mm的可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将处理后的可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块；

3)制备非枝晶组织镁合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到镁合金半固态温度区间，保温1～3min，得到液相分数比例为50～60％的非枝晶组织镁合金半固态浆料；

4)渗流，施加3～5MPa的压力将非枝晶组织镁合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到镁合金/可溶性盐颗粒复合体；

5)去除余料，机械加工去除镁合金/可溶性盐颗粒复合体两端的端头余料；

6)去除可溶性盐颗粒，溶去镁合金/可溶性盐颗粒复合体中的可溶性盐颗粒，得到平均孔隙直径为3～5mm的泡沫镁合金。

参见图1，所示的一种实现本发明的装置，包括底座1、固定于底座1上的加热炉3、与加热炉3内壁配合的渗流模具6和与渗流模具6内壁配合的压头7，所述渗流模具6底部设有垫块2，两个坯料4和预制块5置于渗流模具6内且其形状与渗流模具6内壁间隙配合，两个坯料4和预制块5的放置方式是：从下至上依次为坯料4、预制块5、坯料4，下方的坯料4置于垫块2上，上方的坯料4的上端与压头7的下端接触。该装置具体工作时，将两个坯料4和预制块5按顺序依次放入渗流模具6中，将渗流模具6置于加热炉3中，然后升温到镁合金半固态温度区间，并保温1～3min，再通过压头7向坯料4和预制块5施加压力，将半固态非枝晶组织镁合金浆料从预制块5的上、下方同时触变渗入预制块5的间隙中，然后冷却凝固，得到镁合金/可溶性盐颗粒复合体，取出镁合金/可溶性盐颗粒复合体对其进行后续处理。

实施例一，一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其包括如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织AZ91镁合金铸锭机械加工成两个坯料，所述坯料为直径50mm、高15mm的圆柱体；其中AZ91镁合金的各成分的重量比为：Al：8.3～9.7％，Zn：0.35～1.0％，Mn：0.15～0.5％，Si：＜0.01％，Cu：＜0.03％，Ni：＜0.002％；Fe：＜0.005％，其余为Mg；

2)制备预制块，将粒径为1.6～4mm的NaCl颗粒经预脱水处理，然后将处理后的NaCl颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块为直径50mm、高10mm的圆柱；

3)制备非枝晶组织镁合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到560℃，保温1min，得到液相分数比例为52％的非枝晶组织AZ91镁合金半固态浆料；

4)渗流，施加5MPa的压力将非枝晶组织AZ91镁合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到AZ91镁合金/NaCl颗粒复合体；

5)去除余料，机械加工去除AZ91镁合金/NaCl颗粒复合体两端的端头余料；

6)去除可溶性盐颗粒，溶去AZ91镁合金/NaCl颗粒复合体中的NaCl颗粒，得到平均孔隙直径为3.8mm和密度为0.53g/cm³的AZ91泡沫镁合金。

实施例二，一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其包括如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织AZ61镁合金铸锭机械加工成两个坯料，所述坯料为直径50mm、高15mm的圆柱体；其中AZ61镁合金的各成分的重量比为：Al：5.6～6.5％，Zn：0.35～1.0％，Mn：0.15～0.5％，Si：＜0.01％，Cu：＜0.03％，Ni：＜0.002％，Fe：＜0.005％，其余为Mg；

2)制备预制块，将粒径为1.6～4mm的NaCl颗粒经预脱水处理，然后将处理后的NaCl颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块为直径50mm、高10mm的圆柱；

3)制备非枝晶组织镁合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到605℃，保温2min，得到液相分数比例为60％的非枝晶组织AZ61镁合金半固态浆料；

4)渗流，施加3MPa的压力将非枝晶组织AZ61镁合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到AZ61镁合金/NaCl颗粒复合体；

5)去除余料，机械加工去除AZ61镁合金/NaCl颗粒复合体两端的端头余料；

6)去除可溶性盐颗粒，溶去AZ61镁合金/NaCl颗粒复合体中的NaCl颗粒，得到平均孔隙直径为4.2mm和密度为0.46g/cm³的AZ61泡沫镁合金。

实施例三，一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其包括如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织ZA84镁合金铸锭机械加工成两个坯料，所述坯料为直径50mm、高15mm的圆柱体；其中AZ84镁合金的各成分的重量比为：Zn：7.4～8.2％，Al：3.6～4.5％，Mn：0.15～0.40％，Si：＜0.01％，Cu：＜0.03％，Ni：＜0.002％，Fe：＜0.005％，其余为Mg。

2)制备预制块，将粒径为1.6～4mm的NaCl颗粒经预脱水处理，然后将处理后的NaCl颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块，所述预制块为直径50mm、高10mm的圆柱；

3)制备非枝晶组织镁合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到5855℃，保温3min，得到液相分数比例为56％的非枝晶组织ZA84镁合金半固态浆料；

4)渗流，施加4MPa的压力将非枝晶组织镁合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到ZA84镁合金/NaCl颗粒复合体；

5)去除余料，机械加工去除ZA84镁合金/NaCl颗粒复合体两端的端头余料；

6)去除可溶性盐颗粒，溶去ZA84镁合金/NaCl颗粒复合体中的NaCl颗粒，得到平均孔隙直径为4.0mm和密度为0.62g/cm³的ZA84泡沫镁合金。

Claims (3)

1.一种泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其特征在于包括如下步骤：

1)制备坯料，将非枝晶组织镁合金铸锭机械加工成两个坯料；

2)制备预制块，将粒径为1.6～4mm的可溶性盐颗粒经预脱水处理，然后将处理后的可溶性盐颗粒置于预制块模具中紧实，制得预制块；

3)制备非枝晶组织镁合金半固态浆料，将坯料和预制块放入渗流模具中，两个坯料之间用预制块隔开，然后升温到镁合金半固态温度区间，保温1～3min，得到液相分数比例为50～60％的非枝晶组织镁合金半固态浆料；

4)渗流，施加3～5MPa的压力将非枝晶组织镁合金半固态浆料从预制块的上、下方同时触变渗入步骤2)制得的预制块的孔隙中，冷却凝固，得到镁合金/可溶性盐颗粒复合体；

5)去除余料，机械加工去除镁合金/可溶性盐颗粒复合体两端的端头余料；

6)去除可溶性盐颗粒，溶去镁合金/可溶性盐颗粒复合体中的可溶性盐颗粒，得到平均孔隙直径为3～5mm的泡沫镁合金。

2.根据权利要求1所述的泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其特征在于：所述可溶性盐颗粒为NaCl颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的泡沫镁合金的半固态触变渗流铸造方法，其特征在于：所述步骤1)中的两个坯料的大小和形状一致。