CN110373563A - 一种泡沫镁复合板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种泡沫镁复合板材及其制备方法，涉及金属材料加工技术领域。本发明采用菱镁矿石粉末和大理石粉末作为增粘剂和发泡剂，并结合铝粉喷涂工艺，能够得到孔隙率高、孔隙分布均匀、强度高且耐蚀性能优异的泡沫镁复合板材；具体的，添加大理石粉末有利于提高体系的热稳定性，为制备得到结构性能好、强度高的泡沫镁复合板材奠定基础；在泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉形成铝保护层，有利于提高泡沫镁复合板材的表面强度和耐蚀性。实施例的结果显示，采用本发明提供的方法制备的泡沫镁复合板材的平均孔径为0.4～1mm，密度为0.5～1.3g/cm3，压缩强度为4.6～8.5MPa。

Description

一种泡沫镁复合板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种泡沫镁复合板材及其制备方法。
背景技术
泡沫镁是一种性能优异的新型材料，与泡沫铝相比，泡沫镁密度小，在追求轻量化的航空航天方面有更好的应用前景，且泡沫镁的阻尼性能和电磁屏蔽性能比泡沫铝好，比强度和比刚度也比泡沫铝高。虽然泡沫镁具有许多优良的功能，但作为泡沫材料，泡沫镁结构性能较差，自身强度较低，无法在较大受力条件下使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种泡沫镁复合板材及其制备方法，采用本发明提供的方法制备得到的泡沫镁复合板材强度高且耐蚀性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种泡沫镁复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在650～760℃条件下进行第一混合，得到第一镁液；
(2)将所述第一镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在570～630℃条件下进行第二混合，将所得第二镁液浇注成型，得到泡沫镁前驱体；
(3)将所述泡沫镁前驱体在610～750℃条件下进行加热处理，得到泡沫镁坯料；
(4)在所述泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉形成铝保护层，得到泡沫镁复合板材。
优选地，所述步骤(1)的原料镁液由阻燃镁合金加热熔化得到，所述阻燃镁合金包括镁铝系合金、镁锌系合金和镁稀土系合金中的至少一种。
优选地，制备所述原料镁液时还添加纯铝，所述纯铝的质量为阻燃镁合金质量的6～10％。
优选地，所述步骤(1)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的粒度独立地为200～350目，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为(1～9)：(1～9)。
优选地，所述步骤(1)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的总质量为原料镁液质量的0.1～4.0％。
优选地，所述步骤(2)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的粒度独立地为20～200目，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为(1～9)：(1～9)。
优选地，所述步骤(2)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的总质量为第一镁液质量的0.5～5.0％。
优选地，所述步骤(3)中加热处理的时间为6～30min。
优选地，所述步骤(4)中铝保护层的厚度为0.4～1.5mm；所述喷涂为冷喷涂，所述冷喷涂的温度为150～250℃，压力为1～2.5MPa。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的泡沫镁复合板材，包括泡沫镁基体和包覆在所述泡沫镁基体表面的铝保护层。
本发明提供了一种泡沫镁复合板材的制备方法，包括以下步骤：将原料镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在650～760℃条件下进行第一混合，得到第一镁液；将所述第一镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在570～630℃条件下进行第二混合，将所得第二镁液浇注成型，得到泡沫镁前驱体；将所述泡沫镁前驱体在610～750℃条件下进行热处理，得到泡沫镁坯料；在所述泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉形成铝保护层，得到泡沫镁复合板材。本发明采用菱镁矿石粉末和大理石粉末作为增粘剂和发泡剂，并结合铝粉喷涂工艺，能够得到孔隙率高、孔隙分布均匀、强度高且耐蚀性能优异的泡沫镁复合板材；具体的，本发明通过添加大理石粉末有利于提高体系的热稳定性，为制备得到结构性能好、强度高的泡沫镁复合板材奠定基础；在泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉形成铝保护层，有利于提高泡沫镁复合板材的表面强度和耐蚀性。此外，本发明提供的方法操作简单、生产成本较低，适于大规模生产。实施例的结果显示，采用本发明提供的方法制备的泡沫镁复合板材的平均孔径为0.4～1mm，密度为0.5～1.3g/cm3，压缩强度为4.6～8.5MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种泡沫镁复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在650～760℃条件下进行第一混合，得到第一镁液；
(2)将所述第一镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在570～630℃条件下进行第二混合，将所得第二镁液浇注成型，得到泡沫镁前驱体；
(3)将所述泡沫镁前驱体在610～750℃条件下进行加热处理，得到泡沫镁坯料；
(4)在所述泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉形成铝保护层，得到泡沫镁复合板材。
本发明将原料镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在650～760℃条件下进行第一混合，得到第一镁液。在本发明中，所述原料镁液优选由阻燃镁合金加热熔化得到，所述阻燃镁合金优选包括镁铝系合金、镁锌系合金和镁稀土系合金中的至少一种，更优选为镁铝系合金、镁锌系合金或镁稀土系合金，进一步优选为镁铝系合金，更进一步优选为AZ91镁铝合金。在本发明中，制备所述原料镁液时优选还添加纯铝，所述纯铝的质量优选为阻燃镁合金质量的6～10％，更优选为6～8％。本发明优选通过添加纯铝，可拓宽阻燃镁合金的凝固区，提高合金流动性能，有利于顺利进行后续浇注成型。
本发明对于制备阻燃镁合金时的加热温度没有特殊的限定，能够将原料充分熔化，形成原料镁液即可。在本发明的实施例中，具体是将阻燃镁合金加热熔化，然后在650～760℃条件下加入纯铝，保温15～25min，以使纯铝充分熔化，并保证所得原料镁液中各组分充分混合均匀。
得到原料镁液后，本发明将原料镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在650～760℃条件下进行第一混合，得到第一镁液。本发明在650～760℃条件下将原料镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末混合，此时体系中菱镁矿石粉末和大理石粉末能够充分分解，具有很好的增粘效果，有利于后续第二混合时加入的菱镁矿石粉末和大理石粉末均匀分布，进而有利于得到结构性能好、强度高的泡沫镁复合板材。在本发明中，所述菱镁石粉末具体是天然菱镁石粉碎而成，所述大理石粉末具体是天然大理石粉碎而成。在本发明中，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的粒度优选独立地为200～350目，更优选为250～300目；所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比优选为(1～9)：(1～9)，更优选为(3～5)：(5～7)，进一步优选为4：6。在本发明中，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的总质量优选为原料镁液质量的0.1～4.0％，更优选为0.5～3.0％，进一步优选为0.5～1.0％。在本发明中，所述第一混合的温度为650～760℃，优选为680～700℃；第一混合的时间优选为2～5min；所述第一混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为500～2000rpm，更优选为1000～1500rpm。
得到第一镁液后，本发明将所述第一镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在570～630℃条件下进行第二混合，将所得第二镁液浇注成型，得到泡沫镁前驱体。在本发明中，所述菱镁石粉末具体是天然菱镁石粉碎而成，所述大理石粉末具体是天然大理石粉碎而成。在本发明中，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的粒度优选独立地为20～200目，更优选为60～120目；所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比优选为(1～9)：(1～9)，更优选为(3～5)：(5～7)，进一步优选为4：6。在本发明中，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的总质量优选为第一镁液质量的0.5～5.0％，更优选为1.0～4.0％，进一步优选为2.0～3.0％。在本发明中，所述第二混合的温度为570～630℃，优选为580～610℃；第二混合的时间优选为2～5min；所述第一混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为500～2000rpm，更优选为1000～1500rpm。
在本发明中，第一混合和第二混合所用菱镁矿石粉末和大理石粉末的配比可以相同，也可以不同；在本发明的实施例中，第一混合和第二混合所用菱镁矿石粉末和大理石粉末的配比优选相同。
本发明对于所述浇注成型的具体操作没有特殊的限定，优选将所述第二镁液浇注在竖直放置的模具中，空冷后即得到泡沫镁前驱体。本发明优选采用板形模具，最终制备得到泡沫镁复合板材。本发明在570～630℃条件下将所述第一镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末混合，然后将所得第二镁液浇注成型，此时体系中菱镁矿石粉末和大理石粉末只有少部分分解(即实现第一次发泡)，因而形成的泡沫镁前驱体具有较低的孔隙率；而大部分还未分解的菱镁矿石粉末和大理石粉末，有利于保证在后续加热处理过程中实现第二次发泡，最终制备得到孔隙率高、孔隙分布均匀的泡沫镁复合板材；其中，菱镁矿石粉末的分解温度与原料镁液的凝固温度接近，大理石粉末的加入有利于提高混合粉末(即菱镁矿石粉末和大理石粉末)的分解温度，一方面能够避免镁合金提前凝固，无法倒入模具内，另一方面还能够保证混合粉末只有少部分分解，为制备得到结构性能好、强度高的泡沫镁复合板材奠定基础。
得到泡沫镁前驱体后，本发明将所述泡沫镁前驱体在610～750℃条件下进行加热处理，得到泡沫镁坯料。所述泡沫镁前驱体进行加热处理前，本发明优选将所述泡沫镁前驱体进行机加工，然后在150～500℃条件下保温5～30min进行预热处理；本发明对于所述机加工的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作方式即可；本发明优选通过预热处理去除泡沫镁前驱体内的水分，保证后续加热处理顺利进行。
在本发明中，所述加热处理的温度为610～750℃，优选为650～680℃；所述加热处理的时间优选为6～30min，更优选为10～20min。在本发明中，优选是将预热处理后的泡沫镁前驱体置于竖直放置的模具中，在610～750℃条件下进行加热处理6～30min，空冷后即得到泡沫镁坯料；在该过程中，体系中菱镁矿石粉末和大理石粉末充分分解，实现第二次发泡，保证最终制备得到孔隙率高、孔隙分布均匀的泡沫镁复合板材。
得到泡沫镁坯料后，本发明在所述泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉形成铝保护层，得到泡沫镁复合板材。在所述泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉前，本发明优选将所述泡沫镁坯料进行机加工；本发明对于所述机加工的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作方式即可。
在本发明中，所述保护层的厚度优选为0.4～1.5mm，更优选为0.8～1.2mm；所述喷涂优选为冷喷涂，所述冷喷涂的温度优选为150～250℃，更优选为180～220℃，进一步优选为200℃；压力优选为1～2.5MPa，更优选为1.5～2MPa。本发明对于所述冷喷涂的具体操作方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作方式即可。本发明在泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉，有利于提高泡沫镁复合板材的表面强度和耐蚀性。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的泡沫镁复合板材，包括泡沫镁基体和包覆在所述泡沫镁基体表面的铝保护层。本发明对于所述泡沫镁复合板材的具体尺寸没有特殊的限定，根据实际需要选择合适的尺寸即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将1000g的AZ91合金加热熔化，在750℃条件下加入纯铝(纯铝的质量为AZ91合金质量的8％)，保温20min，然后加入增粘剂，以1500rpm转速搅拌2min，得到第一镁液；其中，增粘剂的质量为AZ91合金质量的0.5％，增粘剂为300～350目的菱镁矿石粉末和大理石粉末，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为4：6；
(2)将第一镁液的温度降至590℃，加入发泡剂，以转速1500rpm搅拌2min后，将所得第二镁液浇注在竖直放置的板形模具内，空冷后得到泡沫镁前驱体；其中，发泡剂的质量为第一镁液质量的1％，发泡剂为60～120目的菱镁矿石粉末和大理石粉末，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为4：6；
(3)将所述泡沫镁前驱体进行机加工，然后在350℃条件下保温20min，之后置于竖直放置的板形模具内，在730℃条件下保温16min，空冷后得到泡沫镁板材坯料(尺寸具体为200mm×200mm×20mm)。
(4)将所述泡沫镁板材坯料进行机加工，然后在200℃、2MPa条件下，在机加工后泡沫镁板材坯料的表面冷喷涂铝粉，形成厚度为0.8mm的铝保护层，得到泡沫镁复合板材。
经测试，本实施例制备得到的泡沫镁复合板材的平均孔径为1mm，密度为0.6g/cm3，压缩强度为8.5MPa(GB/T 7314-2005)。
实施例2
(1)将1000g的AZ91合金加热熔化，在750℃条件下加入纯铝(纯铝的质量为AZ91合金质量的8％)，保温20min，然后加入增粘剂，以1500rpm转速搅拌2min，得到第一镁液；其中，增粘剂的质量为AZ91合金质量的1％，增粘剂为325～350目的菱镁矿石粉末和大理石粉末，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为4：6；
(2)将第一镁液的温度降至580℃，加入发泡剂，以转速1500rpm搅拌2min后，将所得第二镁液浇注在竖直放置的板形模具内，空冷后得到泡沫镁前驱体；其中，发泡剂的质量为第一镁液质量的3％，发泡剂为80～120目的菱镁矿石粉末和大理石粉末，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为4：6；
(3)将所述泡沫镁前驱体进行机加工，然后在350℃条件下保温20min，之后置于竖直放置的板形模具内，在750℃条件下保温12min，空冷后得到泡沫镁板材坯料(尺寸具体为200mm×200mm×20mm)。
(4)将所述泡沫镁板材坯料进行机加工，然后在1500℃、1.5MPa条件下，在机加工后泡沫镁板材坯料的表面冷喷涂铝粉，形成厚度为1.0mm的铝保护层，得到泡沫镁复合板材。
按照实施例1的方法进行测试，本实施例制备得到的泡沫镁复合板材的平均孔径为0.8mm，密度为0.5g/cm3，压缩强度为6.2MPa。
实施例3
按照实施例1的方法制备泡沫镁复合板材，不同之处在于不添加纯铝。
按照实施例1的方法进行测试，本实施例制备得到的泡沫镁复合板材的平均孔径为0.4mm，密度为1.3g/cm3，压缩强度为4.6MPa。
对比例1
按照实施例1的方法制备泡沫镁复合板材，不同之处在于不添加菱镁矿石粉末。
按照实施例1的方法进行测试，本实施例制备得到的泡沫镁复合板材的平均孔径为2.5mm，密度为0.3g/cm3，压缩强度为1.8MPa。
对比例2
按照实施例1的方法制备泡沫镁复合板材，不同之处在于不添加大理石粉末。
按照实施例1的方法进行测试，本实施例制备得到的泡沫镁复合板材的平均孔径为0.5mm，密度为1.2g/cm3，压缩强度为3MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种泡沫镁复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在650～760℃条件下进行第一混合，得到第一镁液；
(2)将所述第一镁液、菱镁矿石粉末和大理石粉末在570～630℃条件下进行第二混合，将所得第二镁液浇注成型，得到泡沫镁前驱体；
(3)将所述泡沫镁前驱体在610～750℃条件下进行加热处理，得到泡沫镁坯料；
(4)在所述泡沫镁坯料的表面喷涂铝粉形成铝保护层，得到泡沫镁复合板材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的原料镁液由阻燃镁合金加热熔化得到，所述阻燃镁合金包括镁铝系合金、镁锌系合金和镁稀土系合金中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，制备所述原料镁液时还添加纯铝，所述纯铝的质量为阻燃镁合金质量的6～10％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的粒度独立地为200～350目，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为(1～9)：(1～9)。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的总质量为原料镁液质量的0.1～4.0％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的粒度独立地为20～200目，所述菱镁矿石粉末和大理石粉末的质量比为(1～9)：(1～9)。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中菱镁矿石粉末和大理石粉末的总质量为第一镁液质量的0.5～5.0％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加热处理的时间为6～30min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中铝保护层的厚度为0.4～1.5mm；所述喷涂为冷喷涂，所述冷喷涂的温度为150～250℃，压力为1～2.5MPa。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的泡沫镁复合板材，其特征在于，包括泡沫镁基体和包覆在所述泡沫镁基体表面的铝保护层。
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