CN112746193B - 一种泡沫镁或镁合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于泡沫金属技术领域，尤其涉及一种泡沫镁或镁合金的制备方法。具体步骤为：将纯镁或镁合金在模具中，熔化，并通入保护气，进行保温；将增粘剂加入步骤1制备的金属熔体中进行增粘处理；向金属熔体中加入载体发泡剂，进行搅拌，保温，冷却后即得到泡沫镁或镁合金。该方法具有工艺简单，且制备得到的泡沫镁或镁合金具有光洁的致密表层，厚度为0.5～2mm，内部孔隙率为40～88％，且其采用的载体发泡剂的热分解温度接近泡沫镁或镁合金的熔点，符合良好的发泡剂特性；载体粉末既能纯镁或镁合金润湿又具有良好的塑性。又避免了MgCO3发泡剂在制备泡沫金属过程中由于不被金属熔体润湿而溢出，造成环境污染以及所制备的产品孔结构不均匀等问题。

Description

一种泡沫镁或镁合金的制备方法
技术领域
本发明属于泡沫金属技术领域，尤其涉及一种泡沫镁或镁合金的制备方法。
背景技术
泡沫镁或镁合金是一种基体内随机分布着封闭孔洞的新型金属材料。它集质轻、隔声、隔热、吸能减震、电磁屏蔽、比强度高等特性于一体，是一种具备多种优良性能的综合性材料。其在航空航天、轨道交通、生物医疗、建筑和军事等领域具有十分广阔的应用前景。例如航天飞船的返回舱座椅、发动机减震支架、高速公路隔声屏障、建筑装饰的墙板等领域都应用了泡沫金属材料。
泡沫金属的制备方法有很多，例如熔体发泡法、渗流铸造法、熔模铸造法、粉末冶金法、二次发泡法、压力铸造法等。由于熔体发泡发具有成本低、工艺简便的特点，被作为生产泡沫铝合金及其镁合金的主要方法之一。在泡沫金属材料的制备过程中，发泡剂是影响熔体发泡过程的重要因素，传统的发泡剂有TiH2、ZrH2、MgH2、CaCO3、MgCO3等，但都存在各自的问题。例如CN 107254597B公开了一种熔体发泡法制备泡沫金属的新型发泡剂，该专利中使用酚醛树脂对TiH2进行包覆，延迟了TiH2分解温度，但TiH2成本较高，后续的处理再次提升了成本。专利CN 1966748A利用熔体发泡法制备了泡沫镁合金，该专利中使用5～30wt％的SiC粉末作为增粘剂，2～20wt％的MgCO3粉末作为发泡剂，MgCO3的成本比TiH2等氢化物低很多，但是由于MgCO3不被铝合金和镁合金熔体润湿，且自身的比重较铝合金和镁合金的低，在发泡过程中容易浮在熔体表面，导致搅拌时有大量的MgCO3粉末溢出，影响发泡过程且造成环境污染。
发明内容
本发明公开了一种采用新型发泡剂制备泡沫镁及镁合金的方法，以解决现有技术的上述问题或其他潜在问题中的任意问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种泡沫镁或镁合金的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1：将纯镁或镁合金在模具中，熔化，并通入保护气，进行保温；
步骤2：将增粘剂加入步骤1制备的金属熔体中进行增粘处理；
步骤3：向经步骤2处理后的金属熔体中加入载体发泡剂，进行搅拌，保温，冷却后即得到泡沫镁或镁合金。
进一步，所述步骤1中的镁合金为镁铝合金、镁锌合金、镁锌镐合金、镁钙合金、镁锰合金、镁锂合金、镁稀土合金中的一种。
进一步，所述步骤1的具体工艺为：将纯镁或镁合金在模具中加热至熔融，通入保护气体，在600～660℃温度下保温25～35min。
进一步，所述步骤2中的所述增粘剂为载体发泡剂，加入量为占金属熔体的0.5～10wt％；加入后以300～600rpm的转速搅拌5～8min。
进一步，所述步骤3的具体工艺为：加入占金属熔体的0.5～10wt％的发泡剂，以800～1500rpm的转速搅拌0.5～3min，保温0.5～3min后，冷却。
进一步，所述载体发泡剂包括粒径为1～300μm的MgCO3粉末和粒径为1～300μm的载体金属粉末，所述MgCO3粉末的质量百分比为10～90％，所述载体金属粉末的质量百分比为10～90％，所述MgCO3粉末与所述载体金属粉末通过机械球磨方式镶嵌在载体金属颗粒表层或包裹入内部。
进一步，所述载体金属粉末为Cu、Al、Mg、Fe或其合金中的一种。
进一步，所述保护气体为高纯氩气或CO2和SF6的混合气体。
进一步，所述CO2和SF6的混合气体中：CO2的体积百分为92～96％，SF6的体积百分为4～8％。
进一步，所述泡沫镁或镁合金具有光洁的致密表层，厚度为0.5～2mm，内部孔隙率为40～88％。
本发明的有益效果：由于采用上述技术方案，本发明具有工艺简单，且制备得到的泡沫镁或镁合金具有光洁的致密表层，厚度为0.5～2mm，内部孔隙率为40～88％，且其采用的载体发泡剂的热分解温度接近泡沫镁或镁合金的熔点，符合良好的发泡剂特性；载体粉末既能被纯镁或镁合金润湿又具有良好的塑性。在球磨过程中能够将MgCO3粉末镶嵌在颗粒表层或包裹入内部，形成以载体表面或内部载有细小MgCO3颗粒的复合体。避免了MgCO3发泡剂在制备泡沫金属过程中由于不被金属熔体润湿而溢出，造成环境污染以及所制备的产品孔结构不均匀等问题，同时具有良好的增粘效果。该新型发泡剂成本低、无污染，且可用做增粘剂替代Ca粒或SiC颗粒，进一步节约成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1中制备的泡沫镁锌合金剖面图。
图2为本发明的实施例1中应用的发泡剂的DSC-TG曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明一种泡沫镁或镁合金的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1：将纯镁或镁合金在模具中，熔化，并通入保护气，进行保温；
步骤2：将增粘剂加入步骤1制备的金属熔体中进行增粘处理；
步骤3：向经步骤2处理后的金属熔体中加入载体发泡剂，进行搅拌，保温，冷却后即得到泡沫镁或镁合金。
所述步骤1中的镁合金为镁铝合金、镁锌合金、镁锌镐合金、镁钙合金、镁锰合金、镁锂合金、镁稀土合金中的一种。
所述步骤1的具体工艺为：将纯镁或镁合金在模具中加热至熔融，通入保护气体，在600～660℃温度下保温25～35min。
所述步骤2中的所述增粘剂为载体发泡剂，加入量为占金属熔体的0.5～10wt％；加入后以300～600rpm的转速搅拌5～8min。
所述步骤3的具体工艺为：加入占金属熔体的0.5～10wt％的发泡剂，以800～1500rpm的转速搅拌0.5～3min，保温0.5～3min后，冷却。
所述载体发泡剂包括粒径为1～300μm的MgCO3粉末和粒径为1～300μm的载体金属粉末，所述MgCO3粉末的质量百分比为10～90％，所述载体金属粉末的质量百分比为10～90％，制备时：将MgCO3粉末和载体金属粉末混合，置于球磨机中，球磨转速为20～200r/min，球磨时间为1～72h，即得到发泡剂。
所述载体金属粉末为Cu、Al、Mg、Fe或其合金中的一种。
所述保护气体为高纯氩气或CO2和SF6的混合气体。
所述CO2和SF6的混合气体中：CO2的体积百分为92～96％，SF6的体积百分为4～8％。
所述泡沫镁或镁合金具有光洁的致密表层，厚度为0.5～2mm，内部孔隙率为40～88％。
实施例1
(1)将800g镁锌合金在模具中加热至熔融，并在655℃保温30min，整个制备过程在SF6和CO2的混合气氛中进行；
(2)加入20g的按1:1混合球磨后的Cu-MgCO3，以400rpm的转速搅拌8min，对熔体进行增粘；
(3)加入40g的按1:1混合球磨后的Cu-MgCO3，以1200rpm的转速搅拌30s；
(4)取出搅拌桨，并保温30s后，将模具取出迅速冷却，获得孔隙率为73％的泡沫镁锌合金，将得到的泡沫镁锌合金进行纵剖，剖视图如图1所示，应用的发泡剂的DSC-TG曲线图如图2所示。
实施例2
(1)将1kg镁钙合金在模具中加热至熔融，并在655℃保温30min，整个制备过程在SF6和CO2的混合气氛中进行；
(2)加入22g的1:1混合球磨后的Fe-MgCO3发泡剂，以500rpm的转速搅拌6min，对熔体进行增粘；
(3)加入54g实施例4中的新型发泡剂，以1000rpm的转速搅拌1min；
(4)取出搅拌桨，并保温30s后，将模具取出迅速冷却，获得孔隙率为70％的泡沫镁钙合金。
实施例3
(1)将2kg镁钇合金在模具中加热至熔融，并在655℃保温30min，整个制备过程在SF6和CO2的混合气氛中进行；
(2)加入40g的1:3混合球磨后的Al-MgCO3发泡剂，以400rpm的转速搅拌8min，对熔体进行增粘；
(3)加入50g实施例4中的新型发泡剂，以1500rpm的转速搅拌1.5min；
(4)取出搅拌桨，并保温30s后，将模具取出迅速冷却，获得孔隙率为69％的泡沫镁钇合金。
实施例4
(1)将1kg纯镁在模具中加热至熔融，并在655℃保温30min，整个制备过程在SF6和CO2的混合气氛中进行；
(2)加入40g的1:2混合球磨后的Mg-MgCO3发泡剂，以500rpm的转速搅拌7min，对熔体进行增粘；
(3)加入60g实施例4中的新型发泡剂，以1300rpm的转速搅拌1min；
(4)取出搅拌桨，并保温30s后，将模具取出迅速冷却，获得孔隙率为74％的泡沫镁合金。
以上对本发明的最优的实施例进行了详细介绍，但是本发明的技术方案不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (4)

1.一种泡沫镁或镁合金的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1：将纯镁或镁合金在模具中熔化，并通入保护气体，进行保温，所述保护气体为高纯氩气或CO2和SF6的混合气体，所述CO2和SF6的混合气体中：CO2的体积百分为92~96%，SF6的体积百分为4~8% ；
步骤2：将增粘剂加入步骤1制备的金属熔体中进行增粘处理；所述增粘剂为载体发泡剂，加入量为占金属熔体的0.5～10wt％；加入后以300～600rpm的转速搅拌5～8min；
步骤3：向经步骤2处理后的金属熔体中加入载体发泡剂，进行搅拌，保温，冷却后即得到泡沫镁或镁合金；
所述载体发泡剂包括粒径为1~300μm的MgCO3粉末和粒径为1~300μm的载体金属粉末，所述MgCO3粉末的质量百分比为10~90%，所述载体金属粉末的质量百分比为10~90%，所述MgCO3粉末与所述载体金属粉末通过机械球磨方式镶嵌在载体金属颗粒表层或包裹入内部；所述载体金属粉末为Cu、Al、Mg、Fe或其合金中的一种；
所述载体发泡剂的加入占金属熔体的0.5~10wt%，以800~1500rpm的转速搅拌0.5~3min，保温0.5~3min后，冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的镁合金为镁铝合金、镁锌合金、镁锌镐合金、镁钙合金、镁锰合金、镁锂合金、镁稀土合金中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1的具体工艺为：将纯镁或镁合金在模具中加热至熔融，通入保护气体，在600~660℃温度下保温25~35min。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的方法，其特征在于，所述泡沫镁或镁合金具有光洁的致密表层，厚度为0.5~2mm，内部孔隙率为40~88%。
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