CN113981287A - 一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金及其制备方法，包括：3～18wt％的Zn，3～18wt％的Al，2～15wt％的Nd，Zn：Al：Nd的质量比为1：(0.8～1)：(0.35～1.2)，余量为镁。本发明提供的多孔镁合金中含有Nd、Zn和Al，原料熔化后能够大量吸附并溶解大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出从而形成气泡，从而达到自发泡的目的。本发明提供的熔体吸气型自发泡多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现多孔镁合金的制备，因此，本发明提供的多孔镁合金是一种自发泡多孔镁合金，可制备大尺寸复杂构型的表面无气孔的样件。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金技术领域，尤其涉及熔体吸气型自发泡多孔镁合金及其制备方法。
背景技术
泡沫金属材料(多孔金属材料)同时兼具金属和气孔的特性，已经成为新型结构、功能一体化材料中最重要的体系之一，成为了当今材料发展的前沿热点。上个世纪80年代，发达国家在泡沫铝制备技术上已经取得了突破，开发出了一系列泡沫金属生产的成熟工艺，从而大大推动了泡沫铝的生产与应用。目前，日本、德国等发达国家在泡沫铝金属材料研究领域仍然处于世界领先地位。我国对泡沫铝的研究起步比较晚，在近几十年也有了很大的进步。目前泡沫铝作为功能材料与结构材料已经有较为广泛的应用，但是仍然存在很多的问题，比如泡沫铝相对较低的比强度和比刚度严重制约了其在工程材料方面的应用。镁及镁合金具有比强度和比刚度高，且密度也较铝合金低的特点，因此是最理想的泡沫金属基体材料。但由于镁的活性较高，采用传统的泡沫铝制备工艺极其产生爆炸等危险，且制备出的泡沫镁品质较差。虽然泡沫镁的吸能等性能明显优于泡沫铝，但其制备难度较高、均匀性较差，与所有泡沫金属材料一样，无法一次性制备结构复杂的大型零部件。因此，开发新型多孔镁合金是泡沫材料发展的主要方向之一，对多孔材料的发展具有重要的意义。
目前，多孔合金材料的制备方法主要通过特殊的方法，如熔体发泡法、渗流铸造法、熔模铸造法、固-气共晶凝固法、粉末冶金法、二次发泡法等。这些方法都需要借助特殊的条件或者添加剂，无法避免地会在合金材料中引入大量的杂质。比如：熔体发泡法是目前多孔金属材料成本较低、应用最广的制备方法之一，主要借助发泡剂如粉煤灰微球、碳酸镁、碳酸钙等，同时需要借助其他合金化元素的添加来提高镁合金熔体粘度。渗流铸造法主要借助于多孔垫片材料，制备开孔泡沫镁合金，工艺具有一定的爆炸风险等等。因此这些多孔材料的性能受杂质影响很大，且无法制备大尺寸复杂构型的零部件。多孔材料产品都需要机加成零部件，导致表面暴露出很多的气孔，对镁合金的防腐处理增加难度或者无法进行表面防腐处理，从而限制了多孔镁合金的应用。
目前还没有一种依靠传统铸造方法就可以完成发泡的多孔镁合金材料，也没有利用铸造放置制备表面无孔的多孔镁合金产品。传统铸造法制备镁合金不仅成本低，而且简单、安全，复杂构型的表面无孔的多孔镁合金产品可进行各种表面处理，提高多孔材料的应用领域。因此，适用于重力铸造的多孔镁合金材料必将成为多孔镁合金发展的必然趋势。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金，本发明提供的多孔镁合金孔隙率可调、尺寸可调、力学性能尤其是吸能性能优异。
有鉴于此，本申请提供了一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金，包括：
Zn 3～18wt％；
Al 3～18wt％；
Nd 2～15wt％；
且Zn、Al和Nd的质量比为1：(0.8～1)：(0.35～1.2)；
Mg余量。
优选的，Zn的含量为4～15wt％。
优选的，Al的含量为4～15wt％。
优选的，Nd的含量为3～12wt％。
优选的，所述镁合金中Zn、Al和Nd的质量比为1：(0.85～0.99)：(0.40～0.90)。
本申请还提供了所述的熔体吸气型自发泡多孔镁合金的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将镁源、锌源、铝源、钕源混合，熔炼，得到合金液；
向所述合金液中通入CO2气体吹气；
将吹气后的合金液进行重力铸造，得到熔体吸气型自发泡多孔镁合金。
优选的，所述熔炼的温度为650～800℃。
优选的，所述混合的原料中还包括其他合金元素源；所述合金液的制备具体为：
将镁源和镧源进行熔炼，得到第一混合金属液；
将所述第一混合金属液和其他合金元素源混合，得到第二混合金属液；
将所述第二混合金属液与锌源、铝源混合，得到合金液。
优选的，所述吹气的温度为650～750℃，时间为2～15min。
优选的，所述重力铸造的模具为金属模具或砂型模具，所述重力铸造的冷却方式为随炉冷、空冷或水冷。
本发明提供了一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金，其中含有Nd、Zn和Al，熔化后三者形成的熔体能够吸收大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出从而形成气泡，使本发明提供的多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现发泡，因此本发明提供的多孔镁合金是一种自发泡多孔镁合金；其气孔含量、尺寸和分布与合金成分、凝固速率密切相关，从而可以通过调整相关参数实现对合金气孔的调节；进一步的，向熔体中通入CO2可保证熔体吸入足够的气体。
实验结果表明：本发明提供的熔体吸气型自发泡多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到62％，压缩屈服强度为52～130MPa，弹性模量为12～30GPa，吸收能为21～72kJ·kg-1，本发明提供的多孔镁合金具有较高的孔隙率和较好的力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的多孔镁合金照片；
图2为本发明实施例3得到的多孔镁合金照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于现有技术中，泡沫金属材料以及多孔镁合金的性能需求，本申请提供了一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金，其中含有Nd、Zn和Al，熔化后三者形成的熔体能够吸收大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出从而在熔体中均匀地形成气泡，使本发明提供的多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现发泡，其气孔含量、尺寸和分布与合金成分、凝固速率密切相关，从而可以通过调整相关参数对合金气孔进行调节。具体的，本发明提供了一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金，包括：
Zn 3～18wt％；
Al 3～18wt％；
Nd 2～15wt％；
且Zn、Al和Nd的质量比为1：(0.8～1)：(0.35～1.2)；
Mg余量。
本发明提供的熔体吸气型自发泡多孔镁合金包括3～18wt％的Zn，具体的，所述Zn的含量为4～15wt％，更具体的，所述Zn的含量为6％～12％。本发明提供的多孔镁合金中Zn的含量使所述自发泡多孔镁合金具有非常好的流动性能，进而使本发明提供的多孔镁合金可通过传统重力铸造等方式制备大尺寸复杂结构铸件。
本发明提供的多孔镁合金包括3～18wt％的Al，具体的，Al的含量为4～15wt％，更具体的，Al的含量为6％～12％。在本发明中，所述Al可以和上述技术方案所述的Zn共同作用，进一步提高合金液的流动性，同时还可以抑制合金铸造过程中的热裂行为和氧化行为，使本发明提供的多孔镁合金具有更好的铸造品质。
本发明提供的多孔镁合金包括2～15wt％的Nd，具体的Nd的含量为3～12wt％，更具体的，Nd的含量为4～9wt％。在本发明中，所述Nd能够和上述技术方案所述的Al和Zn结合形成三元相，其中也包括三元准晶相；三元准晶相在凝固过程中对气体的吸收和释放起着调节作用，而三元准晶相的形成与合金成分、凝固速率等相关，从而使得本发明提供的多孔镁合金的气孔含量和尺寸可调节。
本发明提供的多孔镁合金还可以包含其他合金元素，所述其他合金元素不会显著影响合金的自发泡过程和合金的性能。
在本发明中，所述自发泡多孔镁合金中Zn：Al：Nd的质量比为1：(0.8～1)：(0.35～1.2)，更具体的，Zn、Al和Nd的质量比为1：(0.85～0.99)：(0.40～0.90)；Zn、Al和Nd若不存在上述关系，则发泡效果会变差。杂质元素Fe、Ni、Cu、Be等的总量小于0.05wt％，余量为镁。
本发明提供了一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将镁源、锌源、铝源、钕源混合，熔炼，得到合金液；
向所述合金液中通入CO2气体吹气；
将吹气后的合金液进行重力铸造，得到熔体吸气型自发泡多孔镁合金。
本发明将镁源、锌源、铝源、钕源(或其他合金元素源)进行熔炼，得到合金液。在本发明中，所述熔炼的温度为650～800℃，优选为690℃～740℃，最优选为720℃。本发明对所述熔炼的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的金属熔炼的技术方案即可。本发明优选在保护性气体的条件下进行所述熔炼。本发明对所述保护性气体的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的制备镁合金时使用的保护性气体即可，可由市场购买获得。在本发明中，所述保护性气体优选为SF6和CO2。在本发明中，所述SF6和CO2的体积比优选为1:(50～120)，最优选为1:80。本发明优选在搅拌的条件下进行所述熔炼。
本发明优选将镁源和钕源进行熔炼，得到第一混合金属液；将所述第一混合金属液和锌源、铝源(和其他合金元素源)混合，得到合金液。本发明对熔炼所述镁源、锌源、铝源、钕源的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的金属熔炼的技术方案即可。在将所述镁源和钕源进行熔炼之前，本发明优选将所述镁源和钕源进行预热。在本发明中，所述镁源和钕源预热的温度优选为120℃～400℃，更优选为200℃～360℃，最优选为300℃。
得到第一混合金属液后，本发明优选将所述第一混合金属液和其他合金元素源混合，得到第二混合金属液；在本发明中，所述第一混合金属液和其他合金元素源的混合温度优选为720℃～750℃，更优选为725℃～740℃，最优选为730℃。在本发明中，所述第一混合金属液和其他合金元素源的混合时间优选为5分钟～10分钟，更优选为6分钟～8分钟；如果不添加其他合金元素源，则没有第二混合金属液。
得到第一或第二混合金属液后，本发明优选将所述第一或第二混合金属液和锌源、铝源混合，得到合金液；在本发明中，所述第一或第二混合金属液和锌源、铝源的混合时间优选为10分钟～20分钟，更优选为6分钟～12分钟。
得到合金液后，本发明选择向合金液中通入CO2气体进行吹气5～15分钟，吹气时间优选为6～10分钟，更为优选为6～8分钟；吹气时熔体温度为680～710℃，更为优选的熔体温度为680～700℃，最为优选的熔体温度为685～695℃。
在本发明中，所述锌源优选为纯锌。在本发明中，所述铝源优选为纯铝。在本发明中，所述镁源优选为纯镁。本发明对所述锌源、铝源和镁源的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。在本发明中，所述钕源优选为镁-钕中间合金。在本发明中，所述镁-钕中间合金中钕的质量分数优选为15％～40％，更优选为20～30％。在本发明中，所述其他合金元素源优选为镁-其他合金元素中间合金。在本发明中，所述镁-其他合金元素中间合金中的质量分数没有特殊限制，满足合金制备条件即可。本发明对所述钕源、其他合金元素源的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的上述种类的源即可，可由市场购买获得。在本发明的实施例中，所述钕源和其他合金元素源都来自市场购买。
得到合金液后，可以向所述合金液中通入CO2进行吹气2～15分钟。在本发明中，优选吹气，吹气时间为6～8分钟。本发明优选将合金液静置。在本发明中，所述静置的时间优选为1分钟～30分钟，所述静置时熔体温度优选为650～730℃。
在将所述镁源、锌源、铝源、钕源、其他合金元素源进行熔炼之前，本发明优选将所述镁源、锌源、铝源、钕源、其他合金元素源预热。在本发明中，所述镁源、锌源、铝源、钕源、其他合金元素源预热的温度优选为120℃～400℃，更优选为200℃～360℃，最优选为300℃。
得到合金液后，本发明将所述合金液进行浇铸，得到多孔镁合金，在本发明中，所述浇铸温度优选为650℃～780℃，更优选为660℃～710℃，最优选为680℃～690℃。在本发明中，所述浇铸速率没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的镁合金浇铸的技术方案即可。本发明对所述铸造模具没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的金属模或沙模即可。
将本发明提供的多孔镁合金按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》的标准，测试其密度，然后计算其孔隙率。按照GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》的标准，测试其在室温下的力学性能。然后根据测试的压缩曲线计算其屈服强度和吸收能；按照GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其在室温下的弹性模量。实验结果为：本发明提供的自发泡多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到62％，压缩屈服强度为52～130MPa，弹性模量为12～30GPa，本发明提供的多孔镁合金具有较高的孔隙率和较好的力学性能
本发明提供了一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金，包括：3～18wt％的Zn，3～18wt％的Al，2～15wt％的Nd，Zn：Al：Nd的质量比为1：(0.8～1)：(0.35～1.2)，杂质元素Fe、Ni、Cu、Be等的总量小于0.05wt％，余量为镁。本发明提供的多孔镁合金中含有Nd，Zn和Al，熔化后三者形成的熔体能够吸收大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出从而形成气泡，使本发明提供的多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现多孔镁合金，因此本发明提供的多孔镁合金是一种自发泡多孔镁合金。另外，本发明提供的多孔镁合金中含有Zn和Al，两者和Mg反应可以生成三元准晶相，同时该合金中含有Nd，Nd可以改变准晶相的结构，从而实现对气体吸收和释放的调节；因此本发明提供的多孔镁合金的气孔含量、尺寸和分布可以通过控制合金成分和凝固速率来调节，方法可靠、简单且安全。通过吹入CO2可以保证熔体足够的气体吸入量，实现更好的发泡。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的熔体吸气型自发泡多孔镁合金进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品，所用的镁-钕中间合金中钕的质量分数为30％，所用的锌和铝为纯锌和纯铝。
实施例1
将8000g的纯镁、1500g的纯锌、1500g的纯铝、4000g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在720℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体6分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置1分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明实施例1得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明实施例1得到的多孔镁合金包括：9.94wt％的Zn，9.83wt％的Al，7.47wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。将本发明实施例1得到的多孔镁合金进行了光学照片如图1所示；可以看出，本发明实施例1得到的多孔镁合金的气孔较大，分布比较均匀。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量。实验结果为：在室温下的孔隙率可以达到62％，压缩屈服强度为52MPa，弹性模量为12GPa。
实施例2
将13020g的纯镁、485g的纯锌、485g的纯铝、1010g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在720℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体6分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明实施例2得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明实施例2得到的多孔镁合金包括：3.04wt％的Zn，3.02wt％的Al，2.01wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.05wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率可以达到17％，压缩屈服强度为130MPa，弹性模量为30GPa。
实施例3
将1600g的纯镁、2700g的纯锌、2700g的纯铝、8000g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体8分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置5分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明实施例3得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明实施例3得到的多孔镁合金包括：17.84wt％的Zn，17.65wt％的Al，14.71wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.05wt％，余量为镁。将本发明实施例3得到的多孔镁合金进行了光学照片如图2所示。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率可以达到59％，压缩屈服强度为52MPa，弹性模量为13GPa。
实施例4
将10250g的纯镁、1500g的纯锌、1500g的纯铝、1750g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体2分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置3分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明实施例4得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明实施例4得到的多孔镁合金包括：10.09wt％的Zn，9.78wt％的Al，3.51wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.05wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率可以达到43％，压缩屈服强度为73MPa，弹性模量为20GPa。
实施例5
将10550g的纯镁、1500g的纯锌、1200g的纯铝、1750g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体15分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置30分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明实施例5得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明实施例5得到的多孔镁合金包括：9.94wt％的Zn，7.98wt％的Al，3.52wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率可以达到56％，压缩屈服强度为58MPa，弹性模量为17GPa。
实施例6
将6000g的纯镁、1500g的纯锌、1500g的纯铝、6000g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体8分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置1分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明实施例6得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明实施例6得到的多孔镁合金包括：10.03wt％的Zn，9.89wt％的Al，11.84wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率可以达到52％，压缩屈服强度为65MPa，弹性模量为18GPa。
对比例1
将11600g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、1000g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在720℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体15分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置5分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明对比例1得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明对比例1得到的多孔镁合金包括：7.98wt％的Zn，7.92wt％的Al，1.96wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率仅为3％，压缩屈服强度为218MPa，弹性模量为41GPa。
对比例2
将7600g的纯镁、1200g的纯锌、1600g的纯铝、3000g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体6分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置1分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明对比例2得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明对比例2得到的多孔镁合金包括：7.91wt％的Zn，9.74wt％的Al，5.31wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率仅为4％，压缩屈服强度为221MPa，弹性模量为42GPa。
对比例3
将8425g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、5500g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钕中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体6分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置3分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明对比例3得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明对比例3得到的多孔镁合金包括：7.78wt％的Zn，9.62wt％的Al，10.51wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率仅为4％，压缩屈服强度为227MPa，弹性模量42GPa。
对比例4
将8740g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝预热到300℃；首先将预热的纯镁放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体6分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置30分钟。
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明对比例4得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为：本发明对比例4得到的多孔镁合金包括：7.82wt％的Zn，7.93wt％的Al，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》，GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》，GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其孔隙率、压缩屈服强度、弹性模量；实验结果为：在室温下的孔隙率小于1％，压缩屈服强度为192MPa，弹性模量为43GPa。
对比例5
将8800g的纯镁、1200g的纯铝、2500g的镁-钕中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁、镁-钕中间合金预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；然后将合金液降温至690℃，向熔体中吹CO2气体8分钟；最后将所述合金液降温至670℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用的长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm/100mm×150mm×100mm)，长为550mm/200mm。
采用光谱分析仪对本发明对比例5得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明对比例5得到的多孔镁合金包括：7.97wt％的Al，4.88wt％的Nd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为镁。
按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》的标准，测试其孔隙率；实验结果为：在室温下的孔隙率小于1％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种熔体吸气型自发泡多孔镁合金，包括：
Zn 3～18wt％；
Al 3～18wt％；
Nd 2～15wt％；
且Zn、Al和Nd的质量比为1：(0.8～1)：(0.35～1.2)；
Mg余量。
2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，Zn的含量为4～15wt％。
3.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，Al的含量为4～15wt％。
4.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，Nd的含量为3～12wt％。
5.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金中Zn、Al和Nd的质量比为1：(0.85～0.99)：(0.40～0.90)。
6.权利要求1所述的熔体吸气型自发泡多孔镁合金的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将镁源、锌源、铝源、钕源混合，熔炼，得到合金液；
向所述合金液中通入CO2气体吹气；
将吹气后的合金液进行重力铸造，得到熔体吸气型自发泡多孔镁合金。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为650～800℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合的原料中还包括其他合金元素源；所述合金液的制备具体为：
将镁源和镧源进行熔炼，得到第一混合金属液；
将所述第一混合金属液和其他合金元素源混合，得到第二混合金属液；
将所述第二混合金属液与锌源、铝源混合，得到合金液。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述吹气的温度为650～750℃，时间为2～15min。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述重力铸造的模具为金属模具或砂型模具，所述重力铸造的冷却方式为随炉冷、空冷或水冷。
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| 《化工百科全书》编辑委员会等: "《《化工百科全书》专业卷 冶金和金属材料》", 31 January 2001 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116043083A (zh) * | 2023-01-17 | 2023-05-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种自发泡原位自生颗粒增强高模量泡沫镁合金及其制备方法 |
| CN116043083B (zh) * | 2023-01-17 | 2023-10-27 | 哈尔滨工业大学 | 一种自发泡原位自生颗粒增强高模量泡沫镁合金及其制备方法 |
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