CN114505481A - 一种泡沫钢的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泡沫钢的生产工艺，将镁颗粒与成型剂混合，使镁颗粒浸润，同时将镁粉与铁粉进行混合；再将浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物进行混合，混匀后压实制块；压块再经真空烧结，使镁以镁蒸汽的形式从压块中排出，同时镁对铁基体进一步脱氧、脱硫，最终得到纯净的泡沫钢。本发明采用金属镁作为造孔材料，通过真空烧结过程使金属镁以蒸汽的形式从泡沫钢中去除，由于镁在铁中不溶解，且不能形成化合物，因此镁不会在铁中残留，能够保证泡沫钢的性能；同时金属镁实现了循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫钢生产技术领域，尤其涉及一种泡沫钢的生产工艺。
背景技术
泡沫钢是一种钢基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的结构-功能一体化材料。作为功能材料，它具有吸声、隔热、阻燃、电磁屏蔽等多种性能。在强烈地震或冲击荷载作用下，孔隙的塑性压缩能够吸收大量的能量，避免结构发生脆性破坏，所以在轻型钢结构、消能减震结构、抗震结构、抗冲击和防暴结构等方面有广阔的应用前景。
目前，泡沫钢的制备方法主要有熔体金属发泡法、金属沉积法、空心球烧结法、渗流法和粉末烧结法。熔体金属发泡法无法使发泡剂均匀分散到熔体中，气泡大小和分布的均匀性难以控制，获得的材料力学性能等较差；空心球法存在空心球制备困难、工艺设备要求高等不足；渗流法工艺流程长、先驱体难以完全去除。粉末烧结法是一种工艺简单、成本较低的制备方法，并且其孔隙率、孔径和孔径分布都可以有效地进行控制。
公开号为CN105803298B的中国发明专利公开了“一种用造孔剂制备泡沫钢的方法”，以纯铁粉和造孔剂为原材料，混合后进行压制，在氢气保护气氛下，烧结制备得到开孔泡沫钢；该发明在粉末烧结法的基础上，使用不同粒径、不同形状的糊精粉末和各种淀粉粉末等作为造孔剂，其易于获得且价格低廉，受热分解后无任何残留，最终得到不同孔结构和孔隙率的块状泡沫钢，孔参数可控，力学性能稳定，可实现工业化生产。其以纯铁粉和造孔剂为原材料，造孔剂为糊精粉末和各种淀粉粉末，主要成分为碳元素，在加热到900℃左右时，碳会向铁中渗透，在泡沫钢中形成碳化物Fe3C，造成泡沫钢中碳含量分布不均匀，从而影响泡沫钢的性能。
公开号为CN104004954B的中国发明专利公开了“一种泡沫钢的制备方法”，将钢合金粉和造孔剂按照体积比1～4：9～6混合均匀，然后放入模具中压实制块，脱模后干燥，再将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以10～20℃/min的速率升温至800～850℃预烧1～2小时，继续将条件温度升至1000～1200℃保温3～5小时，在高温烧结中，合金粉烧结结合，而造孔剂分解挥发去除，烧结完成后随炉冷却至室温，取出即可得到泡沫钢。该技术工艺流程短、设备要求低，可以制备孔径和孔隙率可控的泡沫钢，适宜制备各种孔尺寸和孔隙率要求的块状泡沫钢，可用于作为减震吸能材料和过滤材料。该发明所述造孔剂为不规则形状和球形碳酸钾，利用高温下碳酸钾分解去除，但无法彻底除清，残留在金属中的造孔剂对性能会不利影响，严重影响泡沫金属的使用效果。
总之，现有技术中因造孔剂均无法在制备泡沫钢时完全去除掉，对泡沫钢的性能产生了不利的影响，使泡沫钢的性能不均匀，不能发挥泡沫钢的优势。因此，急需研发一种在烧结过程能够不留残余，充分保障泡沫钢性能，且工艺简单，安全可靠，甚至对产品的质量有所提升的泡沫钢制备方法。
发明内容
本发明提供了一种泡沫钢的生产工艺，采用金属镁作为造孔材料，通过真空烧结过程使金属镁以蒸汽的形式从泡沫钢中去除，由于镁在铁中不溶解，且不能形成化合物，因此镁不会在铁中残留，能够保证泡沫钢的性能；同时金属镁实现了循环利用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种泡沫钢的生产工艺，将镁颗粒与成型剂混合，使镁颗粒浸润，同时将镁粉与铁粉进行混合；再将浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物进行混合，混匀后压实制块；压块再经真空烧结，使镁以镁蒸汽的形式从压块中排出，同时镁对铁基体进一步脱氧、脱硫，最终得到纯净的泡沫钢。
一种泡沫钢的生产工艺，具体包括如下步骤：
1)镁颗粒与成型剂混合：镁颗粒与硬脂酸按照质量比(50～100):1混合，得到浸润镁颗粒；
2)镁粉与铁粉混合：镁粉与铁粉按照质量比1:(3～7)混合，混料时加入石蜡作为粘结剂，混合料与石蜡的重量比为(75～100):1；
3)浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物混合：将浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物按照质量比1:(4～5)混合，得到最终混合物；
4)压制成型：将最终混合物进行压制，得到压块；
5)真空烧结：压块经脱模、干燥后进行预烧，预烧时以50～100℃/min的速率进行升温，加热到600～640℃保温1～2小时，然后继续升温到1050～1150℃，保温2～2.5小时；烧结过程中真空度不大于2Pa，烧结完成后压块随炉冷却至室温，即得到泡沫钢。
所述镁颗粒的Mg含量≥99.5％，粒度为2～4mm。
所述成型剂为硬脂酸。
所述镁粉的Mg含量≥99.5％，粒度为50～100目。
所述铁粉的Fe含量≥99.95％，O含量≤0.0050％，S含量≤0.0020％，粒度为200～400目。
所述压制使用合金钢模具，压力为300～450Mpa，压制时间为5～8min。
所述镁颗粒与成型剂的混合时间为3～10min；所述镁粉与铁粉在混料机中混合4～6小时。
所述泡沫钢的密度为1.96～2.93g/cm3，产品性能为：抗压屈服强度90～150MPa，压应变50％时能量吸收值60～110MJ/m3。
真空烧结过程中以蒸汽形式排出的镁通过冷凝成金属镁块进行回收。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用金属镁作为造孔材料，通过真空烧结过程使金属镁以蒸汽的形式从泡沫钢中去除，由于镁在铁中不溶解，且不能形成化合物，因此镁不会在铁中残留，能够保证泡沫钢的性能。
2)在真空烧结过程中，镁可以对钢中的氧、硫元素进一步脱除，起到净化钢质的作用，使泡沫钢性能得到进一步提高。
3)在真空烧结过程中对镁蒸汽进行回收，实现金属镁的循环利用。
4)本发明工艺简单，安全可靠，充分保障泡沫钢的性能。
附图说明
图1是本发明所述一种泡沫钢的生产工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种泡沫钢的生产工艺，将镁颗粒与成型剂混合，使镁颗粒浸润，同时将镁粉与铁粉进行混合；再将浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物进行混合，混匀后压实制块；压块再经真空烧结，使镁以镁蒸汽的形式从压块中排出，同时镁对铁基体进一步脱氧、脱硫，最终得到纯净的泡沫钢。
一种泡沫钢的生产工艺，具体包括如下步骤：
1)镁颗粒与成型剂混合：镁颗粒与硬脂酸按照质量比(50～100):1混合，得到浸润镁颗粒；
2)镁粉与铁粉混合：镁粉与铁粉按照质量比1:(3～7)混合，混料时加入石蜡作为粘结剂，混合料与石蜡的重量比为(75～100):1；
3)浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物混合：将浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物按照质量比1:(4～5)混合，得到最终混合物；
4)压制成型：将最终混合物进行压制，得到压块；
5)真空烧结：压块经脱模、干燥后进行预烧，预烧时以50～100℃/min的速率进行升温，加热到600～640℃保温1～2小时，然后继续升温到1050～1150℃，保温2～2.5小时；烧结过程中真空度不大于2Pa，烧结完成后压块随炉冷却至室温，即得到泡沫钢。
所述镁颗粒的Mg含量≥99.5％，粒度为2～4mm。
所述成型剂为硬脂酸。
所述镁粉的Mg含量≥99.5％，粒度为50～100目。
所述铁粉的Fe含量≥99.95％，O含量≤0.0050％，S含量≤0.0020％，粒度为200～400目。
所述压制使用合金钢模具，压力为300～450Mpa，压制时间为5～8min。
所述镁颗粒与成型剂的混合时间为3～10min；所述镁粉与铁粉在混料机中混合4～6小时。
所述泡沫钢的密度为1.96～2.93g/cm3，产品性能为：抗压屈服强度90～150MPa，压应变50％时能量吸收值60～110MJ/m3。
真空烧结过程中以蒸汽形式排出的镁通过冷凝成金属镁块进行回收。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，生产泡沫钢的过程如下：
1.镁颗粒与成型剂混合：镁颗粒的Mg含量为99.8％，粒度为4mm；成型剂采用硬脂酸，镁颗粒与硬脂酸按照质量比100:1混合，混合时间为10min，得到浸润镁颗粒。
2.镁粉与铁粉混合：镁粉的Mg含量为99.7％，粒度为50目，铁粉的Fe含量为99.96％，O含量为0.0035％，S含量为0.0016％，粒度为200目；镁粉与铁粉按照质量比1:3在混料机中混合4小时，混料时加入石蜡作为粘结剂，混合料与石蜡的重量比为100:1。
3.浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物混合：将上述浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物按照质量比1:4在混料机中混合1小时，得到最终混合物。
4.压制成型：将最终混合物进行压制，压制模具采用合金钢模具，压力为450Mpa，压制时间为8min，得到压块。
5.真空烧结：压块经脱模、干燥后进行预烧，预烧时以100℃/min的速率进行升温，加热到640℃保温1小时，然后继续升温到1150℃，保温2.5小时，烧结过程中真空度为2Pa，烧结完成后压块随炉冷却至室温，即得到泡沫钢。
真空烧结过程中，对形成的镁蒸汽进行回收，实现金属镁的循环利用。
本实施例中生产的泡沫钢，密度为1.96g/cm3，氧含量为0.0017％，S含量为0.0008％，产品性能：抗压屈服强度为90MPa，50％压应变时能量吸收值为60MJ/m3。
【实施例2】
本实施例中，生产泡沫钢的过程如下：
1.镁颗粒与成型剂混合：镁颗粒的Mg含量为99.5％，粒度为2mm，成型剂采用硬脂酸，镁颗粒与硬脂酸按照质量比为75:1，混合时间为4min，得到浸润镁颗粒。
2.镁粉与铁粉混合：镁粉的Mg含量为99.8％，粒度为75目，铁粉的Fe含量为99.98％，O含量为0.0043％，S含量为0.0018％，粒度为400目；镁粉与铁粉按照质量比1:7在混料机中混合6小时，混料时加入石蜡作为粘结剂，混合料与石蜡的重量比为80:1。
3.浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物混合：将上述浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物按照质量比1:5在混料机中混合0.75小时，得到最终混合物。
4.压制成型：将最终混合物进行压制，压制模具为合金钢模具，压力为370Mpa，压制时间为7min，得到压块。
5.真空烧结：压块经脱模、干燥后进行预烧，预烧时以50℃/min的速率进行升温，加热到620℃保温2小时，然后继续升温到1120℃，保温2.3小时，烧结过程中真空度为1Pa；烧结完成后压块随炉冷却至室温，即得到泡沫钢。
真空烧结的同时，对形成的镁蒸汽进行回收，实现金属镁的循环利用。
本实施例所生产的泡沫钢，密度为2.93g/cm3，氧含量为0.0021％，S含量为0.0009％，产品性能：抗压屈服强度为150MPa，50％压应变时能量吸收值为110MJ/m3。
【实施例3】
本实施例中，泡沫钢的生产过程如下：
1.镁颗粒与成型剂混合：镁颗粒的Mg含量为99.7％，粒度为3mm；成型剂采用硬脂酸，镁颗粒与硬脂酸按照质量比50:1混合，混合时间为8min，得到浸润镁颗粒。
2.镁粉与铁粉混合：镁粉的Mg含量为99.6％，粒度为100目；铁粉的Fe含量为99.97％，O含量为0.0048％，S含量为0.0020％，粒度为300目；镁粉与铁粉按照质量比1:5在混料机中混合5小时，混料时加入石蜡作为粘结剂，混合料与石蜡的重量比为90:1。
3.浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物混合：将上述浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物按照质量比1:4.5在混料机中混合0.5小时，得到最终混合物。
4.压制成型：将最终混合物进行压制，压制模具为合金钢模具，压力为300Mpa，压制时间为6min，得到压块。
5.真空烧结：压块经脱模、干燥后进行预烧，预烧时以75℃/min的速率进行升温，加热到600℃保温1.5小时，然后继续升温到1060℃，保温2小时，烧结过程中真空度为2Pa；烧结完成后压块随炉冷却至室温，即得到泡沫钢。
真空烧结的同时，对形成的镁蒸汽进行回收，实现金属镁的循环利用。
本实施例生产的泡沫钢，密度为2.45g/cm3，氧含量为0.0023％，S含量为0.0009％，产品性能：抗压屈服强度为120MPa，50％压应变时能量吸收值为85MJ/m3。
本发明制备的泡沫钢中没有残余物，同时在烧结过程中，镁对钢中的氧、硫元素脱除率均达到50％以上，起到了净化钢质的作用，使泡沫钢的性能进一步提高。同时实现了金属镁的循环利用，降低生产成本的同时保证了泡沫钢的良好性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，将镁颗粒与成型剂混合，使镁颗粒浸润，同时将镁粉与铁粉进行混合；再将浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物进行混合，混匀后压实制块；压块再经真空烧结，使镁以镁蒸汽的形式从压块中排出，同时镁对铁基体进一步脱氧、脱硫，最终得到纯净的泡沫钢。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)镁颗粒与成型剂混合：镁颗粒与硬脂酸按照质量比(50～100):1混合，得到浸润镁颗粒；
2)镁粉与铁粉混合：镁粉与铁粉按照质量比1:(3～7)混合，混料时加入石蜡作为粘结剂，混合料与石蜡的重量比为(75～100):1；
3)浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物混合：将浸润镁颗粒与镁粉铁粉混合物按照质量比1:(4～5)混合，得到最终混合物；
4)压制成型：将最终混合物进行压制，得到压块；
5)真空烧结：压块经脱模、干燥后进行预烧，预烧时以50～100℃/min的速率进行升温，加热到600～640℃保温1～2小时，然后继续升温到1050～1150℃，保温2～2.5小时；烧结过程中真空度不大于2Pa，烧结完成后压块随炉冷却至室温，即得到泡沫钢。
3.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，所述镁颗粒的Mg含量≥99.5％，粒度为2～4mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，所述成型剂为硬脂酸。
5.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，所述镁粉的Mg含量≥99.5％，粒度为50～100目。
6.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，所述铁粉的Fe含量≥99.95％，O含量≤0.0050％，S含量≤0.0020％，粒度为200～400目。
7.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，所述压制使用合金钢模具，压力为300～450Mpa，压制时间为5～8min。
8.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，所述镁颗粒与成型剂的混合时间为3～10min；所述镁粉与铁粉在混料机中混合4～6小时。
9.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，所述泡沫钢的密度为1.96～2.93g/cm3，产品性能为：抗压屈服强度90～150MPa，压应变50％时能量吸收值60～110MJ/m3。
10.根据权利要求1或2所述的一种泡沫钢的生产工艺，其特征在于，真空烧结过程中以蒸汽形式排出的镁通过冷凝成金属镁块进行回收。
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