專利名稱：熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料和功能材料及材料加工領域，特別涉及一種熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法。
背景技術：
泡沫材料是基體內含有氣孔的一種新型材料。它具有密度小、比強度大、易加工、耐熱、隔音和隔熱效果好等特點，可廣泛應用于建筑、船舶、航空、汽車制造工業。近年來，為了滿足工業生產和科學技術發展需要，人們積極研制具有特殊性能的泡沫金屬材料，但主要的方向是泡沫鋁合金材料，對泡沫鎂合金材料的研究所見報道不多。這是由于鎂合金易燃、易腐蝕、工藝復雜等。目前，常用的制備泡沫金屬的方法，有以下幾種1、粉末冶金法它是將發泡劑加入到金屬粉末中，經過成型燒結，使發泡劑分解，蒸發或溶解而制得，采用這種方法很難得到孔隙率高于60％的泡沫材料。該法由于成本較高，只適合于鑄造加工一些小零件，不適合大規模工業生產。
2、覆金屬法，又稱電解沉積法，它是以聚氨基甲酸乙脂發泡材料為骨架，進行電解沉積，然后加熱去除有機發泡材料而制得。這種發泡材料昂貴，技術較復雜，應用有限。
3、滲流鑄造法它是用一定尺寸的固體顆粒(如溶鹽、玻璃、陶瓷等)堆積在一起，然后，把熔融的金屬液澆注到固體顆粒的縫隙中，冷凝后再把固體顆粒除掉，就得到了泡沫材料。這種方法生產的泡沫材料孔徑的均勻性可以做到，但孔隙率不會很高。
4、直接發泡法即直接向金屬液中加入TiH2、ZrH2、和CaH2等發泡劑，使它與金屬液均勻混合，受熱分解出氣體，冷卻后形成泡沫狀金屬材料。
泡沫鎂材料同泡沫鋁材料相比具有更好的阻尼性、防電磁性，具有目前其他材料所不能同時具有的輕質、消聲、滯震、電磁屏蔽和抗老化等功能。由于具有上述良好的性能，泡沫鎂材料可用來制作消聲器、減震器、換熱器、太陽能吸收器、催化劑載體、電磁屏蔽罩以及制造重量輕、強度高的金屬材料構件等，為解決許多重大技術難題提供了可能。例如，利用泡沫狀金屬材料良好的吸音特性可解決長期困擾環境的汽車、摩托車發動機的排氣消音問題，可作為飛機結構件的夾心材料，高速公路的隔音墻板等。目前，能夠制備泡沫鎂的方法只有粉末冶金法和滲流鑄造法，利用熔體直接發泡法制備泡沫鎂還未見報道，熔體直接發泡法的特點是工藝簡單、生產成本低，適合于較大規模工業生產。
發明內容
本發明的目的在于提供一種工藝簡單、生產成本低、效果良好的熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法。
本發明的目的是這樣實現的一種熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，包括原料熔化、加發泡劑攪拌、發泡、切割成型等工藝步驟；1、制取一種鎂合金(如鎂-鋁-鈣合金)按質量百分比計，以鎂、鋁比為80～91％∶20～9％制取鎂鋁合金，然后加入占鎂鋁合金質量的1～5％的金屬鈣，制得鎂合金。
2、將上述鎂合金加熱至700～730℃溫度下熔化，加入占鎂合金質量的5～30％(較佳含量為5～20％)碳化硅增粘劑，以增加熔體粘度；然后降至550～650℃的溫度，再加入占鎂合金和碳化硅總質量的2～20％(較佳含量為2～10％)的碳酸鎂粉，并進行高速攪拌。本發明可以通過控制碳酸鎂粉的粒度和加入量以及攪拌時間來控制泡沫鎂的孔徑，碳酸鎂粉的粒度為20～200目；攪拌時間為1～10分鐘，攪拌速度為1000～2000轉/分。
3、將攪拌后的熔體傾入發泡槽，并送入發泡爐內發泡，發泡溫度為550～650℃，碳酸鎂受熱分解，產生二氧化碳氣體，使鎂合金熔體發泡。
4、發泡結束后，將發泡槽移出發泡爐，進行冷卻降溫，取出發泡體，切割成材。
本發明的特點是(1)本發明采用熔體直接發泡法制備泡沫鎂合金材料，工藝簡單、生產成本低，適合于較大規模工業生產；(2)本發明采用廉價的碳酸鎂粉作為發泡劑，大幅度地降低了泡沫鎂的生產成本；(3)本發明通過控制攪拌時間來控制碳酸鎂的分解，即使發泡在適宜的碳酸鎂分解速率下進行，這樣既可以使碳酸鎂在鎂液更充分地分散，使產品的氣孔均勻性得到改善，又能夠通過較為精確的操作來制取不同密度和不同孔徑的泡沫鎂產品；(4)本發明使攪拌后進入發泡工序的熔體溫度保持在550～650℃范圍內，以減少孔壁的裂紋，提高產品的質量；(5)本發明可以通過控制碳酸鎂粉的粒度和加入量，并控制適宜的攪拌時間和攪拌溫度，以生產不同孔徑的泡沫鎂產品；(6)本發明用金屬鈣來實現鎂合金的阻燃，簡化了鎂合金的熔煉工藝，節約了成本，降低了對環境的污染；(7)本發明工藝條件穩定，操作控制準確，制出的泡沫鎂產品孔徑均勻，可生產不同密度，不同孔徑的泡沫鎂產品；本發明生產的泡沫鎂產品的指標為孔徑均勻、密度可控、孔徑可控；密度的控制范圍0.2g/cm3～0.8g/cm3；孔徑的控制范圍0.2mm～2mm；(8)本發明在原料熔化后加入碳化硅顆粒做增粘劑可以增加熔體粘度。
圖1-圖2為采用本發明制備的泡沫鎂材料的截面照片。
具體實施例方式
下面結合具體的實施例對本發明做進一步說明實施例1取合金1000g，組成為鎂93％+鋁7％(質量百分比)，在溫度710～730℃下熔化均勻，加入增粘劑碳化硅6％(質量百分比，粒度為10～50微米)，以提高合金熔體粘度；然后自然冷卻降溫到640～660℃，將增粘后的熔體移入攪拌坩堝，降溫至630～650℃，然后進行攪拌，攪拌速度1500轉/分至2000轉/分，攪拌開始后即向熔體中加入粒度為200目、占鎂鋁合金質量的5％左右的碳酸鎂粉，攪拌時間為4分鐘。攪拌后將熔體傾入預熱的發泡槽，將發泡槽推入已恒溫630℃的發泡爐，發泡時間為4分鐘。發泡結束后，將發泡槽取出空冷，取出發泡體，經切割處理后即得平均孔徑為0.3mm，密度為0.6g/cm3的泡沫鎂產品。
實施例2
與實施例1不同之處在于取總量1000克的鎂-鋁-鈣合金，合金配比為鎂85％+鋁11％+鈣4％(質量百分比)。在溫度700～730℃下熔化均勻，加入增粘劑碳化硅8％(質量百分比，粒度為10～50微米)，以提高合金熔體粘度；然后自然冷卻降溫到620～640℃，將增粘后的熔體移入攪拌坩堝，降溫至590～620℃，然后進行攪拌，攪拌速度1000轉/分至1500轉/分，攪拌開始后即向熔體中加入粒度為150～200目、占鎂-鋁-鈣合金質量的6％左右的碳酸鎂粉，攪拌時間為5分鐘。攪拌后將熔體傾入預熱的發泡槽，將發泡槽推入已恒溫610℃的發泡爐，發泡時間為6分鐘。發泡結束后，將發泡槽取出空冷，取出發泡體，經切割處理后即得孔徑為0.4mm，密度為0.5g/cm3的泡沫鎂產品。
實施例3與實施例1不同之處在于取總量1000克的鎂-鋁-鈣合金，合金配比為鎂87％+鋁10％+鈣3％(質量百分比)。在溫度700～730℃下熔化均勻，加入增粘劑碳化硅5％(質量百分比，粒度為10～50微米)，以提高合金熔體粘度；然后自然冷卻降溫到640～660℃，將增粘后的熔體移入攪拌坩堝，降溫至620～640℃，然后進行攪拌，攪拌速度1000轉/分至2000轉/分，攪拌開始后即向熔體中加入粒度為60～100目、占鎂-鋁-鈣合金質量的8％左右的碳酸鎂粉，攪拌時間為6分鐘。攪拌后將熔體傾入預熱的發泡槽，將發泡槽推入已恒溫620℃的發泡爐，發泡時間為5分鐘。發泡結束后，將發泡槽取出空冷，取出發泡體，經切割處理后即得孔徑為1mm，密度為0.4g/cm3的泡沫鎂產品。氣泡尺寸比較均勻，而且機械強度較好。
按照本發明制備的泡沫鎂材料的截面照片如圖1-圖2所示。
權利要求
1.一種熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，其特征在于將鎂合金加熱至700～730℃溫度下熔化，加入占鎂合金質量5～30％碳化硅增粘劑，然后降至550～650℃的溫度，再加入占鎂合金和碳化硅總質量的2～20％的碳酸鎂粉，并攪拌均勻；將攪拌后的熔體傾入發泡槽，并送入發泡爐內發泡，發泡溫度為550～650℃；發泡結束后，將發泡槽移出發泡爐，進行冷卻降溫，取出發泡體，切割成材。
2.根據權利要求1所述的熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，其特征在于所述碳化硅較佳含量為5～20％，碳酸鎂粉較佳含量為2～10％。
3.根據權利要求1所述的熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，其特征在于通過控制碳酸鎂粉的粒度和加入量以及攪拌時間來控制泡沫鎂的孔徑。
4.根據權利要求1或3所述的熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，其特征在于所述碳酸鎂粉的粒度為20～200目。
5.根據權利要求1或3所述的熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，其特征在于加入碳酸鎂粉后進行高速攪拌，攪拌速度為1000～2000轉/分，攪拌溫度為550℃～650℃，攪拌時間為1～10分鐘。
6.根據權利要求1所述的熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，其特征在于所述鎂合金可以為鎂-鋁-鈣合金，按質量百分比計，以鎂、鋁比為80-91％∶20-9％制取鎂鋁合金，然后加入占鎂鋁合金質量的1～5％的金屬鈣，制得鎂-鋁-鈣合金的鎂合金。
全文摘要
本發明屬于金屬材料和功能材料及材料加工領域，特別涉及一種熔體直接發泡制備泡沫鎂的方法，包括原料熔化、加發泡劑攪拌、發泡、切割成型等工藝步驟。本發明按一定比例制得鎂合金，將鎂合金加熱至700～730℃溫度下熔化，加入占鎂合金質量5～30％的碳化硅顆粒，然后降至550℃～650℃的溫度，再加入占鎂合金和碳化硅總質量2～20％的碳酸鎂粉，碳酸鎂粉高速攪拌時間為1～10分鐘，發泡溫度為550℃～650℃，發泡結束后移出發泡爐，冷卻降溫，切割成材。本發明工藝條件穩定，操作控制準確，制出的泡沫鎂產品孔徑均勻，可生產不同密度，不同孔徑的泡沫鎂產品。本發明制造泡沫鎂成本低并且工藝簡單，適合于較大規模工業生產。
文檔編號C22C23/00GK1966748SQ200510047728
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月16日 優先權日2005年11月16日
發明者楊院生, 周全, 李處森, 童文輝, 張宇男, 胡壯麒 申請人:中國科學院金屬研究所