專利名稱：采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備泡沫鎂合金的方法，尤其涉及一種采用菱鎂礦石二次泡沫 化制備泡沫鎂合金的方法。
背景技術：
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，具有目前其它材料 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。由于金屬鎂比金屬鋁化學活性高、易燃、易氧化、熱容量小，這些不利因素使得制 備泡沫鎂比制備泡沫鋁困難得多。目前關于泡沫鎂制備與性能等方面所發表的研究論文和 公開的專利很少，甚至不足泡沫鋁的1%。熔體發泡法所制備出的泡沫鋁在許多國家都有固 定商品，而泡沫鎂難以找到批量供貨的生產商或銷售商，世界各國多數停留在實驗室研究 或小試階段。目前泡沫鎂的主要制備方法有滲流鑄造法、熔模鑄造法、粉末冶金法、真空吸 鑄法和熔體發泡法等。現有制備泡沫鎂材料的方法普遍存在著制備工藝復雜，成本高的缺 陷。熔體發泡法工藝是能夠制備出符合市場需求的大規格泡沫金屬板材的最有前途 的方法之一，但是采用該工藝制備泡沫鎂還存在一些關鍵問題尚未解決。經對現有文獻 和專利的檢索發現，中國專利ZL 200510047728. 0涉及利用熔體直接發泡法制備泡沫鎂材 料。該專利中使用5 30%的碳化硅作為增粘劑，2 20%的碳酸鎂粉作為發泡劑，其不足 之處在于增粘劑碳化硅和發泡劑碳酸鎂粉的價格都較高，不利于泡沫鎂的生產成本的降低 和工業化開發。CN101135015公開了一種泡沫鎂的熔體發泡制備方法，該技術中使用2 8%的金屬鈣粉作為增粘劑，2 15%的碳酸鈣作為發泡劑，在620 700°C下發泡來制得 泡沫鎂。CN101608278A公開了一種阻燃泡沫鎂合金及其制備方法，該技術中使用的增粘劑 為金屬鈣粉，發泡劑為100 400目的碳酸鈣粉，發泡溫度為630 770 °C。CN101135015 和CN101608278A的主要不足是增粘劑金屬鈣粉價格較高，且不便于運輸和保存；發泡劑碳 酸鈣完全分解溫度較高，導致鎂合金氧化加劇，力學性能下降，不利于泡沫鎂的制備。
發明內容
本發明的目的在于提供一種采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，采 用天然菱鎂礦石作為發泡劑和增粘劑二次泡沫化制備泡沫鎂，工藝簡單、生產成本低。本發明是這樣來實現的，方法步驟為
第一步熔配阻燃鎂合金，并在630 730°C保溫10 20min，加入占鎂液質量分數 0. 1 1. 5%的菱鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末粒度為200-300目，以400 1500rpm轉速攪拌 2 IOmin ；
第二步將鎂液溫度降至550 620°C范圍內，加入占鎂液質量分數0. 5% 4. 0%的菱 鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末的粒度為30 200目，以轉速1000 2000rpm攪拌2 5min 后，將鎂液澆注在模具內，然后迅速冷卻，形成低孔隙率的泡沫鎂合金坯料； 第三步將上述泡沫鎂合金坯料在300 500°C范圍內保溫5 25min ； 第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中，在550 700°C范圍內使泡沫鎂合金坯料 中的菱鎂礦石粉末二次熱分解產生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。所述阻燃鎂合金是在商業用鎂合金中添加質量分數1 3%的金屬鈣和0 0. 5% 的混合稀土。所述鎂合金可以是鎂鋁系、鎂鋅系、鎂稀土系合金的一種。所取用的天然菱鎂礦石，即為市場通用的天然菱鎂礦石即可，對天然菱鎂礦石無 嚴格的要求。本發明的優點是1)本發明采用天然菱鎂礦石作為發泡劑和增粘劑制備泡沫鎂合 金及異型件，大幅度的降低了泡沫鎂合金的生產成本，制備工藝簡單，適合于較大規模工業生產。2)本發明作為發泡劑的30-200目的菱鎂礦石粉，加入溫度低于620°C，在泡沫鎂 合金制備坯料過程中只會分解極少一部分，更多的菱鎂礦石粉在二次加熱中分解，有利于 泡沫鎂合金坯料的二次泡沫化。3)本發明作為發泡劑的菱鎂礦石熱穩定性好，600 700°C以上才可能完全分解， 這與泡沫鎂合金的二次泡沫化溫度更為匹配。在此溫度下，二次泡沫化過程中菱鎂礦石充 分分解、產生的充型驅動力最大，有利于沫鎂合金及異型件的形成。4)本發明作為增粘劑的200 300目的菱鎂礦石粉在630 730°C范圍內加入， 在增粘過程中大量分解，熔體中存在及生成多種固相顆粒，如MgO，可以成為泡沫非均勻形 核核心，懸浮在熔體中提高了熔體的粘度，增強了泡沫的穩定性，使大量微小泡沫得以形成 球形孔泡沫鎂合金坯料。在制備過程中，增粘劑與Mg熔體主要發生如下反應 MgCO3 [s] =MgO [s]+CO2 [g]
2Mg [1] +CO2 [g] =2Mg0 [s] +C [s] 4Mg[l]+C02[g]= Mg2C[s]+2Mg0 5)本發明采用天然菱鎂礦石作為發泡劑的方法制備泡沫鎂合金及異型件，制備的坯料 在300 500°C溫度下保溫可使泡沫鎂合金坯料升溫更快以達到二次泡沫化溫度，使坯料 在二次泡沫化過程中保持更高的固相率，以防止菱鎂礦石分解產生氣體逃逸。6)本發明可以通過控制菱鎂石粉的粒度和加入量，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。7)本發明采用金屬鈣和混合稀土合金化的方法來實現鎂合金的阻燃，預先熔配好 阻燃鎂合金，在隨后的泡沫鎂制備過程中無需混合氣體保護，簡化了泡沫鎂的生產工藝，節 約了成本，降低了對環境的污染。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明的實施方式做進一步說明 實施例1
第一步熔配1000克ZM5-2. 5%Ca-0. l%Re合金，將合金在700 730°C下保溫lOmin， 加入占鎂液質量分數0. 3%,200目的菱鎂礦石粉末，以800rpm轉速攪拌5min ；
第二步將鎂液溫度降至600°C，加入占鎂液質量分數1%，100目的菱鎂礦石粉末，以轉 速1500rpm攪拌3min后，將鎂液澆注在模具內，然后迅速冷卻至形成低孔隙率的泡沫鎂合 金坯料；
第三步將上述泡沫鎂合金坯料在450°C范圍內保溫15min ；
第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中在620°C使坯料中菱鎂礦石粉末二次熱分 解產生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。最終得到的泡沫鎂樣品平均孔徑為1mm，密度為0. 7g/cm3。實施例2:
第一步熔配1000克ZMl-2%Ca-0. 2%Re合金，在700 730°C下保溫15min，加入占鎂 液質量分數0. 5 %，250目的菱鎂礦石粉末，以900rpm轉速攪拌5min ；
第二步將鎂液溫度降至620°C，加入占鎂液質量分數1. 5%, 60目的菱鎂礦石粉末，以 轉速1500rpm攪拌4min后，將鎂液澆注在模具內，然后迅速冷卻至形成低孔隙率的泡沫鎂 合金坯料；
第三步將上述泡沫鎂合金坯料在500°C范圍內保溫15min ；
第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中在650°C使坯料中菱鎂礦石粉末二次熱分 解產生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。最終得到的泡沫鎂鋁合金樣品平均孔徑為4 mm,密度為0. 5g/cm3。實施例3:
第一步熔配1000克ZM3-3%Ca合金，在700 730°C下保溫15min，加入占鎂液質量分 數0. 7%，300目的菱鎂礦石粉末，以lOOOrpm轉速攪拌6min ；
第二步將鎂液溫度降至590°C，加入占鎂液質量分數2%，200目的菱鎂礦石粉末，以轉 速1600rpm攪拌5min后，將鎂液澆注在模具內，然后迅速冷卻至形成低孔隙率的泡沫鎂合 金坯料；
第三步將上述泡沫鎂合金坯料在500°C保溫13min ；
第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中在610°C使坯料中菱鎂礦石粉末二次熱分 解產生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。最終得到的泡沫鎂稀土合金樣品平均孔徑為0. 5 mm,密度為0. 45g/cm3。
權利要求
一種采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是方法步驟為第一步熔配阻燃鎂合金，并在630～730℃保溫10～20min，加入占鎂液質量分數0.1～1.5％的菱鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末粒度為200 300目，以400～1500rpm轉速攪拌2～10min；第二步將鎂液溫度降至550～620℃范圍內，加入占鎂液質量分數0.5%～4.0%的菱鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末的粒度為30～200目，以轉速1000～2000rpm攪拌2～5min后，將鎂液澆注在模具內，然后迅速冷卻，形成低孔隙率的泡沫鎂合金坯料；第三步將上述泡沫鎂合金坯料在300～500℃范圍內保溫5～25min；第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中，在550～700℃范圍內使泡沫鎂合金坯料中的菱鎂礦石粉末二次熱分解產生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。
2.根據權利要求1所述的采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是 所述阻燃鎂合金是在商業用鎂合金中添加質量分數1 3%的金屬鈣和0 0. 5%的混合稀 土。
3.根據權利要求1所述的采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是 所述鎂合金可以是鎂鋁系、鎂鋅系、鎂稀土系合金的一種。
全文摘要
一種采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是方法步驟為第一步熔配阻燃鎂合金；第二步將鎂液溫度降至550～620℃范圍內；第三步將上述泡沫鎂合金坯料在300～500℃范圍內保溫5～25min；第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中，在550～700℃范圍內使泡沫鎂合金坯料中的菱鎂礦石粉末二次熱分解產生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。本發明的優點是本發明采用天然菱鎂礦石作為發泡劑和增粘劑制備泡沫鎂合金及異型件，大幅度的降低了泡沫鎂合金的生產成本，制備工藝簡單，適合于較大規模工業生產。
文檔編號C22C1/08GK101984103SQ20101057483
公開日2011年3月9日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者周全, 尹健, 張銘顯, 陳樂平 申請人:南昌航空大學