[發(fā)明專利]一種用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410145164.3
• 申請(qǐng)日: 2014-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN103862051A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱貴寶;廖益龍;楊楊;肖健;陳龍;白晨光;呂學(xué)偉;扈玫瓏;徐健;張生富;溫良英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/16
• 分類號(hào): B22F3/16;B22F5/10
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及泡沫金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法。

背景技術(shù)

材料的多孔化，賦予多孔材料嶄新的優(yōu)異性能，使其具備致密材料無(wú)法比擬的用途，從而擴(kuò)寬了泡沫材料的研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。純鎂的密度為1.74g/cm³，是工業(yè)中應(yīng)用最輕的金屬，它有比鋁的更為明顯減重效果，同時(shí)鎂具有比強(qiáng)度，比剛度和比彈性模量高，降噪減震性能和尺寸穩(wěn)定性能，電磁波干擾防護(hù)強(qiáng)，且不需要磨削、拋光，就能得到表面光潔的鑄件及可回收利用等一系列優(yōu)點(diǎn)。鎂的強(qiáng)度高，能實(shí)現(xiàn)高能量的吸收；較泡沫塑料熔點(diǎn)高，具有高溫穩(wěn)定性；且耐候性好，不易老化。而較泡沫陶瓷，泡沫金屬具有抗振性好、安裝、拆卸方便等優(yōu)良性能。泡沫鎂比泡沫鋁、泡沫鈦、泡沫塑料具有更好的吸能性，因此，泡沫鎂一個(gè)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是沖擊吸能及撞擊防護(hù)材料。泡沫鎂作為沖擊吸能材料可應(yīng)用在汽車、火車和對(duì)撞擊的安全防護(hù)是相當(dāng)?shù)闹匾热缭诔鞘羞\(yùn)行的公交車，經(jīng)常面臨與汽車或其它高強(qiáng)度目標(biāo)物體相撞的危險(xiǎn)，在汽車、摩托車及火車頭部安裝泡沫鎂的保險(xiǎn)杠也可以有效地吸收正面撞擊的能量。泡沫鎂不僅可以用于低速撞擊的吸能材料，而在軍事上還可以作為爆炸沖擊載荷條件下的衰減和防護(hù)材料，如用于重要軍事目標(biāo)和裝甲車的沖擊防護(hù)材料，還具有電磁屏蔽和消除噪音的功能。泡沫鎂良好的能量吸收性能同樣在制造汽車剎車器、緩沖器、機(jī)床的底座等方面有很廣泛的應(yīng)用，用于汽車的防振輕質(zhì)部件，作為沖擊能的吸收結(jié)構(gòu)，提高了車輛防振性，增加了車輛的碰撞安全。因此，泡沫鎂的這些優(yōu)異性能在緩沖吸能材料應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)有很大的潛力。

Yang等人對(duì)采用溶體發(fā)泡法制備的閉孔泡沫鎂的靜態(tài)壓縮性能研究，實(shí)驗(yàn)中試樣孔隙率范圍為53.0%-71.1%，對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度27.1Mpa下降到4.2Mpa。這一制備工藝，通過添加CaCO₃作為發(fā)泡劑，通過Ca作為增粘劑和純鎂粉采用熔體發(fā)泡法而制備閉孔泡沫鎂，從孔隙率的提高導(dǎo)致屈服強(qiáng)度的急劇降低，可以看出，Ca元素的加入，對(duì)泡沫鎂材料會(huì)產(chǎn)生不利影響，會(huì)惡化塑性，導(dǎo)致應(yīng)力平臺(tái)的縮短，從而使得吸能效果變差。李全錄等人成功利用真空滲流法，NaCl粒子為填充介質(zhì)制備泡沫鎂合金，研究了泡沫鎂合金在靜態(tài)載荷作用下的壓縮性能。而這一制備方法在用水沖洗的時(shí)候無(wú)法確保沖洗完全，所以Cl^-的殘留會(huì)破壞金屬氧化物的保護(hù)層，形成點(diǎn)蝕或坑蝕，對(duì)鎂也有極強(qiáng)腐蝕的影響，從而使泡沫鎂材料性能惡化，導(dǎo)致泡沫鎂材料耐用時(shí)間極為縮短。在泡沫鎂的制備及其性能方面，相關(guān)的文獻(xiàn)很少，也缺乏系統(tǒng)的研究，特別是對(duì)于動(dòng)態(tài)的力學(xué)性能和特性的研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)的泡沫鎂制備工藝所得泡沫鎂的應(yīng)力平臺(tái)較短、吸能效果較差、易腐蝕、耐用時(shí)間較短的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段：

一種用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法，包括如下步驟：

（1）稱取23.40～51.89重量份的尿素和48.11～76.60重量份的鎂粉，構(gòu)成總重為100重量份在研體內(nèi)混合，并在混合過程中按每千克尿素與鎂粉的混合物外配15～20ml無(wú)水乙醇的比例加入無(wú)水乙醇；其中，尿素的粒度為1.00～1.18mm，鎂粉粒度為120～200目；

（2）用鋼制模具將前一步所得的混合料靜壓成型，壓制壓力為200～300MPa，保壓時(shí)間為1～2min，脫模得到生坯；

（3）將生坯放入真空碳管爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過程分為低溫真空燒結(jié)和高溫固態(tài)燒結(jié)兩步進(jìn)行；低溫真空燒結(jié)過程中，控制真空碳管爐內(nèi)真空度為1×10^-1～1×10^-3Pa，控制升溫速率為2～5℃/min從室溫升溫至400℃進(jìn)行燒結(jié)，在400℃時(shí)保溫1～1.5h；然后進(jìn)入高溫固態(tài)燒結(jié)過程，溫度升高到630℃，向碳管爐內(nèi)通入純度高于99.99%的保護(hù)氣體，在一個(gè)大氣壓的保護(hù)氣體環(huán)境下保護(hù)燒結(jié)2～3h；燒結(jié)完成后，隨爐冷卻到室溫后取出得到泡沫鎂試樣。

上述用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法中，作為一種優(yōu)選方案，所述步驟（1）中，尿素和鎂粉的重量分?jǐn)?shù)比優(yōu)選為41.7：58.3。

上述用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法中，作為一種優(yōu)選方案，所述步驟（1）中，所述尿素采用球形顆粒尿素。

上述用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法中，作為一種優(yōu)選方案，所述步驟（3）中，所述保護(hù)氣體采用氬氣或氮?dú)狻?/p>

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：