[發明專利]一種泡沫鎂基材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410231349.6
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104046826A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 楊東輝;胡中蕓;陳偉萍;陳建清;江靜華;馬愛斌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C23/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌;曹翠珍

技術領域

本發明屬于多孔金屬材料的制備領域，尤其涉及一種泡沫鎂基材料及其制備方法。

背景技術

多孔金屬材料是20世紀發展起來的嶄新材料體系，已經成為當前材料界的一種新型的結構與功能材料。相對于致密材料而言，多孔金屬材料由于孔結構的存在而具有一些獨特的性能，如密度小、比強度和比剛度高，阻尼性能、能量吸收性能、吸聲、隔聲和隔熱性能好、生物兼容性能好及多功能兼容性能優異，已經廣泛用于航天航空、化工、建材、冶金等領域。目前多孔泡沫金屬研發主要集中在泡沫鋁材料，對泡沫鎂材料的研究報道不多。但是，與鋁合金相比，鎂合金的密度更小，具有更高的比強度和比剛度，因此泡沫鎂基材料能夠取代部分泡沫鋁基材料的應用以進一步發揮泡沫金屬材料的輕質特色，由于這一特色泡沫鎂基材料也越來越受到社會的關注。

迄今為止，制備泡沫鎂的方法主要是熔體發泡法和滲流鑄造等液態下的發泡法。粉末冶金法作為一種重要的材料制備方法，也是制備泡沫金屬的常用手段之一，可用來制備異形件，且是一種近凈成型方法，簡化制備工藝的同時減少了材料的損耗。目前，用于粉末冶金法制備泡沫鎂基材料的發泡劑主要是MgCO₃和TiH₂，制備流程相對復雜。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，提供了一種孔結構均勻且孔徑小的泡沫鎂基材料，其制備方法簡單易充型，成本較低。

一種泡沫鎂基材料，主要由以下原料制成：粒徑為75～150μm、純度大于99.9%的鎂粉，粒徑為75～150μm的鋁粉以及粒徑為5μm、純度大于99.5%碳酸鈣粉。?

上述泡沫鎂基材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）混粉：將摩爾比為1:1～9:1的鎂粉和鋁粉，鎂粉和鋁粉質量之和的2%～15%的碳酸鈣粉混合均勻；

（2）壓塊：將混合粉末冷壓成塊，然后熱壓制成預制體；

（3）表面清理、焙燒發泡；

（4）冷卻，得到孔隙率為40.0%～75.0%，平均孔徑為0.1mm～2.0mm的泡沫鎂基材料。

現有技術在用MgCO₃或TiH₂作為發泡劑時，發泡氣體通常是發泡劑直接分解產生的氣體，而基體金屬不參與反應。本發明利用高溫下（575^oC以上）基體金屬Mg與CaCO₃發生化學反應所產生的氣體直接制備預制體發泡，首先將鎂粉、鋁粉和碳酸鈣粉混合均勻，然后將混合粉末冷壓成塊并熱壓制成預制體，熱壓不僅能提高預制體的緊實度而且在熱壓過程中壓塊發生合金化，降低了預制體的熔點，最后將預制體焙燒發泡及冷卻，制備出的泡沫材料孔結構均勻，孔隙率高，孔徑小。反應式如下：

Mg_(l)+CaCO_3(s)→MgO_(s)+CaO_(s)+CO_(g)

優選地，步驟（2）熱壓溫度為200^oC～450^oC，熱壓時間為10min～60min。

優選地，步驟（3）發泡溫度為580^oC～720^oC，發泡時間為2min～10min。

優選地，步驟（4）冷卻方式為空冷或水冷。

本發明具有以下優點：?????????????????????????

（1）本發明的制備方法采用粉末冶金法，可一次近凈成形異形件，與傳統發泡工藝相比，克服了傳統鑄造法因發泡熔體粘度過大而不易充型的缺點。

（2）本發明采用混合金屬粉（鎂粉和鋁粉）代替合金粉，基體成分靈活可調。

（3）本發明采用鎂鋁混合金屬粉，通過調節兩種粉末之間的配比，可以方便地調整壓塊的熔點，在降低發泡溫度的同時降低了能耗和發泡成本。

（4）傳統的粉末冶金法制備泡沫金屬通常以TiH₂作為發泡劑，TiH₂較昂貴，所制備的泡沫金屬孔徑較粗大，且制備流程復雜；而本發明采用CaCO₃取代TiH₂，不僅降低了成本，而且可制備孔結構均勻的泡沫鎂基材料。

（5）本發明所制樣品具有整體式的三明治結構，即芯部多孔，外部致密，相較于單純的泡沫鎂基材料具有較好的力學性能，且比需要通過焊接或膠粘等手段連接制成的泡沫三明治板具有更好的性能穩定性。

附圖說明

圖1為本發明工藝流程圖。