[發(fā)明專利]一種泡沫鎂基材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104046826A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C23/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌;曹翠珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔金屬材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種泡沫鎂基材料及其制備方法。

背景技術(shù)

多孔金屬材料是20世紀發(fā)展起來的嶄新材料體系，已經(jīng)成為當前材料界的一種新型的結(jié)構(gòu)與功能材料。相對于致密材料而言，多孔金屬材料由于孔結(jié)構(gòu)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(yōu)異，已經(jīng)廣泛用于航天航空、化工、建材、冶金等領(lǐng)域。目前多孔泡沫金屬研發(fā)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(yīng)用以進一步發(fā)揮泡沫金屬材料的輕質(zhì)特色，由于這一特色泡沫鎂基材料也越來越受到社會的關(guān)注。

迄今為止，制備泡沫鎂的方法主要是熔體發(fā)泡法和滲流鑄造等液態(tài)下的發(fā)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(fā)泡劑主要是MgCO₃和TiH₂，制備流程相對復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種孔結(jié)構(gòu)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(zhì)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(yù)制體；

（3）表面清理、焙燒發(fā)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(xiàn)有技術(shù)在用MgCO₃或TiH₂作為發(fā)泡劑時，發(fā)泡氣體通常是發(fā)泡劑直接分解產(chǎn)生的氣體，而基體金屬不參與反應(yīng)。本發(fā)明利用高溫下（575^oC以上）基體金屬Mg與CaCO₃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體直接制備預(yù)制體發(fā)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(yù)制體，熱壓不僅能提高預(yù)制體的緊實度而且在熱壓過程中壓塊發(fā)生合金化，降低了預(yù)制體的熔點，最后將預(yù)制體焙燒發(fā)泡及冷卻，制備出的泡沫材料孔結(jié)構(gòu)均勻，孔隙率高，孔徑小。反應(yīng)式如下：

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

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

優(yōu)選地，步驟（3）發(fā)泡溫度為580^oC～720^oC，發(fā)泡時間為2min～10min。

優(yōu)選地，步驟（4）冷卻方式為空冷或水冷。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：?????????????????????????

（1）本發(fā)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(tǒng)發(fā)泡工藝相比，克服了傳統(tǒng)鑄造法因發(fā)泡熔體粘度過大而不易充型的缺點。

（2）本發(fā)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(diào)。

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

（4）傳統(tǒng)的粉末冶金法制備泡沫金屬通常以TiH₂作為發(fā)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(fù)雜；而本發(fā)明采用CaCO₃取代TiH₂，不僅降低了成本，而且可制備孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鎂基材料。

（5）本發(fā)明所制樣品具有整體式的三明治結(jié)構(gòu)，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(xué)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(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工藝流程圖。