[發(fā)明專利]一種反應(yīng)燒結(jié)粉末冶金法制備具有通孔結(jié)構(gòu)的多孔鎂合金及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010949617.3
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN112846184A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱超;楊東輝;曹靜;盧軍;李玉華
• 申請（專利權(quán)）人: 宿遷市河海大學(xué)研究院
• 主分類號(hào): B22F3/11
• 分類號(hào): B22F3/11;B22F1/00;C22C1/08;C22C23/00;C22C23/02;C22C23/04
• 代理公司: 深圳至誠化育知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44728
• 代理人: 涂柳曉

本發(fā)明公開了提供一種反應(yīng)燒結(jié)粉末冶金法制備具有通孔結(jié)構(gòu)的多孔鎂合金及其制備方法方法，以鎂粉和合金元素粉為原材料，以尿素顆粒或可溶性鹽顆粒為填料粒子，采用反應(yīng)燒結(jié)粉末冶金法制備得到，具體工藝方法為：首先根據(jù)預(yù)期孔隙率將鎂粉、合金元素粉與作為造孔劑的尿素顆粒或可溶性鹽顆粒混合均勻，然后將混合料冷壓制成生坯，再將生坯置于水或弱堿性NaOH溶液中除去填料顆粒，隨后利用鎂與合金元素在較低溫度下反應(yīng)形成冶金結(jié)合制備出具有一定強(qiáng)度的多孔鎂合金，低的燒結(jié)溫度使得制備工藝更加安全和節(jié)能，同時(shí)可以采用固溶時(shí)效處理改善多孔鎂合金的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于泡沫金屬材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種反應(yīng)燒結(jié)粉末冶金法制備具有通孔結(jié)構(gòu)的多孔鎂合金及其制備方法方法。

背景技術(shù)

具有毫米級(jí)孔洞、通孔孔結(jié)構(gòu)的多孔金屬材料是一種性能優(yōu)異的超輕型金屬材料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，有優(yōu)良的物理學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和聲學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)材料的輕質(zhì)多功能化，在汽車、航空、交通、建筑裝飾等工業(yè)和國防科技領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

鎂和鎂合金是目前結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬材料，與鋁相比，具有密度小、電磁屏蔽性能好、生物相容性能好，此外，鎂的比強(qiáng)度和比剛度均高于鋁，因此，如能將鎂合金多孔化，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和超輕性能將具有更好的應(yīng)用前景。

迄今為止，制備具有毫米級(jí)孔洞結(jié)構(gòu)的通孔孔結(jié)構(gòu)的多孔鎂合金的方法主要有以下幾種方法：

1、滲流鑄造法：用可溶性無機(jī)鹽顆粒作為制成多孔預(yù)制體，在一定壓力下使鎂合金熔體滲入多孔預(yù)制體間隙中，待鎂合金熔體冷卻凝固后形成鎂合金/無機(jī)鹽復(fù)合體，隨后將復(fù)合體置于水中將除去無機(jī)鹽即可獲得具有通孔孔結(jié)構(gòu)的多孔鎂合金。該方法制備的多孔鎂合金孔洞結(jié)構(gòu)均勻，孔洞大小取決于填料粒子的大小。該方法的存在的問題是：(1)可溶性無機(jī)鹽可采用氯化鈉和硫酸鎂等。但需注意的是鎂的平衡電位較低，在去除無機(jī)鹽時(shí)，氯離子或硫酸根離子會(huì)對腐蝕鎂合金基體。(2)鎂熔體在高溫下活潑，如易燃，遇水易爆等危險(xiǎn)性。(3)無機(jī)鹽顆粒為多角形晶體，制備的多孔鎂合金的孔形狀多為多角形。(4)制備所得的多孔鎂合金的孔隙率取決于無機(jī)鹽顆粒的堆積密度，因此制備所得的多孔鎂合金的孔隙率范圍較窄。

2、熔模鑄造法：將具有耐火性的漿液充入到通孔海綿泡沫中，風(fēng)干、硬化后焙燒使得海綿泡沫分解而去除，形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的預(yù)制體。隨后將鎂合金熔體澆注到該預(yù)制體中，凝固后再去除耐火材料，獲得具有三維網(wǎng)狀的多孔鎂合金。中國專利《一種制作泡沫鎂合金的方法》(申請?zhí)枺?200810054490，公開號(hào)：101220424，公開日：2008.07.16)公開了一種制備多孔鎂合金的方法，該方法先石膏漿料制成泡沫狀石膏模型，待其硬化后將鎂合金熔體澆注到模型孔隙中，形成鎂合金/石膏復(fù)合體，冷卻固化后除去石膏即可得到多孔鎂合金。熔模鑄造法的優(yōu)點(diǎn)是多孔鎂合金的孔結(jié)構(gòu)完全復(fù)制了預(yù)制體海綿的形貌。但這種方法也存在如下問題：(1)石膏模型的制備需時(shí)長，且制備的石膏模型可能會(huì)產(chǎn)生裂紋和塌陷等缺陷；(2)鎂合金熔體澆注時(shí)，需要將石膏模型預(yù)熱和抽真空等環(huán)節(jié)，工藝工程復(fù)雜；(3)由于表面張力的原因，石膏模型的孔隙必須足夠大，否則鎂合金熔體難以充滿整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

3、粉末冶金法：將鎂合金粉末與造孔劑混合均勻后壓制成致密預(yù)制體，然后將預(yù)制體放入放入爐中加熱燒結(jié)，使造孔劑分解并使得金屬顆粒之間建立冶金結(jié)合從而得到具有一定孔結(jié)構(gòu)的多孔鎂合金。中國專利《一種用于緩沖吸能材料的泡沫鎂制備方法》(申請?zhí)枺篊N20140145164.3，公開號(hào)： CN10386205，公開日：2014.06.18)公開了采用尿素和鎂粉通過配料混合、壓制成型和燒結(jié)處理制備多孔鎂。但在制備過程中，為建立鎂顆粒間的冶金結(jié)合，采用了在400℃真空低溫?zé)Y(jié)1～1.5h，然后在惰性氣氛中的630℃燒結(jié)2～3h，這使得多孔鎂的制備過程相對復(fù)雜，對設(shè)備要求高的不足。

因此，為解決目前多孔鎂合金制備過程中的不足，以工藝流程簡單和低成本的方法制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的多孔鎂合金，迫切需要發(fā)展一種新的多孔鎂合金的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容