专利名称：二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法
技术领域：
本发明属于金属材料和功能材料以及材料加工领域，涉及一种利用二次发泡法制备泡沫镁合金异形件以及具有金属外壳和泡沫镁合金芯复合件的方法。
背景技术：
泡沫金属是基体中含有毫米或亚毫米级微孔的金属材料，它具有密度小、比强度大、易加工、耐热、隔音、隔热、电磁屏蔽以及高阻尼等特点。另外，镁合金作为目前应用的最轻的结构材料，具有密度低、比强度高、弹性模量低、电磁屏蔽性好和优良的铸造加工性能等优点，综合泡沫金属和镁合金两方面优点的泡沫镁合金具有巨大的应用潜力。目前，已经有很多制备泡沫的方法固/气共晶凝固法、熔模铸造法、触融压铸法、 粉末冶金法、真空渗流铸造法、真空发泡法、熔体直接发泡法等。其中，熔体直接发泡法由于具有成本低，工艺简单且可制备大尺寸泡沫材料而成为一个具有光明前景的制备泡沫镁合金方法。但是不适合制备外形复杂的异形件，从而限制了泡沫镁的应用。中国发明专利申请(专利申请号200510038183. 7)，利用二次发泡法制备泡沫铝合金的技术，但是需要将一次发泡后的前驱体在300°C 500°C的温度下保温0. 3 3h， 然后在100 IOOOMI3a下热压，工艺复杂，对设备的要求较高。二次发泡温度为650°C 850°C，高于绝大部分铝合金和部分铜合金的液相线，不适合制备外层为铝合金或者铜合金的复合件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用二次发泡法制备泡沫镁合金异形件以及复合件的方法，解决现有技术中对设备要求较高、工艺复杂等问题。本发明的技术方案是二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，包括如下步骤(1)将镁合金熔体加入阻燃剂和增黏剂进行阻燃和增黏处理后，加入占阻燃和增黏处理后熔体总质量 20% (优选范围为5 10wt% )的发泡剂，并利用机械搅拌的方法充分搅拌均勻；将熔体冷却、凝固，获得泡沫镁合金发泡前驱体；(2)将泡沫镁前驱体进行变形加工，获得所需的尺寸和形状；(3)将发泡前驱体放入模具中，随炉一同升温至发泡温度，进行发泡；发泡结束后取出空冷，打开模具即可得到泡沫镁异形件；或者，将经过变形加工后的泡沫镁前驱体放入需要复合的空腔构件中，随炉一同升温至发泡温度，保温10 20分钟后取出冷却，即可得到泡沫镁复合件。所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，步骤(3)中，发泡温度为 550°C 650°C。所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，阻燃剂采用金属Ca 或稀土元素，阻燃剂加入量占镁合金熔体重量的0. 5% (优选范围为0. 5 2wt% )。
所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，增黏剂采用氧化镁、 氧化铝或碳化硅，平均粒径5 1000 μ m(优选范围为10 20 μ m)，增黏剂占镁合金熔体重量的 30% (优选范围为2 5wt% )。所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，发泡剂采用碳酸盐 (碳酸钙或碳酸镁等)或者金属氢化物。本发明的有益效果是1、本发明将二次发泡法应用于泡沫镁异形件或者复合件的制备还没有见诸专利报道，目前有利用相似的方法制备泡铝复合件的专利。但是其制备温度区间较高，只适合制备壳体熔点较高的复合件，并且相同孔隙率下，泡沫铝平均密度也要高出泡沫镁约50%。本发明将镁合金在气体保护下加热至熔化，加入Ca和SiC等颗粒进行阻燃和增黏，加入发泡剂后搅拌均勻，快速冷却的到发泡先驱体，将发泡先驱体进行加工变形，得到所需形状，置入发泡模具或者中空件中发泡，冷却获得泡沫镁合金异形件或者结构件，提高抗压强度。2、本发明用于制备闭孔泡沫镁合金或者含有闭孔泡沫镁合金的构件。
图1是本发明制备的泡沫镁与铝管的复合件的截面图。图2是本发明制备的泡沫镁与不锈钢管的复合件的截面图。图3是本发明制备的泡沫镁与不锈钢管复合件的准静态压缩应力应变图。
具体实施例方式实施例1 本实施例泡沫镁基体材质为含铝9wt%、锌的镁合金(镁余量)。二次发泡法制备泡沫镁合金异形件的方法，包括以下步骤第一步在(X)2 SF6 = 500 1(体积比)的气氛下，将合金料加热至720°C下熔
化，获得镁合金熔体；第二步保温30min后，加入占步骤1所得熔体的金属Ca进行合金阻燃。待 Ca全部溶解后降温至630°C，加入占步骤1所述熔体5wt%、平均粒径为10 μ m的SiC颗粒作为增黏剂(气泡稳定剂)，立即用机械搅拌桨以HOOrpm的速度搅拌5min至均勻。第三步将步骤2得到的熔体冷却至590°C后，加入占步骤2得到的熔体3wt%的碳酸盐(本实施例中，碳酸盐具体为碳酸镁)作为发泡剂，立即用机械搅拌桨以HOOrpm的速度搅拌Imin至均勻。第四步采用对坩埚外部喷水冷却的方法，将熔体快速冷却、凝固，获得泡沫镁合金发泡前驱体。第五步将泡沫镁前驱体进行变形加工(包括切割、挤压或者轧制)，获得所需尺寸的尺寸和形状。第六步将变形加工后的发泡前驱体放入模具中，随炉一同升温至发泡温度 650°C，保温15min后取出冷却，打开模具即可得到泡沫镁异形件。实施例2 本实施例泡沫镁基体的材质为含铝12wt%、锌的镁合金(镁余量)，本实施
4例二次发泡法制备泡沫镁合金复合件的方法，包括以下步骤第一步在(X)2 SF6 = 500 1(体积比)的气氛下将合金料加热至720°C下熔化。第二步保温30min后，加入占步骤1所得熔体0. Swt %的金属Ca进行合金阻燃。 待Ca全部溶解后降温至580°C，加入质量分数占步骤1所述熔体8wt%、平均粒径为20 μ m 的SiC颗粒作为增黏剂(气泡稳定剂)，立即用机械搅拌桨以1400rpm搅拌5min至均勻。第三步将步骤2得到的冷却至580°C后，加入占步骤2得到的熔体总质量3wt% 的碳酸盐(本实施例中，碳酸盐具体为碳酸镁)发泡剂，并充分搅拌均勻。第四步采用对坩埚外部喷水冷却的方法，快速冷却、凝固，获得泡沫镁合金发泡前驱体。第五步将泡沫镁前驱体进行变形加工(包括切割、挤压或者轧制)，获得所需尺寸的尺寸和形状。第六步将泡沫镁前驱体放入需要复合的空腔构件中，随炉一同升温至650°C，保温Hmin后取出冷却，即可得到泡沫镁复合件。实施例3本实施例泡沫镁基体的材质为常规镁铝钙合金，合金成分为Mg 80% 90%; A19% 19%;Ca 1 5% (本实施例中，Mg 85% ；Al 12% ；Ca 3%)。本实施例二次发泡法制备泡沫镁合金复合件的方法，包括以下步骤第一步在(X)2 SF6 = 500 1(体积比)的气氛下将合金料加热至720°C下熔化。第二步保温30min后，加入占步骤1所得熔体0. 2wt%的稀土元素钇进行合金阻燃。待稀土元素钇全部溶解后降温至630°C，加入质量分数占步骤1所述熔体10wt%、平均粒径为20 μ m的氧化铝颗粒作为增黏剂(气泡稳定剂)，立即用机械搅拌桨以HOOrpm搅拌 5min至均勻。第三步将步骤2得到的冷却至600°C后，加入占步骤2得到的熔体总质量 1.6wt%的金属氢化物(本实施例中，金属氢化物具体为氢化钛)发泡剂，并充分搅拌均勻。第四步采用对坩埚外部喷水冷却的方法，快速冷却、凝固，获得泡沫镁合金发泡前驱体。第五步将泡沫镁前驱体进行变形加工(包括切割、挤压或者轧制)，获得所需尺寸的尺寸和形状。第六步将泡沫镁前驱体放入复合件模具中，随炉一同升温至650°C，保温15min 后取出冷却，即可得到泡沫镁复合件。如图1所示，从泡沫镁与铝管的复合件截面图可以看出泡沫镁在铝管中分布均勻。如图2所示，从泡沫镁与不锈钢管的复合件截面图可以看出泡沫镁在不锈钢管中分布均勻。如图3所示，从泡沫镁填充不锈钢管的准静态压缩性能可以看出不锈钢管经泡沫镁填充后，不锈钢管的抗压强度明显上升。
权利要求
1.二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将镁合金熔体加入阻燃剂和增黏剂进行阻燃和增黏处理后，加入占阻燃和增黏处理后熔体总质量 20%的发泡剂，并利用机械搅拌的方法充分搅拌均勻；将熔体冷却、 凝固，获得泡沫镁合金发泡前驱体；(2)将泡沫镁前驱体进行变形加工，获得所需的尺寸和形状；(3)将发泡前驱体放入模具中，随炉一同升温至发泡温度，进行发泡；发泡结束后取出空冷，打开模具即可得到泡沫镁异形件；或者，将经过变形加工后的泡沫镁前驱体放入需要复合的空腔构件中，随炉一同升温至发泡温度，保温10-20分钟后取出冷却，即可得到泡沫镁复合件。
2.按照权利要求1所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，其特征在于，步骤(3)中，发泡温度为550°C 650°C。
3.按照权利要求1所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，其特征在于，阻燃剂采用金属Ca或稀土元素，阻燃剂加入量占镁合金熔体重量的0. 1% 5%。
4.按照权利要求1所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，其特征在于，增黏剂采用氧化镁、氧化铝或碳化硅，平均粒径5 1000 μ m，增黏剂占镁合金熔体重量的 30%。
5.按照权利要求1所述的二次发泡法制备泡沫镁合金异形件与复合件的方法，其特征在于，发泡剂采用碳酸盐或者金属氢化物。
全文摘要
本发明属于金属材料和功能材料以及材料加工领域，涉及一种利用二次发泡法制备泡沫镁合金异形件以及具有金属外壳和泡沫镁合金芯复合件的方法，解决现有技术中对设备要求较高、工艺复杂等问题。该方法包括(1)将镁合金在SF6和CO2保护下加热至熔化，加入Ca和SiC颗粒进行阻燃和增黏，加入发泡剂后搅拌均匀，快速冷却的到发泡先驱体；(2)将发泡先驱体进行加工变形，得到所需形状，置入发泡模具或者中空件中发泡；冷却后获得泡沫镁合金异形件或者泡沫镁合金芯复合结构件。本发明用于制备闭孔泡沫镁合金或者含有闭孔泡沫镁合金的构件，提高抗压强度。
文档编号C22C1/08GK102409194SQ20101028808
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者付俊伟, 徐正国, 杨院生, 罗天骄 申请人:中国科学院金属研究所