專利名稱：采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備泡沫鎂合金的方法，尤其涉及一種采用菱鎂礦石二次泡沫 化制備泡沫鎂合金的方法。
背景技術(shù)：
泡沫鎂材料同泡沫鋁材料相比具有更好的阻尼性、防電磁性，具有目前其它材料 所不能同時(shí)具有的輕質(zhì)、消聲、滯震、電磁屏蔽和抗老化等功能。由于具有上述良好的性能， 泡沫鎂材料可用來(lái)制作消聲器，減震器、換熱器、太陽(yáng)能吸收器、催化劑載體、電磁屏蔽罩以 及制造重量輕、強(qiáng)度高的金屬材料構(gòu)件等，為解決許多重大技術(shù)難題提供了可能。例如，利 用泡沫狀金屬材料良好的吸音特性可解決長(zhǎng)期困擾環(huán)境的汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣消音 問(wèn)題，可作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的夾心材料，高速公路的隔音墻板等。由于金屬鎂比金屬鋁化學(xué)活性高、易燃、易氧化、熱容量小，這些不利因素使得制 備泡沫鎂比制備泡沫鋁困難得多。目前關(guān)于泡沫鎂制備與性能等方面所發(fā)表的研究論文和 公開(kāi)的專利很少，甚至不足泡沫鋁的1%。熔體發(fā)泡法所制備出的泡沫鋁在許多國(guó)家都有固 定商品，而泡沫鎂難以找到批量供貨的生產(chǎn)商或銷售商，世界各國(guó)多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室研究 或小試階段。目前泡沫鎂的主要制備方法有滲流鑄造法、熔模鑄造法、粉末冶金法、真空吸 鑄法和熔體發(fā)泡法等?，F(xiàn)有制備泡沫鎂材料的方法普遍存在著制備工藝復(fù)雜，成本高的缺 陷。熔體發(fā)泡法工藝是能夠制備出符合市場(chǎng)需求的大規(guī)格泡沫金屬板材的最有前途 的方法之一，但是采用該工藝制備泡沫鎂還存在一些關(guān)鍵問(wèn)題尚未解決。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn) 和專利的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利ZL 200510047728. 0涉及利用熔體直接發(fā)泡法制備泡沫鎂材 料。該專利中使用5 30%的碳化硅作為增粘劑，2 20%的碳酸鎂粉作為發(fā)泡劑，其不足 之處在于增粘劑碳化硅和發(fā)泡劑碳酸鎂粉的價(jià)格都較高，不利于泡沫鎂的生產(chǎn)成本的降低 和工業(yè)化開(kāi)發(fā)。CN101135015公開(kāi)了一種泡沫鎂的熔體發(fā)泡制備方法，該技術(shù)中使用2 8%的金屬鈣粉作為增粘劑，2 15%的碳酸鈣作為發(fā)泡劑，在620 700°C下發(fā)泡來(lái)制得 泡沫鎂。CN101608278A公開(kāi)了一種阻燃泡沫鎂合金及其制備方法，該技術(shù)中使用的增粘劑 為金屬鈣粉，發(fā)泡劑為100 400目的碳酸鈣粉，發(fā)泡溫度為630 770 °C。CN101135015 和CN101608278A的主要不足是增粘劑金屬鈣粉價(jià)格較高，且不便于運(yùn)輸和保存；發(fā)泡劑碳 酸鈣完全分解溫度較高，導(dǎo)致鎂合金氧化加劇，力學(xué)性能下降，不利于泡沫鎂的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，采 用天然菱鎂礦石作為發(fā)泡劑和增粘劑二次泡沫化制備泡沫鎂，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低。本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，方法步驟為
第一步熔配阻燃鎂合金，并在630 730°C保溫10 20min，加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0. 1 1. 5%的菱鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末粒度為200-300目，以400 1500rpm轉(zhuǎn)速攪拌 2 IOmin ；
第二步將鎂液溫度降至550 620°C范圍內(nèi)，加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 5% 4. 0%的菱 鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末的粒度為30 200目，以轉(zhuǎn)速1000 2000rpm攪拌2 5min 后，將鎂液澆注在模具內(nèi)，然后迅速冷卻，形成低孔隙率的泡沫鎂合金坯料； 第三步將上述泡沫鎂合金坯料在300 500°C范圍內(nèi)保溫5 25min ； 第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中，在550 700°C范圍內(nèi)使泡沫鎂合金坯料 中的菱鎂礦石粉末二次熱分解產(chǎn)生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。所述阻燃鎂合金是在商業(yè)用鎂合金中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 3%的金屬鈣和0 0. 5% 的混合稀土。所述鎂合金可以是鎂鋁系、鎂鋅系、鎂稀土系合金的一種。所取用的天然菱鎂礦石，即為市場(chǎng)通用的天然菱鎂礦石即可，對(duì)天然菱鎂礦石無(wú) 嚴(yán)格的要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)本發(fā)明采用天然菱鎂礦石作為發(fā)泡劑和增粘劑制備泡沫鎂合 金及異型件，大幅度的降低了泡沫鎂合金的生產(chǎn)成本，制備工藝簡(jiǎn)單，適合于較大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。2)本發(fā)明作為發(fā)泡劑的30-200目的菱鎂礦石粉，加入溫度低于620°C，在泡沫鎂 合金制備坯料過(guò)程中只會(huì)分解極少一部分，更多的菱鎂礦石粉在二次加熱中分解，有利于 泡沫鎂合金坯料的二次泡沫化。3)本發(fā)明作為發(fā)泡劑的菱鎂礦石熱穩(wěn)定性好，600 700°C以上才可能完全分解， 這與泡沫鎂合金的二次泡沫化溫度更為匹配。在此溫度下，二次泡沫化過(guò)程中菱鎂礦石充 分分解、產(chǎn)生的充型驅(qū)動(dòng)力最大，有利于沫鎂合金及異型件的形成。4)本發(fā)明作為增粘劑的200 300目的菱鎂礦石粉在630 730°C范圍內(nèi)加入， 在增粘過(guò)程中大量分解，熔體中存在及生成多種固相顆粒，如MgO，可以成為泡沫非均勻形 核核心，懸浮在熔體中提高了熔體的粘度，增強(qiáng)了泡沫的穩(wěn)定性，使大量微小泡沫得以形成 球形孔泡沫鎂合金坯料。在制備過(guò)程中，增粘劑與Mg熔體主要發(fā)生如下反應(yīng) MgCO3 [s] =MgO [s]+CO2 [g]
2Mg [1] +CO2 [g] =2Mg0 [s] +C [s] 4Mg[l]+C02[g]= Mg2C[s]+2Mg0 5)本發(fā)明采用天然菱鎂礦石作為發(fā)泡劑的方法制備泡沫鎂合金及異型件，制備的坯料 在300 500°C溫度下保溫可使泡沫鎂合金坯料升溫更快以達(dá)到二次泡沫化溫度，使坯料 在二次泡沫化過(guò)程中保持更高的固相率，以防止菱鎂礦石分解產(chǎn)生氣體逃逸。6)本發(fā)明可以通過(guò)控制菱鎂石粉的粒度和加入量，并控制適宜的攪拌時(shí)間和攪 拌溫度，以生產(chǎn)不同孔徑的泡沫鎂產(chǎn)品。7)本發(fā)明采用金屬鈣和混合稀土合金化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)鎂合金的阻燃，預(yù)先熔配好 阻燃鎂合金，在隨后的泡沫鎂制備過(guò)程中無(wú)需混合氣體保護(hù)，簡(jiǎn)化了泡沫鎂的生產(chǎn)工藝，節(jié) 約了成本，降低了對(duì)環(huán)境的污染。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明 實(shí)施例1
第一步熔配1000克ZM5-2. 5%Ca-0. l%Re合金，將合金在700 730°C下保溫lOmin， 加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 3%,200目的菱鎂礦石粉末，以800rpm轉(zhuǎn)速攪拌5min ；
第二步將鎂液溫度降至600°C，加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，100目的菱鎂礦石粉末，以轉(zhuǎn) 速1500rpm攪拌3min后，將鎂液澆注在模具內(nèi)，然后迅速冷卻至形成低孔隙率的泡沫鎂合 金坯料；
第三步將上述泡沫鎂合金坯料在450°C范圍內(nèi)保溫15min ；
第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中在620°C使坯料中菱鎂礦石粉末二次熱分 解產(chǎn)生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。最終得到的泡沫鎂樣品平均孔徑為1mm，密度為0. 7g/cm3。實(shí)施例2:
第一步熔配1000克ZMl-2%Ca-0. 2%Re合金，在700 730°C下保溫15min，加入占鎂 液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 5 %，250目的菱鎂礦石粉末，以900rpm轉(zhuǎn)速攪拌5min ；
第二步將鎂液溫度降至620°C，加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1. 5%, 60目的菱鎂礦石粉末，以 轉(zhuǎn)速1500rpm攪拌4min后，將鎂液澆注在模具內(nèi)，然后迅速冷卻至形成低孔隙率的泡沫鎂 合金坯料；
第三步將上述泡沫鎂合金坯料在500°C范圍內(nèi)保溫15min ；
第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中在650°C使坯料中菱鎂礦石粉末二次熱分 解產(chǎn)生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。最終得到的泡沫鎂鋁合金樣品平均孔徑為4 mm,密度為0. 5g/cm3。實(shí)施例3:
第一步熔配1000克ZM3-3%Ca合金，在700 730°C下保溫15min，加入占鎂液質(zhì)量分 數(shù)0. 7%，300目的菱鎂礦石粉末，以lOOOrpm轉(zhuǎn)速攪拌6min ；
第二步將鎂液溫度降至590°C，加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，200目的菱鎂礦石粉末，以轉(zhuǎn) 速1600rpm攪拌5min后，將鎂液澆注在模具內(nèi)，然后迅速冷卻至形成低孔隙率的泡沫鎂合 金坯料；
第三步將上述泡沫鎂合金坯料在500°C保溫13min ；
第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中在610°C使坯料中菱鎂礦石粉末二次熱分 解產(chǎn)生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。最終得到的泡沫鎂稀土合金樣品平均孔徑為0. 5 mm,密度為0. 45g/cm3。
權(quán)利要求
一種采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是方法步驟為第一步熔配阻燃鎂合金，并在630～730℃保溫10～20min，加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1～1.5％的菱鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末粒度為200 300目，以400～1500rpm轉(zhuǎn)速攪拌2～10min；第二步將鎂液溫度降至550～620℃范圍內(nèi)，加入占鎂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%～4.0%的菱鎂礦石粉末，菱鎂礦石粉末的粒度為30～200目，以轉(zhuǎn)速1000～2000rpm攪拌2～5min后，將鎂液澆注在模具內(nèi)，然后迅速冷卻，形成低孔隙率的泡沫鎂合金坯料；第三步將上述泡沫鎂合金坯料在300～500℃范圍內(nèi)保溫5～25min；第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中，在550～700℃范圍內(nèi)使泡沫鎂合金坯料中的菱鎂礦石粉末二次熱分解產(chǎn)生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是 所述阻燃鎂合金是在商業(yè)用鎂合金中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 3%的金屬鈣和0 0. 5%的混合稀 土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是 所述鎂合金可以是鎂鋁系、鎂鋅系、鎂稀土系合金的一種。
全文摘要
一種采用菱鎂礦石二次泡沫化制備泡沫鎂合金的方法，其特征是方法步驟為第一步熔配阻燃鎂合金；第二步將鎂液溫度降至550～620℃范圍內(nèi)；第三步將上述泡沫鎂合金坯料在300～500℃范圍內(nèi)保溫5～25min；第四步將上述泡沫鎂合金坯料放于模具中，在550～700℃范圍內(nèi)使泡沫鎂合金坯料中的菱鎂礦石粉末二次熱分解產(chǎn)生二次泡沫化，快速冷卻獲得泡沫鎂合金制品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明采用天然菱鎂礦石作為發(fā)泡劑和增粘劑制備泡沫鎂合金及異型件，大幅度的降低了泡沫鎂合金的生產(chǎn)成本，制備工藝簡(jiǎn)單，適合于較大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C1/08GK101984103SQ20101057483
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者周全, 尹健, 張銘顯, 陳樂(lè)平 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)