[发明专利]一种泡沫镁或泡沫镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种泡沫镁或泡沫镁合金，以镁粉或镁合金粉为原料，以硫酸镁颗粒为填料，采用粉末冶金法制备得到。本发明还公开了上述泡沫镁或泡沫镁合金的制备方法。本发明以硫酸镁为造孔剂，采用粉末冶金法制备三明治结构泡沫镁或镁合金，硫酸镁在烧结过程中不发生分解，热膨胀小，体积稳定，使得制备工艺更为安全可靠。另外，硫酸镁颗粒易溶于水，镁/硫酸镁复合体溶解过程中SO₄^2‑对金属镁基体腐蚀程度轻微，且硫酸镁的去除更方便，制备的泡沫镁或镁合金材料更加纯净。先热压、再分段烧结有利于镁或镁合金粉颗粒之间的有效焊合。本发明制得的泡沫镁或镁合金其孔径尺寸均匀并且孔隙在三维空间内排列规则，孔隙率在30～65％。

技术领域

本发明属于金属材料冶金及金属材料加工技术领域，涉及一种泡沫镁或泡沫镁合金，本发明还涉及上述泡沫镁或泡沫镁合金的制备方法。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，国防军工、工业建设、汽车安全、儿童保护、体育用品以及日常生活器具对节能减排、高性能抗冲击、减震吸能等防护材料提出了新需求。因此，开发一种能够满足这些特殊性能要求的新材料已经成为未来工业发展的热点。

泡沫金属是一种含有泡沫气孔的特种金属材料，是人类科技发展的一种新型材料。由于其独特的多孔结构特点，使其兼具结构材料和功能材料的特征，可以用于航空航天、石油化工等诸多工业领域。

镁或镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，与铝相比，镁具有密度小、质量轻，电磁屏蔽能力强，生物降解和生物吸收能力好，比强度和比刚度均高于铝。此外，hcp密排六方晶体结构更有利于提高泡沫镁的阻尼减震性能，因此，泡沫镁或泡沫镁合金更适合于制备减震缓冲、隔热阻尼、吸音和隔音、电磁防护的材料。由此可见，泡沫镁或镁合金拥有密度更低，隔热性能、隔音性能更优异，能量吸收率更高，比表面积更大，并能够吸收电磁波和电磁辐射等一系列优点。如果将镁或镁合金制成泡沫材料，其独特的结构和超轻的性能将具有更好的应用前景。

开发性能优良的泡沫镁或镁合金，制备具有轻质、高强、高减震吸能的泡沫镁或镁合金，应用于汽车制造行业，尤其是汽车冲击区的部件，如金属横梁、保险杠等。当发生撞击时，由于冲击能量主要消耗于泡沫金属的变形过程中，因而能够提高缓冲效果，最大限度降低被碰撞物体的损坏程度。另外，由于泡沫镁或镁合金质量更轻，还可以降低车辆本身能耗，这对节能减排具有重要意义。

然而，由于镁的活性和镁的氧化物结构不致密，因此有关泡沫铝制备和性能的研究报道较多，而泡沫镁或镁合金的研究相对较少。

目前，常用泡沫镁合金的制备方法主要有以下几种方法：

(1)渗流铸造法

渗流铸造法是将处理好的水溶性盐颗粒直接堆积或者制成多孔预制体置于铸型内，然后将熔融的镁金属液浇入铸型中，从而填充孔隙。铸件经冷却凝固后，形成铸件毛坯，然后进行必要的机械加工，去除填料即可得到具有三维联通结构的泡沫金属或合金。该方法制备出的泡沫金属或合金孔洞分布均匀，孔径大小容易控制，制备工艺简单，可以生产较大尺寸的产品。然而，由于渗流铸造法常用的填料粒子为NaCl颗粒，镁的平衡电位为-2.37V，Mg/NaCl复合体溶解过程中Cl^-严重腐蚀镁基体，因此很难得到理想的泡沫镁或镁合金。冒国兵在《用新型填料制备泡沫镁和泡沫铝材料》[特种铸造及有色合金，2003年第6期，第8-10页]一文中采用真空渗流铸造法以MgSO₄和NaCl作为填料颗粒，制备了泡沫镁材料，Mg/MgSO₄复合体溶解过程中SO₄^2-对镁基体腐蚀较轻。然而，采用这种方法很容易出现渗流不足和渗流过头问题，必须严格控制铸型余热温度、Mg液的浇注温度、足够大的负压和足够的Mg液量才能制备合格的泡沫材料。同时，由于渗流过程中容易吸入空气中的水分，该方法制备过程中存在爆炸的危险性，并且成本较高，操作有一定难度。

(2)熔模铸造法