[发明专利]一种高性能纳米晶泡沫镁的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能纳米晶泡沫镁的制备方法，包括以下步骤：（1）准备原料、（2）镁粉筛分、（3）氢化处理镁粉、（4）预制成型、（5）脱氢处理、（6）SPS烧结。本发明针对传统制备方法中造孔剂使用去除的问题等，采用HD+SPS法，经粉末筛分、氢化、预制成型、脱氢、SPS烧结，制成纳米泡沫镁，此制备方法工艺先进、简捷快速、数据翔实精确，制备的泡沫镁孔隙分布弥散均匀，晶粒直径≤20nm，产物力学及吸能性好，是十分理想的制备纳米晶泡沫镁的方法。

技术领域

本发明涉及一种高性能纳米晶泡沫镁的制备方法，属于结构功能材料制备及应用技术领域。

背景技术

镁及镁合金是一种有色轻金属材料，被广泛应用于电子、汽车、航空航天等领域。泡沫金属，一类新型低密度材料，被广泛应用于军工运输、航空航天、人体生物等行业。对镁及其合金进行多孔泡沫化处理则可使其更轻质，使制备的泡沫镁同时兼具镁及多孔材料的优良性能。

目前，制备泡沫镁的常用方法有熔体发泡法和粉末冶金法等，这些方法通常需要使用发泡剂来形成多孔结构，然而，由发泡剂引入的孔隙大小、形状和分布往往不可控，且残余发泡剂及其与基体金属的反应产物不易完全清除。此外，高体积分数孔洞的存在也使镁块体的力学性能大幅下降。上述问题不可避免地会导致金属泡沫材料的污染和性能降低，使其应用受到极大限制。

发明内容

本发明旨在提供一种纳米晶泡沫镁的制备方法，制得高力学性能的镁泡沫。

本发明在不使用发泡剂的情况下，采用氢化脱氢+放电等离子烧结技术，经粉末筛分、氢化处理、预制成型、脱氢处理、SPS烧结，制得高力学性能镁泡沫。本发明中的氢化脱氢过程，其创新点在于：氢气的引入和最终完全脱去，既形成了分布均匀的微孔，又细化基体的晶粒尺寸至纳米级，改善了泡沫镁的力学性能的同时，避免了传统制备技术中造孔剂残留对材料纯净度的影响。放电等离子烧结速度快，效率高，更重要的是在MgH₂预制体的制备过程中，若采用常规真空热压烧结，过长的烧结时间会导致提前脱氢，而不能获得泡沫材料。

本发明提供了一种高性能纳米晶泡沫镁的制备方法，使用的化学物质材料为：镁粉、氢气、氩气，准备用量如下：

镁粉：Mg，1000g-10000g

氢气：H₂， 100000cm³-1000000cm³

氩气：Ar， 100000cm³-1000000cm³

本发明提供的制备方法，具体包括以下步骤：：

（1） 准备原料

对制备使用的化学原料要进行精选，并进行质量纯度控制：

镁粉：固态粉末 99.9%

氢气：气态气体 99.5%

氩气：气态气体 99.5%

（2） 镁粉筛分

镁粉筛分是在手套箱内进行的，是在氩气保护下完成的；

① 在手套箱内置放镁粉，200目及270目筛网、密封袋、钥匙及小型真空机，筛网用去离子水清洗烘干待用；

② 在手套箱内通入氩气，氩气输入速度1000-1200cm³/min；

③ 将镁粉用200目及270目筛网过筛，筛取粒度为200-270目范围粉末，装入真空密封袋内保存。

（3） 氢化处理镁粉

镁粉的氢化处理是在氢化脱氢炉内进行，在加热、输氢气、加压过程中、外水循环状态下完成的；

① 将粒度均匀的镁粉50-100g置于不锈钢容器中，并在不锈钢容器上下部加盖密制铜网；

② 将盛有镁粉的不锈钢容器置于氢化脱氢炉内，并密闭；