[发明专利]一种制备泡沫镁合金的双螺杆挤出方法

说明书

本发明实施例公开了一种制备泡沫镁合金的双螺杆挤出方法。本发明提供的制备泡沫镁合金的双螺杆挤出方法，适用于生产形状复杂、低密度的泡沫镁合金及其零部件。与现阶段最常采用的两步发泡法制备工艺相比较，应用双螺杆挤出方法制备泡沫镁合金，不需要进行预制品的制备、不需要加入增粘剂，一方面避免增粘剂对镁合金熔体的污染，另一方面，制备泡沫镁合金的工艺过程更加简单、更加易于控制，并且，生产成本低，效率高，生产更趋于安全、更有利于环保。

技术领域

本发明实施例涉及镁基复合材料技术领域，具体涉及一种制备泡沫镁合金的双螺杆挤出方法。

背景技术

泡沫镁是一种由镁或镁合金基体和气孔组成的复合材料。与传统镁及镁合金材料相比，具有密度小、比强度高、可压缩、可吸收与冲击方向无关的冲击能量、减振、吸音、电磁屏蔽等特性，从而实现吸声隔音、能量吸收、电磁屏蔽、缓冲减震等多种功能，在航空航天、交通、冶金化工、电子通讯、建筑等领域具有广阔的应用前景。

目前，泡沫铝、泡沫铅、泡沫铜等泡沫金属已经取得了大量的科研成果，且部分材料已经进入了产业化生产及批量应用。但泡沫镁合金的批量生产及应用仍未见报道，原因在于镁的化学性质较为活泼，在高温下极易燃烧氧化，同时，抗腐蚀性和塑性较差，泡沫镁合金的制备过程不易控制。虽然，已有国内外高校和相关研究机构成功制备出了多孔泡沫镁合金，但距离实际的大批量生产及应用仍相去甚远。

已经报导的泡沫镁合金的制备工艺主要包括熔体发泡法、渗流铸造法、粉末冶金法、熔模铸造法、定向凝固法等。其中，渗流铸造法是研究成功的制备方法，具有操作简单、便于控制、产品力学性能优良等优点，缺点是在渗流过程中镁极易被氧化。熔体发泡法也是研究较为成熟的发泡金属的制备方法，但由于其需要添加合金元素(如Ca)或颗粒物质(如SiC、Al₂O₃颗粒)以增加熔融镁合金的粘度，原材料成本高、能源消耗较大、制备工艺复杂，并且，外加物质与熔体和空气中气体(如氧气)的反应会污染熔体，过程控制复杂。因此，目前国内尚无泡沫镁合金大规模批量生产的经验。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种制备泡沫镁合金的方法，即利用双螺杆挤出方法进行泡沫镁合金及其部件的制备。双螺杆制备半固态坯料的思路来源于注塑行业挤出机的原理，双螺杆挤出是聚合物加工常用的方法之一，具有计量准确、剪切力大、供料性能优、自动化程度高等特点；同时，双螺杆可实现对料筒内浆料的强力剪切及搅拌，具有优异的分散并均匀分布浆料的能力。基于加工聚合物的双螺杆挤出机原理，已经有研究采用双螺杆剪切方法制备金属的半固态坯料。研究表明：与单螺杆搅拌方式相比较，采用双螺杆搅拌制浆可获得更加细小、圆整的非枝晶组织。本发明提供的双螺杆挤出方法可进行泡沫镁合金及其部件的批量生产，生产过程安全，工艺控制过程大大缩短、生产效率高，成形及发泡过程控制及操作简单，同时，泡沫镁合金的生产过程具有较高的工艺稳定性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，本发明提供一种制备泡沫镁合金的双螺杆挤出方法，所述方法包括：

将镁合金颗粒和发泡剂颗粒按照所需配比进行称重，之后进行均匀混合，得到混合粒料；

将所述混合粒料送入双螺杆挤出装置中，在双螺杆的输送、剪切、搅拌混合，以及双螺杆套筒外加热器的联合作用下，将镁合金颗粒转变为半固态浆料，发泡剂颗粒均匀混合在所述半固态浆料中，并在加热的过程中分解产气，完成发泡，最终得到固、液、气三相混合均匀的镁合金半固态浆料；

将所述镁合金半固态浆料挤出至预制模具中成型，得到所述泡沫镁合金。

进一步地，所述镁合金颗粒是以镁为基础，并加入其他合金元素组成的二元、三元或多元镁合金，所述合金元素选自铝、锌、锰、锆、铜、硅、稀土(如铈、镧、钕等单一或混合稀土)等元素中的一种或多种，且不仅限于上述合金元素种类；