專利名稱：鎂合金－珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料及其制備方法
背景技術(shù)：
由于泡沫合金、膨脹珍珠巖、松脂石、蛭石具有重量輕、消聲等性能好等特點而倍受關(guān)注。膨脹珍珠巖、蛭石、漂珠等無機非金屬材料與橡膠復(fù)合作為潛艇外殼的“消聲瓦”或其與水泥等復(fù)合作為鐵路、高速公路、地鐵等兩側(cè)常見的隔聲板有著廣泛的應(yīng)用。但泡沫鎂合金目前應(yīng)用的影響力和廣泛性還不能與上述無機非金屬材料復(fù)合材料相比。主要原因在于泡沫鎂合金或其復(fù)合材料在制備過程中一些技術(shù)難題表現(xiàn)的較為突出，特別是制造工業(yè)普遍使用的管、帶、片材表現(xiàn)的更為明顯。中國專利200310111400.1號公開的題為“一種泡沫鎂制備工藝”的專利，該專利揭示用真空滲流方法，很容易使得液態(tài)Mg滲透16目～120目的顆粒獲得泡沫鎂，并且該發(fā)明人在中國期刊“特種鑄造及有色合金”2003年第6期P8～10報道了使用與上述發(fā)明相同的方法制備泡沫鎂的細(xì)節(jié)，其選擇的顆粒為MgSO4或NaCl；由于鹽顆粒的粒度選擇受限制較小，真空滲流通道順暢，但缺點在于后處理過程中用大量水溶解掉鹽顆粒，環(huán)保和對泡沫鎂制品腐蝕的防護(hù)較難解決。另一中國專利03100180.7號公開的題為“一種高強輕質(zhì)泡沫鋁復(fù)合材料及其制備方法”的專利，該專利用火力發(fā)電廠粉煤灰中分離獲得的玻璃空心漂珠和含有部分該漂珠的煤灰混合料與鋁復(fù)合，制備閉孔泡沫鋁復(fù)合材料，其復(fù)合材料在提高壓縮強度、增加隔熱效果、控制泡沫鋁孔徑方面都有很大改善。但是，選擇漂珠同樣也給后續(xù)工藝帶來嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)，由于漂珠屬于發(fā)電廠粉煤灰的附帶品，很難選擇到粒度大一點的顆粒，很小粒度的漂珠堆積在模具內(nèi)，其透氣性差，必須用很高的壓力才能夠?qū)⒁簯B(tài)鋁壓入漂珠的間隙中，這導(dǎo)致生產(chǎn)大塊或較厚板材等困難，對該專利工業(yè)實用性范圍形成了難以逾越的限制。另外一些中國專利，如中國專利03200299.8號、200320115557.7號和03100180.7號，對于滲流制備泡沫鋁中的固體顆粒的選擇提出很好的建設(shè)性思想，但具體可操作內(nèi)容和措施比較空泛。另一方面，泡沫鋁與無機顆粒復(fù)合出的復(fù)合材料與泡沫鎂-無機顆粒復(fù)合材料相比，前者不如后者的重量輕，后者在要求輕量化領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用更有吸引力。中國專利200410012162.3號公開了題為“鎂基泡沫復(fù)合材料及制備”的專利，該專利揭示以Mg合金粉和MgCO3為原料，用粉末冶金法制備泡沫鎂復(fù)合材料，該發(fā)明的優(yōu)點之一在于發(fā)泡劑MgCO3發(fā)泡后殘留的MgO對泡沫鎂抗腐蝕性無嚴(yán)重影響，但其不足表現(xiàn)在粉末冶金法制備小器件可以，工業(yè)生產(chǎn)大體積的管、帶、片材受到制約。另一中國200410012166.1號專利公開了題為“無機相鎂基多孔復(fù)合材料及制備方法”的專利，該專利揭示用真空滲流方法，將鎂合金液體通過(Mg，F(xiàn)e，Al)3[(Si，Al)4O10](OH)2·4H2O蛭石類顆粒制備鎂合金泡沫復(fù)合材料；該發(fā)明的優(yōu)點在于蛭石的價格比較便宜。但嚴(yán)重的缺點表現(xiàn)在蛭石中Fe含量通常比珍珠巖和松脂石高出10~25倍，自然界中尋找到低含量Fe的蛭石是極其困難的。超過300℃鎂與蛭石中無定形SiO2反應(yīng)，反應(yīng)過程中蛭石內(nèi)的Fe很容易殘留在泡沫鎂復(fù)合材料。顯然，人為的增加復(fù)合材料中Fe的含量而留下腐蝕隱患，在材料設(shè)計合理性和材料使用過程中質(zhì)保性兩方面存在嚴(yán)重缺欠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決泡沫鎂的管、帶、片材工業(yè)生產(chǎn)中泡孔質(zhì)量難以控制的技術(shù)難題，提供一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法。特別是提供一種利于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)管、帶、片材和成本低的制備方法。
本發(fā)明所基于的主要原理是金屬鎂在高溫下化學(xué)活潑性強，易于同膨化珍珠巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而部分或全部燒毀珍珠巖顆粒，在珍珠巖顆粒表面涂覆一些隔離劑，用部分或全部隔離固-液反應(yīng)界面的方法，減小或全部消除主反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)隔離劑為合適的碳酸鹽時，如碳酸稀土RE2(CO3)3粉末，高溫下碳酸鹽分解，有反應(yīng)發(fā)生，所生成的CO2的瞬間膨脹，使得液態(tài)鎂和珍珠巖顆粒表面被膨脹出一定的間隙，形成本發(fā)明所期望的“特定結(jié)構(gòu)”。另外，CO2可以與鎂在高溫下反應(yīng)，既；本反應(yīng)生成的MgO壁膜，可以增加鎂合金內(nèi)孔的強度。
本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料是將膨脹珍珠巖復(fù)合到純鎂或鎂合金中所形成的具有特定結(jié)構(gòu)的閉孔或通孔輕體金屬-珍珠巖泡沫復(fù)合材料，是采取如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的1、一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于以市售純度為99.5％以上的AZ91鎂合金錠為合金原料；以市售國產(chǎn)膨脹珍珠巖為本發(fā)明的另一主體原料，若用開孔膨脹珍珠巖顆粒，其粒度區(qū)間Vp為8-60目；若用球形閉孔膨脹珍珠巖，其粒度區(qū)間Vp為40目～80目；以市售純度為99.8％的鋁粉、碳酸鈣粉或碳酸稀土粉與聚乙烯醇為反應(yīng)界面隔離劑的原料，其中聚乙烯醇為粘合劑；用上述的至少為200目的鋁粉、至少為200目的碳酸鈣粉或至少為200目的碳酸稀土粉，分別與聚乙烯醇稀溶液調(diào)制出鋁粉漿、碳酸鈣粉漿或碳酸稀土粉漿；將上述的一種粉漿或其中二者混合粉漿噴灑在膨脹珍珠巖顆粒表面，熱風(fēng)烘干，得到表面含有鋁粉、碳酸鈣粉、碳酸稀土粉或其中二者混合粉的膨脹珍珠；噴灑在膨脹珍珠巖表面的鋁粉、碳酸鈣粉碳、碳酸稀土粉或者二者混合粉的重量為膨脹珍珠巖重量的1％～4％；將上述噴灑過粉料的膨脹珍珠巖顆粒，放到吸鑄模具中，用震動法調(diào)整顆粒間隙以調(diào)整透氣度，開動機械真空泵使得真空罐真空度達(dá)到0.06Pa；將AZ91鎂合金加熱熔化，溫度控制在670℃～750℃，鎂合金液體與吸鑄口連接，打開真空手閥開始吸鑄，通過真空手閥控制吸鑄的合金液面推進(jìn)速度為0.05m/s-0.5m/s，吸鑄完成，冷卻脫模，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。
本發(fā)明的制備方法顯著優(yōu)點在于工藝簡單，生產(chǎn)管、帶、片材容易，對模具的磨損小，設(shè)備折舊成本低，易于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明用開孔膨化珍珠巖所制備出的復(fù)合材料樣品橫向的截面圖。
圖2是本發(fā)明膨脹珍珠巖復(fù)合到AZ91鎂合金中所形成特定結(jié)構(gòu)的一個單孔內(nèi)部放大圖。
具體實施例方式實施例1用200目的鋁粉與聚乙烯醇稀溶液調(diào)制出鋁粉漿，將該鋁粉漿噴涂到粒度區(qū)間Vp為14目-40目的開孔膨脹珍珠巖顆粒表面上，熱風(fēng)烘干，噴灑在開孔膨脹珍珠巖表面的鋁粉的重量為膨脹珍珠巖的重量為1.5％，再將表面含有鋁粉的膨脹珍珠顆粒放到真空吸鑄模具中，用震動法調(diào)整顆粒間隙以調(diào)整透氣度，開動真空泵使得真空罐真空度達(dá)到0.06Pa。將AZ91鎂合金加熱熔化，溫度Tc控制在670℃±5℃，合金液體與吸鑄口連接，打開真空手閥開始吸鑄，通過真空手閥的大小控制吸鑄速度，吸鑄合金液面行進(jìn)速度Vc控制在0.05m/s，吸鑄完成后冷卻脫模，即獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。用浮力法測定該復(fù)合材料密度ρ為1.43g/cm3；用萬能實驗機測定該復(fù)合材料壓縮性能，其壓縮強度最大值σmax為138MPa，屈服強度σy為33MPa。
實施例2Vp＝14目～24目；噴灑在開孔膨脹珍珠巖表面的鋁粉的重量為膨脹珍珠巖的重量的4％；Tc＝750℃±5℃；Vc＝0.5m/s，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。其中，ρ＝1.18g/cm3；σmax＝221MPa；σy＝78MPa。其余同實施例1。
實施例3在鋁粉中混入等重量的碳酸鈣粉；Vp＝8目～18目；噴灑在開孔膨脹珍珠巖表面的鋁粉和碳酸鈣粉混合粉的重量為開孔膨脹珍珠巖的重量的2％；Tc＝700℃±5℃；Vc＝0.1m/s，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。其中，ρ＝1.24g/cm3；σmax＝179MPa；σy＝82MPa。其余同實施例1。
實施例4用富釔混合碳酸稀土代替鋁粉，其中富釔混合稀土MY中稀土元素的組成為Y＝88.2％，Er＝6.9％，Ho＝1.4％，Yb＝1.2％，其它稀土總和＝1.8％。用球形閉孔膨脹珍珠巖代替開孔膨脹珍珠巖。Vp＝40目～80目；噴灑在球形閉孔膨脹珍珠巖表面的富釔混合稀土粉的重量為膨脹珍珠巖的重量的2.5％；Tc＝720℃±5℃；Vc＝0.08m/s，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。其中，ρ＝1.15g/cm3；σmax＝155MPa；σ0.2＝64MPa。其余同實施例1。
實施例5用富釔混合碳酸稀土和等重量的碳酸鈣粉的混合物代替純富釔混合碳酸稀土。開孔膨脹珍珠巖的Vp＝40目～60目；噴灑在開孔膨脹珍珠巖表面的富釔混合碳酸稀土粉和碳酸鈣粉的混合粉的重量為膨脹珍珠巖的重量的2.1％；Tc＝730℃±5℃；Vc＝0.06m/s，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。其中，ρ＝1.05g/cm3；σmax＝147MPa；σy＝56MPa。其余同實施例4。
實施例6用富釔混合碳酸稀土和等重量的鋁粉的混合物代替純富釔混合碳酸稀土。Vp＝24目～40目；噴灑在開孔膨脹珍珠巖表面的富釔混合碳酸稀土粉和鋁粉的混合粉的重量為開孔膨脹珍珠巖的重量的1.7％；Tc＝685℃±5℃；Vc＝0.09m/s，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。其中，獲得的泡沫復(fù)合材料ρ＝1.09g/cm3；σmax＝154MPa；σy＝48MPa。其余同實施例4。
實施例7用富釔混合碳酸稀土和等重量的碳酸鈣粉的混合物代替純富釔混合碳酸稀土。Vp＝18目～40目；噴灑在開孔膨脹珍珠巖表面的富釔混合碳酸稀土粉和碳酸鈣粉的混合粉的重量為開孔膨脹珍珠巖的重量的2.6％；Tc＝715℃±5℃；Vc＝0.35m/s，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。其中，ρ＝0.73g/cm3；σmax＝96MPa；σy＝23MPa。其余同實施例4。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于以市售純度為99.5％以上的AZ91鎂合金錠為合金原料；以市售國產(chǎn)膨脹珍珠巖為本發(fā)明的另一主體原料，用開孔膨脹珍珠巖顆粒，其粒度區(qū)間Vp為8-60目；以市售純度為99.8％的鋁粉、碳酸鈣粉或碳酸稀土粉與聚乙烯醇為反應(yīng)界面隔離劑的原料，其中聚乙烯醇為粘合劑；用上述的至少為200目的鋁粉、至少為200目的碳酸鈣粉或至少為200目的碳酸稀土粉，分別與聚乙烯醇稀溶液調(diào)制出鋁粉漿、碳酸鈣粉漿或碳酸稀土粉漿；將上述的一種粉漿或其中二者混合粉漿噴灑在膨脹珍珠巖顆粒表面，熱風(fēng)烘干，得到表面含有鋁粉、碳酸鈣粉、碳酸稀土粉或其中二者混合粉的膨脹珍珠；噴灑在膨脹珍珠巖表面的鋁粉、碳酸鈣粉碳、碳酸稀土粉或者二者混合粉的重量為膨脹珍珠巖重量的1％～4％；將上述噴灑過粉料的膨脹珍珠巖顆粒，放到吸鑄模具中，用震動法調(diào)整顆粒間隙以調(diào)整透氣度，開動機械真空泵使得真空罐真空度達(dá)到0.06Pa；將AZ91鎂合金加熱熔化，溫度控制在670℃～750℃，鎂合金液體與吸鑄口連接，打開真空手閥開始吸鑄，通過真空手閥控制吸鑄的合金液面推進(jìn)速度為0.05m/s-0.5m/s，吸鑄完成，冷卻脫模，獲得本發(fā)明的鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于用球形閉孔膨脹珍珠巖代替開孔膨脹珍珠巖，其粒度區(qū)間Vp為60目～80目。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于用開孔膨脹珍珠巖的粒度區(qū)間Vp為8目～18目。
4.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于用開孔膨脹珍珠巖的粒度區(qū)間Vp為14目-40目。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的用開孔膨脹珍珠巖，其粒度區(qū)間Vp為14目～24目。
6.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于用開孔膨脹珍珠巖的粒度區(qū)間Vp為18目～40目。
7.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于用開孔膨脹珍珠巖的粒度區(qū)間Vp為24目～40目。
8.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于用開孔膨脹珍珠巖的粒度區(qū)間Vp為40目～60目。
全文摘要
本發(fā)明涉及鎂合金－珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的鎂合金－珍珠巖復(fù)合材料是用真空滲流鑄造法，將膨脹珍珠巖復(fù)合到純鎂或鎂合金中所形成的具有特定結(jié)構(gòu)的閉孔或通孔輕體鎂合金－珍珠巖泡沫復(fù)合材料。解決了泡沫鎂的管、帶、片材工業(yè)生產(chǎn)中泡孔質(zhì)量難以控制的技術(shù)難題。
文檔編號B22D19/16GK1792505SQ200510119108
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者王立民, 吳耀明, 豆傳國, 彭秋明, 房大慶, 楊潔, 孟健, 張洪杰 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所