阻燃泡沫镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术阻燃泡沫镁合金及其制备方法，涉及稀土金属作次主要成分的镁基合金，它 是镁钇镝三元合金为基体材料的阻燃泡沫镁合金，其组成的原子百分比是： Mg98.8～99.5Y0.05～0.3Dy0.45～0.9，其平均孔径范围为0.5～4mm，其平均孔隙率范围为70～89％； 其制备方法结合熔体发泡法与粉末冶金的优点，采用熔体发泡两步法工艺。本发明专利技术方法 制得的阻燃泡沫镁合金既提高了阻燃镁合金产品的力学性能，又提高了泡沫镁合金的品 质，扩大了该类镁合金产品应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及稀土金属作次主要成分的镁基合金，具体地说是阻燃泡沫镁 合金及其制备方法。
技术介绍
多孔泡沫金属是由基体金属和体积占70%以上的气孔组成的非均匀材料，它具有吸 音、隔音、缓冲、电子波屏蔽、无污染等优异性能，可广泛应用于航天、建筑、运输工 具、公路护栏、城市隔音墙等领域。目前多孔泡沫金属研发主要集中在泡沫铝材料，对 泡沫镁材料的研究报道不多。造成这种现象的最根本原因是由于在泡沫镁合金的研发中 一直存在三大世界难题，即易氧化、抗蚀性差和难变形，因而严重阻碍了泡沫镁合金的 工业化生产和应用。虽然目前现有技术中已利用熔剂保护法、气体保护法或合金化法三 种镁合金阻燃技术，通过粉末冶金法、熔模铸造法、触融压铸法、真空发泡法、真空渗 流铸造法或固/气共晶凝固法制备出了泡沫镁合金，但这些制备方法工艺复杂、成本高， 均影响泡沫镁合金的推广及应用。CN1966748披露了熔体直接发泡制备泡沫镁的方法，使用占5 30%的碳化硅作为增 粘剂，2~20%的碳酸镁粉作为发泡剂，在550 65(TC下发泡来制得泡沫镁。其缺点是所 用增稠剂碳化硅没有阻燃作用，制备过程中需要始终通入混合保护气；发泡剂碳酸镁的 价格也比发泡剂碳酸钙的价格高，生产成本升高，不利于产品的工业化开发。 CN101135015公开了泡沫镁的熔体发泡制备方法，使用2 8%的金属钙粉作为增粘剂， 2~15%的碳酸钙作为发泡剂，在620 70(TC下发泡来制得泡沫镁。其缺点是金属钙粉阻 燃作用不大，仍需要在制备全过程中通入混合保护气；无法制备净成型件，需要二次加 工；泡沫镁成品的孔径过小属微孔泡沫，孔隙率和相对密度均有限，不利于泡沫镁轻质 合金的产业化及其应用。CN1737173披露了镁合金阻燃添加剂及阻燃镁合金制备方法，其中所添加的第一种阻 燃元素为钇，外加重量分数为镁合金的3.1~4.2%，元素钇的添加量很大；第二种阻燃元 素为钙，外加重量分数为镁合金的0.6~0.9%，钙金属作为阻燃剂添加至纯镁熔体时，表 面保护膜再生能力差， 一经破坏，不仅失去保护作用，而且含钙镁合金的燃烧速度比纯 镁还要快；另外该专利方法还存在阻燃效果与力学性能之间相悖的缺点。还需要特别指 明的是，该专利方法通过熔体混熔法制备阻燃镁合金，其中稀土金属与金属钙只起着阻 燃作用，将该合金再次加热得不到泡沫镁合金。CN101104卯1公开了一种新型阻燃高强耐热镁合金及其制备方法，它是以AZ91D为基体，添加的第一种阻燃元素为钙，外加重 量分数为镁合金的0.3~1.0%;第二种阻燃元素为通用富La混合稀土，外加重量分数为镁 合金的0.2-0.8 %;第三种阻燃元素为锶，外加重量分数为镁合金的0.05~0.15%。该镁合 金的原料组成和制备工艺都很复杂，纯镁燃点温度并未得到提高。还需要特别指明的是， 该专利方法通过熔体混熔法制备阻燃镁合金，其中稀土金属与金属钙只起着阻燃作用， 将该合金再次加热也得不到泡沫镁合金。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该方法结合熔 体发泡法与粉末冶金的优点，采用熔体发泡两歩法工艺制得镁钇镝三元合金为基体材料 的阻燃泡沫镁合金产品，克服了现有技术制备的泡沫镁产品孔结构、孔径和孔隙难以控 制及熔炼过程中没有或只有很低的阻燃作用的缺点；又克服了现有技术制备的阻燃镁合 金的阻燃效果与力学性能之间相悖，再次加热也不能得到泡沫镁合金的缺点；还克服了 现有技术工艺复杂、生产成本高和不适用于大规模产业化生产的缺点。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是阻燃泡沫镁合金，是镁钇镝三元合金 为基体材料的阻燃泡沫镁合金，其组成的原子百分比是Mg98.8飛5Y,43Dyo.45-0.9，其平均孔径范围为0.5~4mm，其平均孔隙率范围为70~89%。上述阻燃泡沫镁合金的制备方法，采用熔体发泡两步法工艺，其步骤是第一步，阻燃泡沫镁合金预制块的制备将质量比为纯镁锭镁钇中间合金镁镝中间合金=1000 : 7.8 45.5 : 117 272. 7 的三种原料放入石墨坩埚中，再将该石墨坩埚在99.5vol.%CO2+0.5vol.%SF6的混合气体 保护下放入坩埚式电阻炉中，于温度690 73(TC下加热，致使全部原料熔化，搅拌得到组成的原子百分比为Mg98.^995Ydo.3Dyo.45《9的阻燃镁合金熔体，向该熔体中加入占该熔体质量百分比2 8%的增粘剂，用电动搅拌器以600 1000转/分的速度搅拌2 5min， 然后再加入占该熔体质量百分比1 5%的发泡剂，用电动搅拌器以900 1500转/分的转 速搅拌2 10min，而后将其浇注到铸型中并冷却至室温，即制得阻燃泡沫镁合金预制块， 上述镁钇中间合金的组成为质量百分比29%的钇和71%的镁，上述镁镝中间合金的组成 为质量百分比29%的镝和71%的镁，增粘剂为金属钙粉，发泡剂为100 400目的碳酸 钙粉；第二步，阻燃泡沫镁合金产品的制备将第一步制得的阻燃镁合金预制块放入模具中，再将该模具置于初始温度范围为 500 600。C的电阻炉内，然后电阻炉以10 40°C/min的升温速率升温至630 77(TC， 保温发泡时间为1 10min，至发泡剂碳酸钙粉，完全分解，产生二氧化碳气体使预制 块膨胀，然后从该电阻炉中取出上述模具并将其水冷至室温，从该模具中取出制成物， 即制得平均孔径范围为0.5 4mm和孔隙率范围为70~89%的阻燃泡沫镁合金产品。在上述阻燃泡沫镁合金的制备方法中，在第二步中，进一步将制得的阻燃泡沫镁合 金产品进行切割加工，以满足不同形状和尺寸要求。在上述阻燃泡沫镁合金的制备方法中，其中第一步在制得阻燃泡沫镁合金预制块之 后，将该预制块进一步通过挤压、轧制或切削加工成与最终成型件制品相似的形状和尺 寸，而第二步中所用模具的形状和尺寸则是最终成型件制品的形状和尺寸，最终制得所 需形状和尺寸的阻燃泡沫镁合金产品。在上述阻燃泡沫镁合金的制备方法中，涉及到的所有原材料，包括纯镁锭、镁钇中 间合金、镁镝中间合金、金属钙粉和100 400目碳酸转粉均为市售商品，其中纯镁锭、 镁镝中间合金、镁钇中间合金由瑞科稀土冶金及功能材料国家工程中心有限公司提供， 金属钙粉由天津市津科精细化工研究所提供，碳酸钙由天津市科密欧化学试剂有限公司 提供；涉及到的所有设备，包括石墨坩埚、坩埚式电阻炉、电动搅拌器、模具和电阻炉 均为通用设备；涉及到的所有工艺，包括原料熔化、搅拌、浇注、发泡、挤压、轧制、 切削和切割均为公知的操作方法。本专利技术的有益效果是(1) 本专利技术的阻燃泡沫镁合金，是镁钇镝三元合金为基体材料的阻燃泡沫镁合金。镁 钇镝三元合金有良好阻燃效果，其中添加的钇和镝两种稀土元素在镁合金熔体表面生成 致密度大于l的氧化膜，隔绝空气中的氧，将纯镁燃点提高了近250度，保证熔炼过程 中静态阻燃，减少合金成分损失。(2) 本专利技术的阻燃泡沫镁合金组成中，所加入的稀土元素钇和镝不仅实现镁合金的阻 燃，还对铸态组织起细晶强化作用、有限固溶强化作用以及稀土化合物的第二相强化作 用，从而提高了该阻燃泡沫镁合金产品的抗压强度。(3) 本专利技术的阻燃泡沫镁合金的制备方法结合熔体发泡法与粉末冶金的优点，采用熔 体发泡两步法工艺，通过改变发泡剂含本文档来自技高网...

【技术保护点】
阻燃泡沫镁合金，其特征在于：它是镁钇镝三元合金为基体材料的阻燃泡沫镁合金，其组成的原子百分比是：Ｍｇ↓［９８．８～９９．５］Ｙ↓［０．０５～０．３］Ｄｙ↓［０．４５～０．９］，其平均孔径范围为０．５～４ｍｍ，其平均孔隙率范围为７０～８９％。

【技术特征摘要】
1.阻燃泡沫镁合金，其特征在于它是镁钇镝三元合金为基体材料的阻燃泡沫镁合金，其组成的原子百分比是Mg98.8～99.5Y0.05～0.3Dy0.45～0.9，其平均孔径范围为0.5～4mm，其平均孔隙率范围为70～89％。2. 阻燃泡沫镁合金的制备方法，其特征在于采用熔体发泡两步法工艺，其步骤是-第一步，阻燃泡沫镁合金预制块的制备将质量比为纯镁锭镁钇中间合金镁镝中间合金=1000 : 7.8 45.5 : 117 272. 7 的三种原料放入石墨坩埚中，再将该石墨坩埚在99.5vOl.%CO2+0.5vol.%SF6的混合气体 保护下放入坩埚式电阻炉中，于温度6^) 73(TC下加热，致使全部原料熔化，搅拌得到 组成的原子百分比为Mg98.8~99.5Y,~a3Dyo.45,的阻燃镁合金熔体，向该熔体中加入占该 熔体质量百分比2 8%的增粘剂，用电动搅拌器以600 1000转/分的速度搅拌2 5min， 然后再加入占该熔体质量百分比1 5%的发泡剂，用电动搅拌器以900 1500转/分的转 速搅拌2 10min，而后将其浇注到铸型中并冷却至室温，即制得阻燃泡沫镁合金预制块， 上述镁钇中间合金的组成为质量百分比29...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维民，李海鹏，黄春瑛，李永艳，丁俭，王志峰，蔚成全，史中方，
申请(专利权)人：赵维民，李海鹏，黄春瑛，李永艳，丁俭，王志峰，蔚成全，史中方，
类型：发明
国别省市：12