[发明专利]一种用于缓冲吸能材料的泡沫镁制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及泡沫金属材料技术领域，尤其涉及一种用于缓冲吸能材料的泡沫镁制备方法。

背景技术

材料的多孔化，赋予多孔材料崭新的优异性能，使其具备致密材料无法比拟的用途，从而扩宽了泡沫材料的研究领域和应用范围。纯镁的密度为1.74g/cm³，是工业中应用最轻的金属，它有比铝的更为明显减重效果，同时镁具有比强度，比刚度和比弹性模量高，降噪减震性能和尺寸稳定性能，电磁波干扰防护强，且不需要磨削、抛光，就能得到表面光洁的铸件及可回收利用等一系列优点。镁的强度高，能实现高能量的吸收；较泡沫塑料熔点高，具有高温稳定性；且耐候性好，不易老化。而较泡沫陶瓷，泡沫金属具有抗振性好、安装、拆卸方便等优良性能。泡沫镁比泡沫铝、泡沫钛、泡沫塑料具有更好的吸能性，因此，泡沫镁一个非常重要的应用领域就是冲击吸能及撞击防护材料。泡沫镁作为冲击吸能材料可应用在汽车、火车和对撞击的安全防护是相当的重要，比如在城市运行的公交车，经常面临与汽车或其它高强度目标物体相撞的危险，在汽车、摩托车及火车头部安装泡沫镁的保险杠也可以有效地吸收正面撞击的能量。泡沫镁不仅可以用于低速撞击的吸能材料，而在军事上还可以作为爆炸冲击载荷条件下的衰减和防护材料，如用于重要军事目标和装甲车的冲击防护材料，还具有电磁屏蔽和消除噪音的功能。泡沫镁良好的能量吸收性能同样在制造汽车刹车器、缓冲器、机床的底座等方面有很广泛的应用，用于汽车的防振轻质部件，作为冲击能的吸收结构，提高了车辆防振性，增加了车辆的碰撞安全。因此，泡沫镁的这些优异性能在缓冲吸能材料应用领域会有很大的潜力。

Yang等人对采用溶体发泡法制备的闭孔泡沫镁的静态压缩性能研究，实验中试样孔隙率范围为53.0%-71.1%，对应的屈服强度27.1Mpa下降到4.2Mpa。这一制备工艺，通过添加CaCO₃作为发泡剂，通过Ca作为增粘剂和纯镁粉采用熔体发泡法而制备闭孔泡沫镁，从孔隙率的提高导致屈服强度的急剧降低，可以看出，Ca元素的加入，对泡沫镁材料会产生不利影响，会恶化塑性，导致应力平台的缩短，从而使得吸能效果变差。李全录等人成功利用真空渗流法，NaCl粒子为填充介质制备泡沫镁合金，研究了泡沫镁合金在静态载荷作用下的压缩性能。而这一制备方法在用水冲洗的时候无法确保冲洗完全，所以Cl^-的残留会破坏金属氧化物的保护层，形成点蚀或坑蚀，对镁也有极强腐蚀的影响，从而使泡沫镁材料性能恶化，导致泡沫镁材料耐用时间极为缩短。在泡沫镁的制备及其性能方面，相关的文献很少，也缺乏系统的研究，特别是对于动态的力学性能和特性的研究。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种用于缓冲吸能材料的泡沫镁制备方法，用以解决现有技术的泡沫镁制备工艺所得泡沫镁的应力平台较短、吸能效果较差、易腐蚀、耐用时间较短的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：

一种用于缓冲吸能材料的泡沫镁制备方法，包括如下步骤：

（1）称取23.40～51.89重量份的尿素和48.11～76.60重量份的镁粉，构成总重为100重量份在研体内混合，并在混合过程中按每千克尿素与镁粉的混合物外配15～20ml无水乙醇的比例加入无水乙醇；其中，尿素的粒度为1.00～1.18mm，镁粉粒度为120～200目；

（2）用钢制模具将前一步所得的混合料静压成型，压制压力为200～300MPa，保压时间为1～2min，脱模得到生坯；

（3）将生坯放入真空碳管炉内进行烧结，烧结过程分为低温真空烧结和高温固态烧结两步进行；低温真空烧结过程中，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1～1×10^-3Pa，控制升温速率为2～5℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温1～1.5h；然后进入高温固态烧结过程，温度升高到630℃，向碳管炉内通入纯度高于99.99%的保护气体，在一个大气压的保护气体环境下保护烧结2～3h；烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到泡沫镁试样。

上述用于缓冲吸能材料的泡沫镁制备方法中，作为一种优选方案，所述步骤（1）中，尿素和镁粉的重量分数比优选为41.7：58.3。

上述用于缓冲吸能材料的泡沫镁制备方法中，作为一种优选方案，所述步骤（1）中，所述尿素采用球形颗粒尿素。

上述用于缓冲吸能材料的泡沫镁制备方法中，作为一种优选方案，所述步骤（3）中，所述保护气体采用氩气或氮气。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：