两步法制备泡沫镁工艺的研究

论文摘要

泡沫镁是一种由金属相和气孔组成的复合材料，与对应的实体金属相比，它的密度低，比表面积大，并具有吸声、隔音、电磁屏蔽、能量吸收、缓冲减震、保温、过滤除尘等多种功能。因此在机械、冶金、建筑、交通运输、化工、电子通讯等方面有广泛的用途。本文以泡沫镁为研究对象，研究了发泡过程中气泡的演化机理，熔体发泡法与两步法制备泡沫镁合金的工艺，发泡工艺参数对泡沫镁合金结构的影响，并测试了其压缩性能。研究结果表明，气泡在熔体中长大的驱动力是发泡剂不断分解产生的气体量。采用熔体发泡法制备泡沫镁时，随着发泡剂MgCO3或增粘剂SiC加入量的增加，泡沫镁的密度逐渐减小；但当MgCO3加入量超过1.5%或SiC加入量超过15%时，泡沫镁的密度有所增加；随着发泡剂粒度的增加，泡沫镁合金的密度先减小后增大，当发泡剂粒度为250μm时，泡沫镁的密度最小；随着发泡温度的提高，泡沫镁合金的密度逐渐减小；随着发泡温度升高或发泡剂粒度的增加，泡沫镁合金的孔洞尺寸逐渐增大。泡沫镁密度与平均孔隙率的变化规律相反。在熔体发泡法的基础上，采用两步法制备泡沫镁时，随着发泡剂或增粘剂加入量的增加，泡沫镁合金的孔隙率先增大后减小，当发泡剂加入量为1.5%或增粘剂加入量为0.1%时，泡沫镁合金的孔隙率最大。加入2～6%的铝后，合金熔体的倾倒流动性提高，泡沫镁合金的气孔大小基本均匀一致。随着熔体中铝加入量的增加，泡沫镁合金的孔隙率逐渐增大。随着二次加热时间或温度的增加，泡沫镁的孔洞尺寸逐渐变大；当加热时间超过20min或加热温度超过610℃后，泡沫镁的孔洞分布变得不均匀，出现孔洞氧化与合并的现象；随着加热时间或温度的增加，泡沫镁的密度逐渐减小，但当加热时间超过20min时，密度略有升高。通过对比研究了不同的增粘方式与制备方法，表明采用MgCO3增粘代替SiC增粘及采用两步法代替采用熔体发泡法，制备的试样密度更低，平均孔隙率更大，孔洞均匀性更好。通过泡沫镁的静态压缩测试，当孔隙率从61%升高到81%时，其压缩强度从8.1MPa降低到1.6MPa。泡沫镁试样的弹性模量、屈服强度、抗压强度随着孔隙率的增大而减小；随着孔隙率的增大，对应的塑性阶段的应力平台长度随之增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 泡沫镁概述
• 1.2 泡沫金属发展现状
• 1.3 泡沫镁的发展现状
• 1.4 泡沫镁的制备方法
• 1.4.1 渗流铸造法
• 1.4.2 熔模铸造法
• 1.4.3 粉末冶金法
• 1.4.4 真空吸铸法
• 1.4.5 其他方法
• 1.5 泡沫镁的性能
• 1.5.1 阻尼性能
• 1.5.2 机械性能
• 1.5.3 能量吸收和抗冲击性能
• 1.5.4 电磁屏蔽性能
• 1.5.5 声学性能
• 1.5.6 其他性能
• 1.6 泡沫金属的应用
• 1.7 课题的研究意义
• 第2章 气泡的演化机理
• 2.1 气泡的演化过程
• 2.2 气泡的形核
• 2.3 气泡的上浮
• 2.4 发泡过程中的动力学分析
• 2.5 无泡层的形成原因
• 第3章 熔体发泡法制备泡沫镁工艺的研究
• 3.1 实验材料与设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验设备
• 3.2 实验方法与过程
• 3.2.1 镁合金阻燃
• 3.2.2 增粘方法
• 3.2.3 密度与孔隙率的测量
• 3.2.4 实验方案设计
• 3.2.5 实验过程
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 发泡剂的分解行为
• 3.3.2 发泡剂加入量的影响
• 3.3.3 增粘剂加入量的影响
• 3.3.4 发泡剂粒度的影响
• 3.3.5 发泡温度的影响
• 3.3.6 发泡方式的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 两步法制备泡沫镁工艺的研究
• 4.1 实验方法与过程
• 4.1.1 制备原理
• 4.1.2 发泡剂的选择
• 4.1.3 增粘剂的选择
• 4.1.4 实验方案设计
• 4.1.5 实验过程
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 发泡剂加入量的影响
• 4.2.2 增粘剂加入量的影响
• 4.2.3 Al加入量的影响
• 4.2.4 二次发泡工艺的影响
• 4.2.5 制备方法的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 泡沫镁的压缩性能
• 5.1 压缩性能测试
• 5.1.1 压缩试样选择
• 5.1.2 测试设备
• 5.1.3 测试方法
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 压缩测试结果
• 5.2.2 压缩变形机理
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢