强化多孔镁金属的制备工艺
阅读说明：本技术 强化多孔镁金属的制备工艺 (Preparation process of reinforced porous magnesium metal ) 是由 江国锋 李进 曹纯 房哲 曹辉 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种强化多孔镁金属的制备工艺,包括以下步骤：将第一镁金属块层、多孔钛块层和第二镁金属块层在固态条件下依次叠置形成物理堆叠,所述多孔钛块层的孔隙率为10%～90%；块状金属纤维层和第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金层在300-650℃,3000N-20000N的压力条件下,通过摩擦热或者外部热源使得第一镁金属块层、多孔钛块层和第二镁金属块层注入多孔钛块层中,形成三明治结构的镁钛混合体；将三明治结构的镁钛混合体置于HF溶液中,选择性剔除金属钛。本发明形成轧制组织,较传统芯体结构强度提高30%～260%,可以精确控制芯体和夹层的体积,易于实现流水线生产。(The invention discloses a preparation process of reinforced porous magnesium metal, which comprises the following steps: sequentially superposing a first magnesium metal block layer, a porous titanium block layer and a second magnesium metal block layer under a solid condition to form a physical stack, wherein the porosity of the porous titanium block layer is 10-90%; under the conditions of 300-650 ℃ and 3000N-20000N pressure, the first magnesium metal block layer, the porous titanium block layer and the second magnesium metal block layer are injected into the porous titanium block layer by friction heat or an external heat source to form a magnesium-titanium mixture with a sandwich structure; and (3) placing the magnesium-titanium mixture with the sandwich structure into an HF solution, and selectively removing metallic titanium. The core body structure disclosed by the invention forms a rolling structure, the strength of the core body structure is improved by 30-260% compared with that of the traditional core body structure, the volume of the core body and the interlayer can be accurately controlled, and the production line production is easy to realize.)
技术领域
本发明涉及新材料
技术领域
，尤其涉及一种强化多孔镁金属的制备工艺。背景技术
三明治夹层板结构是一类具有多功能特性的轻质结构，具有质量轻、刚度大、优良的抗冲击性能和散热等特性，在多个领域具有重要的应用，如被广泛应用于建筑、包装行业，特别是被应用在汽车、舰船、高速列车及航空航天飞行器等动力机械装备的外壳结构等，具有重要的社会和经济价值。传统制备夹层结构材料的方法有直接发泡法、组装-连接法、铸造法等。其中1）直接发泡法存在结合强度低、结构不能控制等缺点，2)铸造法存在大量孔洞、气孔、强度低缺点，3)组装-连接法存在夹层和芯层结合强度低的缺点，而且生产效率低。镁和镁合金具有密度低、强度高收到越来越多的关注，制备性能优良的三明治多孔镁具有重要的现实价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种强化多孔镁金属的制备工艺，该强化多孔镁金属的制备工艺成本低廉、工艺简单，较传统组装-连接法提高50%~300%，形成轧制组织，较传统芯体结构强度提高30%~260%，不存在状态的变化，不会产生气孔、孔洞等缺陷，可以精确控制芯体和夹层的体积，易于实现流水线生产。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种强化多孔镁金属的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、将第一镁金属块层、多孔钛块层和第二镁金属块层在固态条件下依次叠置形成物理堆叠，所述多孔钛块层的孔隙率为10%~90%；
步骤二、块状金属纤维层和第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金层在300-650℃，3000N-20000N的压力条件下，通过摩擦热或者外部热源使得第一镁金属块层、多孔钛块层和第二镁金属块层注入多孔钛块层中，形成三明治结构的镁钛混合体；
步骤三、将三明治结构的镁钛混合体置于HF溶液中，选择性剔除金属钛，最终得到三明治夹层板结构的多孔镁金属体，此多孔镁金属体由第一镁夹层、第二镁夹层和位于第一镁夹层、第二镁夹层之间的多孔镁芯层组成。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
1. 上述方案中，所述步骤二和步骤三通过拌摩擦焊设备实现，通过搅拌摩擦焊头施加压力，搅拌头转速为200r/min~5000r/min，进给为10mm/min~5m/min，搅拌次数范围为4~40次，轧制率为2%-98%。
2. 上述方案中，所述搅拌头的搅拌针直径范围为1mm~16mm，长度范围为1~16mm；轴肩直径为2mm~40mm。
3. 上述方案中，所述步骤二和步骤三通过采用热轧设备实现，轧机施加的压力为3000~10000N，轧制温度为300~650℃，轧制次数为4~40次，轧制率为2%~98%。
4. 上述方案中，所述多孔钛块层的厚度范围为0.1mm~16mm，此多孔钛块层中钛丝直径范围为0.05~5mm，所述第一镁金属块层和第二镁金属块层厚度为0.1mm~16mm。
5. 上述方案中，所述步骤三中浸泡时间为1min~24H，HF溶液质量浓度为0.1%-90%，HF溶液温度为室温-100℃。
6. 上述方案中，所述多孔镁芯层与第一镁夹层、第二镁夹层的结合力为1MPa~400MPa。
7. 上述方案中，所述多孔镁芯层的强度范围为1MPa~400MPa。
8. 上述方案中，所述第一镁夹层、第二镁夹层的强度为10MPa-600MPa。
9. 上述方案中，所述第一镁金属块层和第二镁金属块层为镁块层或者镁合金块层。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明强化多孔镁金属的制备工艺，其成本低廉、工艺简单，较传统组装-连接法提高50%~300%，形成轧制组织，较传统芯体结构强度提高30%~260%，不存在状态的变化，不会产生气孔、孔洞等缺陷，可以精确控制芯体和夹层的体积，易于实现流水线生产。
附图说明
附图1为本发明制备工艺的制备过程示意图；
附图2（a）为本发明钛与镁结合界面微观图；
附图2（b）和（c）为本发明不同直径的钛丝与镁合金复合界面微观图；
附图3为本发明多孔镁金属体截面的微观图。
以上附图中：1、第一镁金属块层；2、多孔钛块层；3、第二镁金属块层；4、第一镁夹层；5、多孔镁芯层；6、第二镁夹层。
具体实施方式
在本专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利的具体含义。
实施例1：一种强化多孔镁金属的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、将第一镁金属块层1、多孔钛块层2和第二镁金属块层3在固态条件下依次叠置形成物理堆叠，所述多孔钛块层2的孔隙率为30%；
步骤二、块状金属纤维层2和第一固态块状铝合金层1、第二固态块状铝合金层3在350℃，5000N的压力条件下，通过摩擦热或者外部热源使得第一镁金属块层1、多孔钛块层2和第二镁金属块层3注入多孔钛块层2中，形成三明治结构的镁钛混合体；
步骤三、将三明治结构的镁钛混合体置于HF溶液中，选择性剔除金属钛，最终得到三明治夹层板结构的多孔镁金属体，此多孔镁金属体由第一镁夹层4、第二镁夹层6和位于第一镁夹层4、第二镁夹层6之间的多孔镁芯层5组成。
上述步骤二和步骤三通过拌摩擦焊设备实现，通过搅拌摩擦焊头施加压力，搅拌头转速为1000r/min，进给为1m/min，搅拌次数范围为6次，轧制率为40%。
上述搅拌头的搅拌针直径范围为6mm，长度范围为4mm；轴肩直径为20mm。
上述多孔钛块层2的厚度范围为4mm，此多孔钛块层2中钛丝直径范围为0.1~0.3mm，所述第一镁金属块层1和第二镁金属块层3厚度为4mm。
上述步骤三中浸泡时间为5min，HF溶液质量浓度为10%，HF溶液温度为室温-100℃。
上述多孔镁芯层与第一镁夹层、第二镁夹层的结合力为300MPa，上述多孔镁芯层5的强度范围为300MPa。
上述第一镁夹层4、第二镁夹层6的强度为400MPa。
上述第一镁金属块层1和第二镁金属块层3为镁块层。
实施例2：一种强化多孔镁金属的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、将第一镁金属块层1、多孔钛块层2和第二镁金属块层3在固态条件下依次叠置形成物理堆叠，所述多孔钛块层2的孔隙率为42%；
步骤二、块状金属纤维层2和第一固态块状铝合金层1、第二固态块状铝合金层3在450℃，8000N的压力条件下，通过摩擦热或者外部热源使得第一镁金属块层1、多孔钛块层2和第二镁金属块层3注入多孔钛块层2中，形成三明治结构的镁钛混合体；
步骤三、将三明治结构的镁钛混合体置于HF溶液中，选择性剔除金属钛，最终得到三明治夹层板结构的多孔镁金属体，此多孔镁金属体由第一镁夹层4、第二镁夹层6和位于第一镁夹层4、第二镁夹层6之间的多孔镁芯层5组成。
上述轧机施加的压力为8000N，轧制温度为450℃，轧制次数为10次，轧制率为60%。
上述多孔钛块层2的厚度范围为6mm，此多孔钛块层2中钛丝直径范围为0.02~0.05mm，所述第一镁金属块层1和第二镁金属块层3厚度为8mm。
上述步骤三中浸泡时间为1H，HF溶液质量浓度为10%，HF溶液温度为室温-100℃。
上述多孔镁芯层与第一镁夹层、第二镁夹层的结合力为350MPa。
上述多孔镁芯层5的强度范围为350MPa，上述第一镁夹层4、第二镁夹层6的强度为500MPa。
上述第一镁金属块层1和第二镁金属块层3为镁合金块层。
采用上述强化多孔镁金属的制备工艺时，其成本低廉、工艺简单，较传统组装-连接法提高50%~300%，形成轧制组织，较传统芯体结构强度提高30%~260%，不存在状态的变化，不会产生气孔、孔洞等缺陷，可以精确控制芯体和夹层的体积，易于实现流水线生产。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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