CN112195382B - 一种自发泡多孔镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种自发泡多孔镁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自发泡多孔镁合金，成分为：4～12wt％的Zn，4～12wt％的Al，2～10wt％的Gd，0～0.4wt％的Mn，0～2wt％的La，0～2wt％的Ce，0～2.0wt％的Sr，0～1wt％的Ca，杂质总量小于0.3wt％，余量为Mg。本发明提供的多孔镁合金中含有Gd，Zn和Al，熔化后三者形成的熔体能够吸收大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出并最终由共晶相来调节释放，从而形成气泡，达到自发泡的目的。本发明提供的多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现多孔镁合金。本发明提供了一种自发泡多孔镁合金的制备方法。

Description

一种自发泡多孔镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁合金技术领域，尤其涉及一种自发泡多孔镁合金及其制备方法。
背景技术
以金属相和气相结合的多孔金属或者泡沫金属材料由于其具有特殊的结构，兼具金属和气孔的双重特性，有许多特殊的物理性能，如密度小、比表面积大、吸收冲击能、隔音降噪、减震、电磁屏蔽性能好等。因此多孔金属材料在航空航天、汽车、建筑等领域具有广阔的应用前景。镁合金是目前在工程应用中密度最低的金属结构材料，是轻质多孔金属材料最理想的基体，并且镁对人体无毒，镁合金多孔材料的密度和力学性能都与人骨非常接近，同时其具有良好的生物相容性和可降解性，其多孔结构还可以增大细胞附着力；因此多孔镁合金在生物医学材料领域也具有巨大的应用前景。
目前，多孔镁合金的制备方法主要包括熔体发泡法、渗流铸造法、熔模铸造法、固-气共晶凝固法、粉末冶金法、二次发泡法等。熔体发泡法主要借助发泡剂如粉煤灰微球、碳酸镁、碳酸钙等，同时需要借助其他合金化元素的添加来提高镁合金熔体粘度。渗流铸造法主要借助于多孔垫片材料，制备开孔泡沫镁合金，工艺具有一定的***风险。熔模铸造法主要通过熔模方式制备开孔泡沫镁合金。固-气共晶凝固法主要以MgH2粉末为发泡剂，通过定向凝固制备藕状多孔镁合金。粉末冶金法主要通过添加氢化物粉或者尿素等发泡剂，然后通过粉末冶金的方法制备气孔均匀的闭孔泡沫镁合金。二次发泡法是通过两步法制备多孔镁合金，需要发泡剂、增粘剂及铝粉等。另外还有一些新的方法制备多孔镁合金，如高压铸造法(只有中心有多孔结构)、氢化钛发泡热轧板材。
可以看出，现有多孔镁合金的制备都需要借助各种发泡剂、增粘剂或者需要特殊的工艺，如熔模、高压等。目前还没有一种依靠传统铸造方法就可以完成发泡的多孔镁合金材料。传统铸造法制备多孔镁合金不仅成本低，而且简单、安全，必将成为多孔镁合金发展的必然趋势。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自发泡多孔镁合金及其制备方法，本发明提供的自发泡多孔镁合金孔隙率可调，孔尺寸可调，力学性能优异。
本发明提供了一种自发泡多孔镁合金，成分为：
4～12wt％的Zn，
4～12wt％的Al，
2～10wt％的Gd，
0～0.4wt％的Mn，
0～2wt％的La，
0～2wt％的Ce，
0～2.0wt％的Sr，
0～1wt％的Ca，
杂质元素的总量＜0.3wt％，
余量为Mg。
优选的，所述Zn在自发泡多孔镁合金中的质量含量为6％～9％。
优选的，所述Al在自发泡多孔镁合金中的质量含量为6％～8％。
优选的，所述Gd在自发泡多孔镁合金中的质量含量为4％～6％。
本发明提供了一种上述技术方案所述的自发泡多孔镁合金的制备方法，包括：
将Mg源、Zn源、Al源、Gd源、Mn源、La源、Ce源、Sr源和Ca源混合进行熔炼，得到合金液；
将所述合金液进行铸造，得到自发泡多孔镁合金。
优选的，所述熔炼的温度为680～780℃。
优选的，所述铸造过程中浇铸温度为650～750℃。
优选的，所述合金液的制备方法包括：
将Mg源和Gd源混合进行熔炼，得到第一混合金属液；
将所述第一混合金属液和Mn源、La源、Ce源、Sr源、Ca源混合进行熔炼，得到第二混合金属液；
将所述第二混合金属液与Zn源、Al源混合进行熔炼，得到合金液。
优选的，所述铸造过程中采用的模具为金属模具或砂型模具。
优选的，所述铸造过程中的冷却方式为随炉冷、空冷或水冷。
本发明提供的自发泡多孔镁合金中含有Gd，Zn和Al，熔化后三者形成的熔体能够吸收大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出从而形成气泡，使本发明提供的多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现多孔镁合金，因此本发明提供的多孔镁合金是一种自发泡多孔镁合金，其气孔含量、尺寸和分布与合金成分、凝固速率密切相关，从而非常容易实现对合金气孔的调节。
实验结果表明，本发明提供的自发泡多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到70％，压缩屈服强度为8～105MPa，弹性模量为2～34GPa，本发明提供的多孔镁合金具有较高的孔隙率和较好的力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1～4制备得到的多孔镁合金的图片，(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3，(d)为实施例4；
图2为本发明实施例1～4制备得到的多孔镁合金的背电子散射扫描电镜图片(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3，(d)为实施例4。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
本发明提供了一种自发泡多孔镁合金，成分为：
4～12wt％的Zn，
4～12wt％的Al，
2～10wt％的Gd，
0～0.4wt％的Mn，
0～2wt％的La，
0～2wt％的Ce，
0～2.0wt％的Sr，
0～1wt％的Ca，
杂质元素总量小于0.3wt％，所述杂质元素优选为Fe、Ni、Cu、Be等；
余量为Mg。
在本发明中，所述Zn在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为6％～9％。本发明提供的自发泡多孔镁合金中Zn的含量使自发泡多孔镁合金具有非常好的流动性能，进而使本发明提供的方法可生产大尺寸复杂结构铸件。
在本发明中，所述Al在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为6％～8％。在本发明中，所述Al可以和上述技术方案所述的Zn共同作用，进一步提高合金液的流动性，同时还可以抑制合金铸造过程中的热裂行为，使本发明提供的自发泡多孔镁合金具有更好的铸造品质。
在本发明中，所述Gd在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为4～6％。在本发明中，所述Gd能够进入上述技术方案所述的Mg，Al和Zn结合形成的三元相中，尤其是三元准晶相；三元准晶相在凝固过程中对气体的吸收和释放起着调节作用，从而使得本发明提供的自发泡多孔镁合金的气孔含量和尺寸可调节。
在本发明中，所述Mn在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为0.1～0.3％，更优选为0.2％；所述La在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为0.5～1.5％，更优选为1％；所述Ce在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为0.5～1.5％，更优选为1％；所述Sr在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为0.5～1.5％，更优选为1％；所述Ca在自发泡多孔镁合金中的质量含量优选为0.2～0.8％，更优选为0.3～0.6％。在本发明中，所述Mn、La、Ce、Sr、Ca元素不会显著影响合金的自发泡过程，但它们的存在或者可以降低合金中杂质元素如Fe、Ni等的含量，或者可以提高合金的力学性能，从而使本发明提供的自发泡多孔镁合金具有较高纯度和优异的力学性能。
本发明提供了一种上述技术方案所述的自发泡多孔镁合金的制备方法，包括：
将Mg源、Zn源、Al源、Gd源、Mn源、La源、Ce源、Sr源和Ca源混合进行熔炼，得到合金液；
将所述合金液进行铸造，得到自发泡多孔镁合金。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为690℃～740℃，更优选为700～730℃，最优选为720℃。本发明优选在保护性气体的条件下进行所述熔炼；所述保护性气体优选包括SF6和CO2；所述SF6和CO2的体积比优选为1：(50～120)，更优选为1：(60～100)，最优选为1:80；本发明优选在搅拌的条件下进行所述熔炼。
在本发明中，所述Mg源、Zn源、Al源、Gd源、Mn源、La源、Ce源、Sr源和Ca源进行混合熔炼之前，优选将所述Mg源、Zn源、Al源、Gd源、Mn源、La源、Ce源、Sr源和Ca源进行预热，所述预热的温度优选为120℃～400℃，更优选为200℃～360℃，最优选为300℃。
在本发明中，所述合金液的制备方法优选包括：
将Mg源和Gd源混合进行熔炼，得到第一混合金属液；
将所述第一混合金属液和Mn源、La源、Ce源、Sr源、Ca源混合进行熔炼，得到第二混合金属液；
将所述第二混合金属液与Zn源、Al源混合进行熔炼，得到合金液。
在本发明中，所述第一混合金属液和Mn源、La源、Ce源、Sr源、Ca源混合进行熔炼的温度优选为720℃～750℃，更优选为725℃～740℃，最优选为730℃；时间优选为5分钟～10分钟，更优选为6分钟～8分钟；若本发明中Mn、La、Ce、Sr和Ca含量为0，则忽略此步，不产生第二混合金属液。
在本发明中，所述第二混合金属液和Zn源、Al源混合进行熔炼的时间优选为10分钟～20分钟，更优选为6分钟～12分钟。
在本发明中，所述Zn源优选为纯锌，所述Al源优选为纯铝，所述Mg源优选为纯镁，所述Gd源优选为镁-钆中间合金，所述镁-钆中间合金中钆的质量分数优选为15％～40％，更优选为20～30％，所述Mn源优选为镁-锰中间合金，所述镁-锰中间合金中锰的质量分数优选为3％～6％，更优选为4％，所述La源优选为镁-镧中间合金，所述镁-镧中间合金中镧的质量分数优选为15％～25％，更优选为20％，所述Ce源优选为镁-铈中间合金，所述镁-铈中间合金中铈的质量分数优选为15％～25％，更优选为20％，所述Sr源优选为镁-锶中间合金，所述镁-锶中间合金中锶的质量分数优选为20％～30％，更优选为25％，所述Ca源优选为镁-钙中间合金，所述镁-钙中间合金中钙的质量分数优选为20％～30％，更优选为25％；本发明对上述合金原料的来源没有特殊的限制可由市场购买获得。
在本发明中，所述铸造过程中的浇铸温度(浇铸时金属液的温度)优选为650℃～750℃，更优选为670℃～730℃，最优选为700℃～720℃；所述铸造过程中采用的模具优选为金属模或砂模；所述铸造过程中的冷却方式优选为随炉冷、空冷或水冷。
在本发明中，得到所述合金液后优选不进行精练，优选将所述合金液静置，所述静置的时间优选为3分钟～80分钟，更优选为10～60分钟，最优选为30～50分钟；所述静置时合金液的温度优选为680～780℃，更优选为700～750℃，最优选为720～730℃。
本发明提供的自发泡多孔镁合金中含有Gd，Zn和Al，熔化后三者形成的熔体能够吸收大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出从而形成气泡，使本发明提供的多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现多孔镁合金，因此本发明提供的多孔镁合金是一种自发泡多孔镁合金，其气孔含量、尺寸和分布与合金成分、凝固速率密切相关，从而非常容易实现对合金气孔的调节。
本发明提供的自发泡多孔镁合金中含有Zn和Al，两者和Mg反应可以生成三元准晶相，同时该合金中含有Gd，Gd可以改变准晶相的结构，从而实现对气体吸收和释放的调节；因此本发明提供的多孔镁合金的气孔含量、尺寸和分布可以通过控制合金成分和凝固速率来调节，方法可靠、简单且安全。
本发明以下实施例所采用的合金原料均为市售商品，镁-钆中间合金中钆的质量分数为20％，镁-镧中间合金中镧的质量分数为20％，镁-铈中间合金中铈的质量分数为20％，镁-锰中间合金中锰的质量分数为4％，镁-钙中间合金中钙的质量分数为25％，镁-锶中间合金中锶的质量分数为25％，上述合金原料均由长春中科希美镁业有限责任公司提供。
实施例1
将9000g的纯镁、1800g的纯锌、1200g的纯铝、3000g的镁-钆中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合熔炼，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
采用光谱分析仪对本发明实施例1制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例1制备得到的多孔镁合金成分为：11.74wt％的Zn，7.85wt％的Al，3.94wt％的Gd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
将本发明实施例1制备得到的多孔镁合金进行了光学照片和背电子散射扫描电镜观察，观察结果如图1(图1中(a))和图2(图2中(a))所示，可以看出，本发明实施例1制备得到的多孔镁合金的气孔较大，分布比较均匀。
将本发明实施例1制备的多孔镁合金按照GB 4472-84《密度、相对密度测定通则》的标准，测试其密度，然后计算其孔隙率。按照GB/T 7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》的标准，测试其在室温下的力学性能，然后根据测试的压缩曲线计算其屈服强度。按照GB/T 22315-2008《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》的标准，测试其在室温下的弹性模量。检测结果为，本发明实施例1制备的多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到47％，压缩屈服强度为58MPa，弹性模量为17GPa。
实施例2
将8100g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例2制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例2制备得到的多孔镁合金成分为：8.01wt％的Zn，7.92wt％的Al，5.71wt％的Gd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例2制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例2得到的多孔镁合金的气孔较小且分布比较均匀(图1中(b)和图2中(b))，在室温下的孔隙率可以达到66％，压缩屈服强度为18MPa，弹性模量为6GPa。
实施例3
将9600g的纯镁、1200g的纯锌、600g的纯铝、3000g的镁-钆中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
采用光谱分析仪对本发明实施例3得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例3得到的多孔镁合金成分为：7.84wt％的Zn，3.89wt％的Al，3.81wt％的Gd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例3制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例3得到的多孔镁合金的气孔较小且分布比较均匀(图1中(c)和图2中(c))，在室温下的孔隙率可以达到57％，压缩屈服强度为29MPa，弹性模量为10GPa。
实施例4
将6900g的纯镁、1800g的纯锌、1800g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例4制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例4制备得到的多孔镁合金的成分为：11.73wt％的Zn，11.62wt％的Al，5.41wt％的Gd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例4制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例4得到的多孔镁合金的气孔较小且分布比较均匀(图1中(d)和图2中(d))，在室温下的孔隙率可以达到58％，压缩屈服强度为21MPa，弹性模量为8GPa。
实施例5
将6600g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、1500g的镁-锰中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁-锰中间合金，搅拌5分钟，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例5制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例5制备得到的多孔镁合金的成分为：7.90wt％的Zn，7.63wt％的Al，5.45wt％的Gd，0.37wt％的Mn，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例5制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例5得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到47％，压缩屈服强度为27MPa，弹性模量为13GPa。
实施例6
将6600g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、1500g的镁-镧中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁-镧中间合金，搅拌5分钟，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例6制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例6制备得到的多孔镁合金的成分为：7.71wt％的Zn，7.92wt％的Al，5.42wt％的Gd，1.97wt％的La，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例6制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例6得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到61％，压缩屈服强度为19MPa，弹性模量为7GPa。
实施例7
将6900g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、1200g的镁-钙中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁-钙中间合金，搅拌5分钟，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例7制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例7制备得到的多孔镁合金的成分为：8.05wt％的Zn，7.88wt％的Al，5.51wt％的Gd，1.92wt％的Ca，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例7制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例7得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到64％，压缩屈服强度为19MPa，弹性模量为6GPa。
实施例8
将6900g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、1200g的镁-锶中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁-锶中间合金，搅拌5分钟，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例8制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例8制备得到的多孔镁合金的成分为：7.93wt％的Zn，8.00wt％的Al，5.49wt％的Gd，1.83wt％的Sr，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例8制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例8得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到67％，压缩屈服强度为18MPa，弹性模量为6GPa。
实施例9
将7725g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、1500g的镁-铈中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁-铈中间合金，搅拌5分钟，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例9制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例9制备得到的多孔镁合金的成分为：8.03wt％的Zn，7.95wt％的Al，5.62wt％的Gd，1.87wt％的Ce，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例9制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例9得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到62％，压缩屈服强度为27MPa，弹性模量为9GPa。
实施例10
将5850g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、300g的镁-镧中间合金、450g的镁-铈中间合金、1500g的镁-锰中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁、镁-钆中间合金、镁-镧中间合金和镁-铈中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁锰中间合金进行5分钟混合，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例10制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例10制备得到的多孔镁合金的成分为：7.91wt％的Zn，8.01wt％的Al，5.66wt％的Gd，0.37wt％的La，0.55wt％的Ce，0.28wt％的Mn，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例10制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例10得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率可以达到65％，压缩屈服强度为18MPa，弹性模量为6GPa。
实施例11
将5250g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、600g的镁-钙中间合金、750g的镁-铈中间合金、1500g的镁-锰中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁、镁-钆中间合金和镁-铈中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁-锰中间合金和镁-钙中间合金进行5分钟混合，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例11制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例11制备得到的多孔镁合金的成分为：7.82wt％的Zn，7.87wt％的Al，5.41wt％的Gd，0.97wt％的Ce，0.92wt％的Ca，0.31wt％的Mn，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例11制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例11得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率为63％。
实施例12
将6450g的纯镁、1200g的纯锌、900g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、750g的镁-镧中间合金、600g的镁-锶中间合金、600g的镁-钙中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液通入氩气精炼，通气时间为30分钟，然后降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例12制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例12制备得到的多孔镁合金的成分为：8.03wt％的Zn，5.82wt％的Al，5.53wt％的Gd，1.03wt％的La，0.91wt％的Sr，0.98wt％的Ca，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例12制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例12得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率为61％。
实施例13
将12300g的纯镁、600g的纯锌、600g的纯铝、1500g的镁-钆中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
然后将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例13制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例13制备得到的多孔镁合金的成分为：3.87wt％的Zn，3.98wt％的Al，1.66wt％的Gd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例13制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例13得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率为21％。
实施例14
将5100g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、7500g的镁-钆中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液通入氩气精炼，通气时间为30分钟，然后降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例14制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例14制备得到的多孔镁合金的成分为：7.72wt％的Zn，7.51wt％的Al，9.24wt％的Gd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例14制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例14得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率为13％。
实施例15
将5100g的纯镁、1800g的纯锌、600g的纯铝、7500g的镁-钆中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液通入氩气精炼，通气时间为30分钟，然后降温至680℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形(80mm×120mm×120mm)，长为400mm，得到多孔镁合金。
按照实施例1的方法对本发明实施例15制备得到的多孔镁合金进行成分检测，检测结果为，本发明实施例15制备得到的多孔镁合金的成分为：11.77wt％的Zn，3.76wt％的Al，9.27wt％的Gd，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
按照实施例1的方法对本发明实施例15制备得到的多孔镁合金进行检测，检测结果为，本发明实施例15得到的多孔镁合金在室温下的孔隙率为17％。
本发明提供的自发泡多孔镁合金中含有Gd，Zn和Al，熔化后三者形成的熔体能够吸收大量的气体，在凝固过程中，随着温度的降低，气体逐渐析出从而形成气泡，使本发明提供的多孔镁合金不需要借助任何发泡剂、增粘剂或者任何特殊的铸造工艺及条件就可以实现多孔镁合金，因此本发明提供的多孔镁合金是一种自发泡多孔镁合金。另外，本发明提供的多孔镁合金中含有Zn和Al，两者和Mg反应可以生成三元准晶相，同时该合金中含有钆，钆可以改变准晶相的结构，从而实现对气体吸收和释放的调节；因此本发明提供的多孔镁合金的气孔含量、尺寸和分布可以通过控制合金成分和凝固速率来调节，方法可靠、简单且安全。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种自发泡多孔镁合金的制备方法，包括：
将6900g的纯镁、1200g的纯锌、1200g的纯铝、4500g的镁-钆中间合金、1200g的镁-锶中间合金预热到300℃；首先将预热的纯镁和镁-钆中间合金放入预热到300℃的坩锅中，向所述坩埚中通入SF6和CO2的体积比为1：80的混合气体，在730℃时、搅拌的条件下向所述坩埚中加入上述预热到300℃的镁-锶中间合金，搅拌5分钟，然后再加入预热到300℃的纯锌和纯铝进行8分钟的混合，得到合金液；
将所述合金液降温至710℃，同时静置15分钟；
将上述静置后的合金液直接浇铸进无冷却装置的普通铸锭用长方体形状的开口铁模中，模具端面为梯形，长为400mm，得到多孔镁合金；
所述多孔镁合金的成分为：7.93wt％的Zn，8.00wt％的Al，5.49wt％的Gd，1.83wt％的Sr，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.03wt％，余量为Mg。
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