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泡沫金属是一种由金属相和气孔组成,兼具结构和功能双重属性的新型工程材料。泡沫金属可应用于航天航空、交通运输、建筑机械、船舶、电子通讯等诸多领域。熔体直接发泡法是当今制备泡沫金属的主要方法之一,其特点是工艺简单,成本低,能够制备出大规格的泡沫金属材料。但是镁金属的化学活性限制了该方法在制备泡沫镁金属中的使用。本项研究采用熔体直接发泡法制备泡沫镁材料,旨在通过研究探索出一条在大气状态制备泡沫镁材料的方法,为泡沫镁材料的应用奠定一定的基础。 本文首先制备了镁基/SiC(p)复合材料,并研究了碳化硅在材料基体中的分布以及与基体的界面结合情况。采用熔体直接发泡法制备了泡沫镁,并对其工艺影响因素进行了细致研究。最后对制备的泡沫镁进行了微观表征,分析了泡沫稳定机理,并对泡沫镁的准静态压缩性能进行了测试。主要研究结果如下: 1)碳化硅颗粒经高温氧化处理后,能在其表面形成一层二氧化硅膜。氧化处理后的碳化硅在合金基体中分布较均匀,无明显聚集和脱落现象。氧化后的碳化硅与合金基体结合界面发生了轻微化学反应,增加了其与镁基体的润湿性。 2)以自制的阻燃镁合金为基体、SiCp为增粘剂、MgCO3为发泡剂,进行了熔体直接发泡法制备泡沫镁材料的研究,获得制备泡沫镁材料的工艺参数为:SiCp加入量4.0wt.%,粒度100μm;碳酸镁加入量3wt.%,粒度150μm;碳酸镁搅拌温度590℃,搅拌速率1900r/min,搅拌时间4min;恒温发泡温度620℃,发泡时间3min。利用该工艺条件可以制备出密度为0.381g/cm3,孔隙率为79.38%的泡沫镁材料。 3)泡沫镁内部孔径分布较均匀,孔径大小约为0.6~0.7mm。孔壁表面粗糙,附着有一些白色小颗粒,存在着大量褶皱。物相分析表明:白色颗粒主要为镁、铝、钙的氧化物及复合氧化物;褶皱内包裹着镁、铝、钙的复合氧化物;同时存在氧向孔壁表面富.集的现象。 4)气泡的稳定机理分析表明:分布在孔棱与Plateau边界内的碳化硅颗粒和复合氧化物共同起到了平衡Plateau边界和气泡壁液膜间的压力差的作用。它们在液膜厚度发生波动时产生回复力,阻止气泡壁继续变薄,同时孔内壁上附着的氧化物和形成的褶皱减小了气泡的表面能,氧在内表面的富集也增强了孔壁的强度,这些因素的协同作用使气泡达到一种相对稳定的状态。 5)不同泡沫体密度、不同碳化硅加入量及不同碳化硅粒度的泡沫镁材料准静态压缩结果表明:随着泡沫镁密度的减小平台应力显著下降,随着碳化硅加入量的增大平台应力呈现减小趋势。同时随着碳化硅粒度的增大平台应力也呈现减小趋势,但减小趋势并不明显。比较而言,泡沫镁的密度对平台应力的影响最大,当密度为0.611g/cm3的泡沫镁的平台应力为18.25MPa,而密度为0.334g/cm3的泡沫镁的平台应力为5.75Mpa。泡沫镁的压缩曲线在平台区域内呈锯齿形状,体现出明显的泡沫材料特性,可以作为吸能及缓冲材料加以利用。