本發(fā)明涉及耐高溫吸能材料技術領域，特別是一種硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能復合材料的制備方法。
背景技術：
海綿結構金屬在壓縮載荷作用下具有初始彈性階段、中間塑性平臺階段、應力急劇上升致密階段的三階段應力-應變特征，是沖擊吸能的理想材料，因而作為常溫吸能材料得到了廣泛應用。然而作為高溫吸能材料，海綿結構金屬卻難以達到?jīng)_擊吸能的要求，這是因為一般單質金屬機械性能有限，且在高溫條件下大多數(shù)金屬將被氧化從而性能顯著降低。當前，亟待發(fā)展適于火箭、火炮、飛機和航母等火焰燃燒反沖及爆炸的高溫吸能材料。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料的制備方法，所制備的耐高溫吸能復合材料是以鎳鈷鉬鉻合金為基體、硼酸鋁和碳化硅晶須為增強體的復合材料。由于鎳鈷鉬鉻基體、硼酸鋁和碳化硅晶須增強體都具有良好的耐高溫性能，特別是硼酸鋁和碳化硅晶須具有高彈性模量和高強度，能賦予海綿結構型鎳鈷鉬鉻基體優(yōu)異的高溫吸能性能、強度和韌性，故特別適用于高溫吸能材料，具有廣闊的應用前景。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料的制備方法，由下述步驟組成：
S1.海綿結構聚乙烯模型導電化處理；
S2.海綿結構聚乙烯模型表面鎳鈷鉬鉻/硼酸鋁-碳化硅晶須復合電沉積；
S3.海綿結構聚乙烯模型去除處理；
S4.鎳鈷鉬鉻/硼酸鋁-碳化硅晶須復合材料的熱處理。
作為進一步的優(yōu)選實施方案，步驟S1具體包括如下操作：
a1.導電漿料配制：將納米碳纖維、納米碳顆粒、羥乙基甲基纖維素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去離子水中所形成懸濁液，即為導電漿料。
a2.海綿結構聚乙烯模型導電化處理：將海綿結構聚乙烯模型充分浸入到導電漿料中，在海綿結構聚乙烯模型表面充分掛漿后，在30～50℃下干燥10～50分鐘以完成海綿結構聚乙烯模型導電化處理。
作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述導電漿料中各組分的質量百分比分別為：納米碳纖維3～22％，納米碳顆粒2～18％，羥導電乙基纖維素0.8～4％，甲基丙烯酸0.5～12％，N-甲基吡咯烷酮1.5～6％，其余為去離子水。
作為進一步的優(yōu)選實施方案，步驟S2具體包括如下操作：
b1.鎳鈷鉬鉻電沉積液的配制：將濃度為分析純的氨基磺酸鎳、次磷酸鎳、醋酸鎳、溴化鎳、氟化鈷、氯化鈷、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、檸檬酸、十二烷基苯磺酸鈉、納米鉻粉、納米鉬粉、硼酸鋁晶須和碳化硅晶須依次加入到去離子水中，形成電沉積液。
b2.復合電沉積過程：將已導電化處理的海綿結構聚乙烯模型作為陰極、鎳板為陽極，在120～350mA/cm2的電流密度下進行電沉積，電沉積液溫度維持在30～60℃，電沉積時間為0.5～2小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。
作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述電沉積液中各組分濃度分別為氨基磺酸鎳20～100g/L、次磷酸鎳15～120g/L、醋酸鎳10～70g/L、溴化鎳2～15g/L、氟化鈷15～60g/L、氯化鈷10～50g/L、壬基酚聚氧乙烯醚10～50mL/L、磷酸三丁酯5～30mL/L、硫酸1.5～10mL/L、檸檬酸3～10g/L、十二烷基苯磺酸鈉10～40g/L、納米鉻粉20～40g/L、納米鉬粉0.5～10g/L、硼酸鋁晶須40～120g/L、碳化硅晶須30～80g/L。
作為進一步的優(yōu)選實施方案，步驟S3具體為：
將復合電沉積完成后的海綿結構聚乙烯模型裝入電爐中并在0.1～4Mpa的氮氣氛圍保護下加溫至100～360℃，保溫10～30分鐘以使海綿結構聚乙烯模型分解去除。
作為進一步的優(yōu)選實施方案，步驟S4具體為：
待海綿結構聚乙烯模型分解去除完成后，將電爐溫度升高到420～580℃，保溫1.2～5小時以實現(xiàn)鈷原子的擴散；然后將電爐溫度升高到600～1200℃，保溫3～8小時以實現(xiàn)鉬原子及鈷原子的擴散，從而最終獲得硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料。
本發(fā)明的積極效果：本發(fā)明以鎳為基體并添加鉻、鉬、鋁、鈷等不同合金元素，獲得了具有良好高溫強度、抗熱腐蝕等不同優(yōu)良性能的鎳基高溫合金；同時以硼酸鋁和碳化硅晶須作為增強體，因為硼酸鋁和碳化硅晶須具有良好的耐高溫性能以及高彈性模量和高強度，因而能賦予海綿結構型鎳鈷鉬鉻基體優(yōu)異的高溫吸能性能、強度和韌性，即與海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金基體形成硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金復合材料具有良好的耐高溫吸能性能，具有廣闊的應用前景。
附圖說明
圖1是本發(fā)明所述耐高溫吸能材料的制備方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。
參照圖1，本發(fā)明優(yōu)選實施例提供一種的硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料的制備方法，其首先進行海綿結構聚乙烯模型導電化處理，其次進行海綿結構聚乙烯模型表面鎳鈷鉬鉻/硼酸鋁-碳化硅晶須復合電沉積，然后進行海綿結構聚乙烯模型去除處理，最后進行鎳鈷鉬鉻/硼酸鋁-碳化硅晶須復合材料的熱處理，具體地，按下述步驟順序進行：
①導電漿料配制：將納米碳纖維、納米碳顆粒、羥乙基甲基纖維素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去離子水中所形成懸濁液，即為導電漿料，所述導電漿料中各組分的質量百分比分別為：納米碳纖維3～22％，納米碳顆粒2～18％，羥導電乙基纖維素0.8～4％，甲基丙烯酸0.5～12％，N-甲基吡咯烷酮1.5～6％，其余為去離子水。
②海綿結構聚乙烯模型導電化處理：將海綿結構聚乙烯模型充分浸入到導電漿料中，在海綿結構聚乙烯模型表面充分掛漿后，在30～50℃下干燥10～50分鐘以完成海綿結構聚乙烯模型導電化處理。
③將濃度為分析純的氨基磺酸鎳、次磷酸鎳、醋酸鎳、溴化鎳、氟化鈷、氯化鈷、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、檸檬酸、十二烷基苯磺酸鈉、納米鉻粉、納米鉬粉、硼酸鋁晶須和碳化硅晶須依次加入到去離子水中，形成以上各組分濃度分別為20～100g/L、15～120g/L、10～70g/L、2～15g/L、15～60g/L、10～50g/L、10～50mL/L、5～30mL/L、1.5～10mL/L、3～10g/L、10～40g/L、20～40g/L、0.5～10g/L、40～120g/L和30～80g/L的電沉積液。
④復合電沉積過程：將已導電化處理的海綿結構聚乙烯模型作為陰極、鎳板為陽極，在120～350mA/cm2的電流密度下進行電沉積，電沉積液溫度維持在30～60℃，電沉積時間為0.5～2小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。
⑤將復合電沉積完成后的海綿結構聚乙烯模型裝入電爐中并在0.1～4MPa的氮氣氛圍保護下加溫至100～360℃，保溫10～30分鐘以使海綿結構聚乙烯模型分解去除。
⑥待海綿結構聚乙烯模型分解去除完成后，將電爐溫度升高到420～580℃，保溫1.2～5小時以實現(xiàn)鈷原子的擴散；然后將電爐溫度升高到600～1200℃，保溫3～8小時以實現(xiàn)鉬原子及鈷原子的擴散，從而最終獲得硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料。
下面結合具體對比分析情況，給出實施例。
實施例1
本發(fā)明實施例1提供一種海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金吸能材料的制備方法，按下述步驟順序進行：
①導電漿料配制：將納米碳纖維、納米碳顆粒、羥乙基甲基纖維素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去離子水中所形成懸濁液，即為導電漿料，所述導電漿料中各組分的質量百分比分別為：納米碳纖維18％，納米碳顆粒11％，羥導電乙基纖維素3％，甲基丙烯酸4％，N-甲基吡咯烷酮2.5％，其余為去離子水。
②海綿結構聚乙烯模型導電化處理：將海綿結構聚乙烯模型充分浸入到導電漿料中，在海綿結構聚乙烯模型表面充分掛漿后，在30℃下干燥40分鐘以完成海綿結構聚乙烯模型導電化處理。
③將濃度為分析純的氨基磺酸鎳、次磷酸鎳、醋酸鎳、溴化鎳、氟化鈷、氯化鈷、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、檸檬酸、十二烷基苯磺酸鈉、納米鉻粉和納米鉬粉依次加入到去離子水中，形成以上各組分濃度分別為80g/L、90g/L、70g/L、8g/L、30g/L、35g/L、40mL/L、20mL/L、7.5mL/L、9g/L、30g/L、25g/L和6g/L的電沉積液。
④將已導電化處理的海綿結構聚乙烯模型作為陰極、鎳板為陽極，在320mA/cm2的電流密度下進行電沉積，電沉積液溫度維持在40℃，電沉積時間為1.5小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。
⑤將電沉積完成后的海綿結構聚乙烯模型裝入電爐中并在0.2MPa的氮氣氛圍保護下加溫至360℃，保溫30分鐘以使海綿結構聚乙烯模型分解去除。
⑥待海綿結構聚乙烯模型去除處理步驟完成后，將電爐溫度升高到580℃，保溫3.5小時以實現(xiàn)鈷原子的擴散；然后將電爐溫度升高到1100℃，保溫5小時以實現(xiàn)鉬原子及鈷原子的擴散，從而獲得海綿結構型鈷鉬鉻合金(試樣1)。
將制備的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金加熱到900℃，然后進行動態(tài)擺錘沖擊實驗并分析其900℃時的吸能參數(shù)。如表1所示，海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金的比吸能為78.4Nm/g，載荷效率為0.82，載荷平穩(wěn)性一般。
實施例2
本發(fā)明實施例2提供一種硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料制備方法，按下述步驟順序進行：
①導電漿料配制：將納米碳纖維、納米碳顆粒、羥乙基甲基纖維素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去離子水中所形成懸濁液，即為導電漿料，所述導電漿料中各組分的質量百分比分別為：納米碳纖維18％，納米碳顆粒11％，羥導電乙基纖維素3％，甲基丙烯酸4％，N-甲基吡咯烷酮2.5％，其余為去離子水。
②海綿結構聚乙烯模型導電化處理：將海綿結構聚乙烯模型充分浸入到導電漿料中，在海綿結構聚乙烯模型表面充分掛漿后，在30℃下干燥40分鐘以完成海綿結構聚乙烯模型導電化處理。
③將濃度為分析純的氨基磺酸鎳、次磷酸鎳、醋酸鎳、溴化鎳、氟化鈷、氯化鈷、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、檸檬酸、十二烷基苯磺酸鈉、納米鉻粉、納米鉬粉、硼酸鋁晶須和碳化硅晶須依次加入到去離子水中，形成以上各組分濃度分別為80g/L、90g/L、70g/L、8g/L、30g/L、35g/L、40mL/L、20mL/L、7.5mL/L、9g/L、30g/L、25g/L、6g/L、110g/L和70g/L的電沉積液。
④將已導電化處理的海綿結構聚乙烯模型作為陰極、鎳板為陽極，在350mA/cm2的電流密度下進行電沉積，電沉積液溫度維持在45℃，電沉積時間為2小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。
⑤將復合電沉積完成后的海綿結構聚乙烯模型裝入電爐中并在0.2Mpa的氮氣氛圍保護下加溫至360℃，保溫30分鐘以使海綿結構聚乙烯模型分解去除。
⑥待海綿結構聚乙烯模型去除處理步驟完成后，將電爐溫度升高到580℃，保溫3.5小時以實現(xiàn)鈷原子的擴散；然后將電爐溫度升高到1150℃、保溫5.5小時以實現(xiàn)鉬原子及鈷原子的擴散，從而獲得硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料(試樣2)。
將制備的硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻復合材料加熱到1100℃，然后進行動態(tài)擺錘沖擊實驗并分析其1100℃時的吸能參數(shù)。結果如表1所示，硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金復合材料的比吸能為132.6Nm/g，載荷效率為0.91，載荷平穩(wěn)性很好。
顯然，根據(jù)本發(fā)明描述制備的硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金耐高溫吸能材料的鎳鈷鉬鉻基體、硼酸鋁和碳化硅晶須增強體都具有良好的耐高溫性能。由表1可知，1100℃時硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金復合材料的比吸能(試樣2：132.6Nm/g)是900℃時海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金(試樣1：78.4Nm/g)的1.7倍；其載荷效率為0.91，也高于海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金的0.82；此外，硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金復合材料的載荷平衡性很好，這是由于碳化硅晶須的高彈性模量和高強度，能賦予鎳鈷鉬鉻基體優(yōu)異的高溫吸能性能、強度和韌性，因而使硼酸鋁/碳化硅晶須增強的海綿結構型鎳鈷鉬鉻合金具有良好的高溫吸能性能。
表1
以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所應理解的是，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的思想和原則之內所做的任何修改、等同替換等等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。