一种制备含耐高温聚合物高阻尼镁基复合材料的新工艺的制作方法

文档序号:9780992阅读:451来源:国知局
一种制备含耐高温聚合物高阻尼镁基复合材料的新工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料技术领域,具体是一种制备含耐高温聚合物高阻尼镁基复合材料的新工艺。
【背景技术】
[0002]随着工业和交通业的不断发展,疲劳、振动和噪声已成为影响设备安全运行的主要原因。由疲劳、噪声和振动产生的危害可以通过采用高阻尼材料来降低。阻尼又称内耗,是指材料在受到振动激励下,由于内部结构的特性导致机械振动能消耗的现象。阻尼性能通常又称为减振性能,常用内耗值Q—1来表征。目前已知的高阻尼材料可分为两类:有机材料和金属材料。
[0003]在所有可应用于结构材料的金属材料中镁的密度最低,仅为1.78g/cm3,阻尼性能最好,当应变振幅为10—4时,阻尼值达到0.11。为了充分利用镁的高阻尼、低密度的特性,可以尝试在镁基体中添加一种或多种增强体来获得高阻尼、低密度的理想功能结构材料。
[0004]由于镁基复合材料在制备过程中都需要在较高的温度下进行,所以避免增强体在高温下发生变化是一个必须要考虑的因素,采用耐高温的聚合物作为增强材料诸如聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚砜(PES)等,它们都可在200°C以上可以长期使用,已广泛应用在电子电器、汽车工业、军工产品和航空航天等行业领域。把它们作为镁基复合材料的增强体具有以下优点:密度小(I.20-1.50g/cm3)、耐高温及较优的韧性等,而且在一定温度下此类聚合物还具有软化流动性的特点,使其易于形成三维连续结构的增强体结构。
[0005]在制备镁基复合材料时,为了改善镁与高聚物增强体之间的润湿性,可通过表面处理在耐高温聚合物表面生成一层与镁有很好润湿性的涂层,在众多的涂层种类中,金属镍涂层既可以改善润湿性又因为金属镍的引入还可以改善镁的阻尼性能,20世纪70年代,日本学者Sugimoto发现在纯镁中加入少量金属镍后,合金的阻尼高于纯镁。实验结果表明,Ni的加入能够大幅度提高镁的力学性能,并且加入0.1%?0.2%的Ni能有效提高镁的阻尼性會K。
[0006]本发明充分结合了增强体低密度特性、耐高温特性、可提高阻尼性能的表面涂层材料三个因素,采用本发明所使用的耐高温聚合物作为增强体材料来制备高阻尼性能镁基复合材料目前还尚未见到报道。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于提供一种制备含耐高温聚合物高阻尼镁基复合材料的新工艺,以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0008]为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种制备含耐高温聚合物高阻尼镁基复合材料的新工艺,包括以下步骤:
(I)以纯镁、AZ91D或AZ31的金属粉末作为基体金属,以粉末状耐高温聚合物聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚砜(PES)作为增强体材料;
(2)采用化学镀的工艺在增强体表面制备金属镍涂层,通过采用碱性条件下控制不同的沉积时间来得到不同厚度的涂层;
(3)采用在有机溶剂中搅拌混合一真空抽滤一真空烘干的工艺来将基体金属粉末和具有金属镍涂层的增强体粉末进行混粉;
(4)将基体金属粉末和具有金属镍涂层的增强体粉末混合好后放入不锈钢模具中冷压成型,然后将压制坯块放入烧结模具中在管式气氛炉中氩气气氛下烧结;
(5)将烧结后的耐高温聚合物增强镁基复合材料进行热挤压成形,得到高阻尼镁基复合材料棒材。
[0009]作为本发明进一步的方案:所述基体金属纯镁、AZ91D或AZ31的金属粉末的粉末粒度在60—100目,体积分数为60%-90%。
[0010]作为本发明进一步的方案:所述增强体材料聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚砜(PES)的粉末粒度分布在100-200目,体积分数为10%_40%。
[0011]作为本发明进一步的方案:所述步骤(2)中化学镀工艺采用硫酸镍为镍源,次亚磷酸钠为还原剂,柠檬酸钠作为络合剂,氯化铵作为添加剂,在高温碱性条件下在碳纤维表面形成化学镀镍层,获得化学镀镍层厚度从0.2微米到几十微米。
[0012]作为本发明进一步的方案:所述步骤(3)中的有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮。
[0013]作为本发明进一步的方案:所述步骤(4)冷压成型过程中采用硬脂酸锌作为润滑剂,双向压制压力大于500MPa,保压时间1-5分钟,然后脱模得到压制坯。
[0014]作为本发明进一步的方案:所述步骤(4)烧结过程中的烧结温度为500-600摄氏度,烧结1-3小时,采用氩气保护,随炉冷却至室温即得到镁基复合材料烧结坯。
[0015]作为本发明进一步的方案:所述步骤(5)中将烧结坯放入热挤压模具中进行热挤压成形,挤压比为8-12:1,挤压温度为300-450摄氏度,保温时间10-30分钟。
[0016]与现有技术相比,本发明采用粉末冶金的方法来制备镁基复合材料,其中以纯镁、AZ91D、AZ31等金属粉末作为基体金属;以粉末状耐高温聚合物诸如聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚砜(PES)等作为增强体材料;采用化学镀的工艺在增强体材料表面制备金属镍涂层;所制备的镁基复合材料具有比传统的阻尼合金材料更低的密度,比基体更优良的阻尼性能,其阻尼性能可达到0.015的高阻尼范围。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0018]—种制备含耐高温聚合物高阻尼镁基复合材料的新工艺,包括以下步骤:
(1)以纯镁、AZ91D或AZ31的金属粉末作为基体金属,以粉末状耐高温聚合物聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚砜(PES)作为增强体材料;所述基体金属纯镁、AZ91D或AZ31的金属粉末的粉末粒度在60—100目,体积分数为60%-90%;所述增强体材料聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚砜(PES)的粉末粒度分布在100-200目,体积分数为10%-40%;
(2)采用化学镀的工艺在增强体表面制备金属镍涂层,通过采用碱性条件下控制不同的沉积时间来得到不同厚度的涂层;化学镀工艺采用硫酸镍为镍源,次亚磷酸钠为还原剂,柠檬酸钠作为络合剂,氯化铵作为添加剂,在高温
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