本发明涉及耐高温吸能材料技术领域，特别是一种硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能复合材料的制备方法。
背景技术：
海绵结构金属在压缩载荷作用下具有初始弹性阶段、中间塑性平台阶段、应力急剧上升致密阶段的三阶段应力-应变特征，是冲击吸能的理想材料，因而作为常温吸能材料得到了广泛应用。然而作为高温吸能材料，海绵结构金属却难以达到冲击吸能的要求，这是因为一般单质金属机械性能有限，且在高温条件下大多数金属将被氧化从而性能显著降低。当前，亟待发展适于火箭、火炮、飞机和航母等火焰燃烧反冲及爆炸的高温吸能材料。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料的制备方法，所制备的耐高温吸能复合材料是以镍钴钼铬合金为基体、硼酸铝和碳化硅晶须为增强体的复合材料。由于镍钴钼铬基体、硼酸铝和碳化硅晶须增强体都具有良好的耐高温性能，特别是硼酸铝和碳化硅晶须具有高弹性模量和高强度，能赋予海绵结构型镍钴钼铬基体优异的高温吸能性能、强度和韧性，故特别适用于高温吸能材料，具有广阔的应用前景。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料的制备方法，由下述步骤组成：
S1.海绵结构聚乙烯模型导电化处理；
S2.海绵结构聚乙烯模型表面镍钴钼铬/硼酸铝-碳化硅晶须复合电沉积；
S3.海绵结构聚乙烯模型去除处理；
S4.镍钴钼铬/硼酸铝-碳化硅晶须复合材料的热处理。
作为进一步的优选实施方案，步骤S1具体包括如下操作：
a1.导电浆料配制：将纳米碳纤维、纳米碳颗粒、羟乙基甲基纤维素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去离子水中所形成悬浊液，即为导电浆料。
a2.海绵结构聚乙烯模型导电化处理：将海绵结构聚乙烯模型充分浸入到导电浆料中，在海绵结构聚乙烯模型表面充分挂浆后，在30～50℃下干燥10～50分钟以完成海绵结构聚乙烯模型导电化处理。
作为进一步的优选实施方案，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳纤维3～22％，纳米碳颗粒2～18％，羟导电乙基纤维素0.8～4％，甲基丙烯酸0.5～12％，N-甲基吡咯烷酮1.5～6％，其余为去离子水。
作为进一步的优选实施方案，步骤S2具体包括如下操作：
b1.镍钴钼铬电沉积液的配制：将浓度为分析纯的氨基磺酸镍、次磷酸镍、醋酸镍、溴化镍、氟化钴、氯化钴、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠、纳米铬粉、纳米钼粉、硼酸铝晶须和碳化硅晶须依次加入到去离子水中，形成电沉积液。
b2.复合电沉积过程：将已导电化处理的海绵结构聚乙烯模型作为阴极、镍板为阳极，在120～350mA/cm2的电流密度下进行电沉积，电沉积液温度维持在30～60℃，电沉积时间为0.5～2小时，整个电沉积过程以超声波搅拌。
作为进一步的优选实施方案，所述电沉积液中各组分浓度分别为氨基磺酸镍20～100g/L、次磷酸镍15～120g/L、醋酸镍10～70g/L、溴化镍2～15g/L、氟化钴15～60g/L、氯化钴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、柠檬酸3～10g/L、十二烷基苯磺酸钠10～40g/L、纳米铬粉20～40g/L、纳米钼粉0.5～10g/L、硼酸铝晶须40～120g/L、碳化硅晶须30～80g/L。
作为进一步的优选实施方案，步骤S3具体为：
将复合电沉积完成后的海绵结构聚乙烯模型装入电炉中并在0.1～4Mpa的氮气氛围保护下加温至100～360℃，保温10～30分钟以使海绵结构聚乙烯模型分解去除。
作为进一步的优选实施方案，步骤S4具体为：
待海绵结构聚乙烯模型分解去除完成后，将电炉温度升高到420～580℃，保温1.2～5小时以实现钴原子的扩散；然后将电炉温度升高到600～1200℃，保温3～8小时以实现钼原子及钴原子的扩散，从而最终获得硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料。
本发明的积极效果：本发明以镍为基体并添加铬、钼、铝、钴等不同合金元素，获得了具有良好高温强度、抗热腐蚀等不同优良性能的镍基高温合金；同时以硼酸铝和碳化硅晶须作为增强体，因为硼酸铝和碳化硅晶须具有良好的耐高温性能以及高弹性模量和高强度，因而能赋予海绵结构型镍钴钼铬基体优异的高温吸能性能、强度和韧性，即与海绵结构型镍钴钼铬合金基体形成硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金复合材料具有良好的耐高温吸能性能，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述耐高温吸能材料的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
参照图1，本发明优选实施例提供一种的硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料的制备方法，其首先进行海绵结构聚乙烯模型导电化处理，其次进行海绵结构聚乙烯模型表面镍钴钼铬/硼酸铝-碳化硅晶须复合电沉积，然后进行海绵结构聚乙烯模型去除处理，最后进行镍钴钼铬/硼酸铝-碳化硅晶须复合材料的热处理，具体地，按下述步骤顺序进行：
①导电浆料配制：将纳米碳纤维、纳米碳颗粒、羟乙基甲基纤维素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去离子水中所形成悬浊液，即为导电浆料，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳纤维3～22％，纳米碳颗粒2～18％，羟导电乙基纤维素0.8～4％，甲基丙烯酸0.5～12％，N-甲基吡咯烷酮1.5～6％，其余为去离子水。
②海绵结构聚乙烯模型导电化处理：将海绵结构聚乙烯模型充分浸入到导电浆料中，在海绵结构聚乙烯模型表面充分挂浆后，在30～50℃下干燥10～50分钟以完成海绵结构聚乙烯模型导电化处理。
③将浓度为分析纯的氨基磺酸镍、次磷酸镍、醋酸镍、溴化镍、氟化钴、氯化钴、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠、纳米铬粉、纳米钼粉、硼酸铝晶须和碳化硅晶须依次加入到去离子水中，形成以上各组分浓度分别为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的电沉积液。
④复合电沉积过程：将已导电化处理的海绵结构聚乙烯模型作为阴极、镍板为阳极，在120～350mA/cm2的电流密度下进行电沉积，电沉积液温度维持在30～60℃，电沉积时间为0.5～2小时，整个电沉积过程以超声波搅拌。
⑤将复合电沉积完成后的海绵结构聚乙烯模型装入电炉中并在0.1～4MPa的氮气氛围保护下加温至100～360℃，保温10～30分钟以使海绵结构聚乙烯模型分解去除。
⑥待海绵结构聚乙烯模型分解去除完成后，将电炉温度升高到420～580℃，保温1.2～5小时以实现钴原子的扩散；然后将电炉温度升高到600～1200℃，保温3～8小时以实现钼原子及钴原子的扩散，从而最终获得硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料。
下面结合具体对比分析情况，给出实施例。
实施例1
本发明实施例1提供一种海绵结构型镍钴钼铬合金吸能材料的制备方法，按下述步骤顺序进行：
①导电浆料配制：将纳米碳纤维、纳米碳颗粒、羟乙基甲基纤维素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去离子水中所形成悬浊液，即为导电浆料，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳纤维18％，纳米碳颗粒11％，羟导电乙基纤维素3％，甲基丙烯酸4％，N-甲基吡咯烷酮2.5％，其余为去离子水。
②海绵结构聚乙烯模型导电化处理：将海绵结构聚乙烯模型充分浸入到导电浆料中，在海绵结构聚乙烯模型表面充分挂浆后，在30℃下干燥40分钟以完成海绵结构聚乙烯模型导电化处理。
③将浓度为分析纯的氨基磺酸镍、次磷酸镍、醋酸镍、溴化镍、氟化钴、氯化钴、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠、纳米铬粉和纳米钼粉依次加入到去离子水中，形成以上各组分浓度分别为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的电沉积液。
④将已导电化处理的海绵结构聚乙烯模型作为阴极、镍板为阳极，在320mA/cm2的电流密度下进行电沉积，电沉积液温度维持在40℃，电沉积时间为1.5小时，整个电沉积过程以超声波搅拌。
⑤将电沉积完成后的海绵结构聚乙烯模型装入电炉中并在0.2MPa的氮气氛围保护下加温至360℃，保温30分钟以使海绵结构聚乙烯模型分解去除。
⑥待海绵结构聚乙烯模型去除处理步骤完成后，将电炉温度升高到580℃，保温3.5小时以实现钴原子的扩散；然后将电炉温度升高到1100℃，保温5小时以实现钼原子及钴原子的扩散，从而获得海绵结构型钴钼铬合金(试样1)。
将制备的海绵结构型镍钴钼铬合金加热到900℃，然后进行动态摆锤冲击实验并分析其900℃时的吸能参数。如表1所示，海绵结构型镍钴钼铬合金的比吸能为78.4Nm/g，载荷效率为0.82，载荷平稳性一般。
实施例2
本发明实施例2提供一种硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料制备方法，按下述步骤顺序进行：
①导电浆料配制：将纳米碳纤维、纳米碳颗粒、羟乙基甲基纤维素、甲基丙烯酸、N-甲基吡咯烷酮加入到去离子水中所形成悬浊液，即为导电浆料，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳纤维18％，纳米碳颗粒11％，羟导电乙基纤维素3％，甲基丙烯酸4％，N-甲基吡咯烷酮2.5％，其余为去离子水。
②海绵结构聚乙烯模型导电化处理：将海绵结构聚乙烯模型充分浸入到导电浆料中，在海绵结构聚乙烯模型表面充分挂浆后，在30℃下干燥40分钟以完成海绵结构聚乙烯模型导电化处理。
③将浓度为分析纯的氨基磺酸镍、次磷酸镍、醋酸镍、溴化镍、氟化钴、氯化钴、壬基酚聚氧乙烯醚、磷酸三丁酯、硫酸、柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠、纳米铬粉、纳米钼粉、硼酸铝晶须和碳化硅晶须依次加入到去离子水中，形成以上各组分浓度分别为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的电沉积液。
④将已导电化处理的海绵结构聚乙烯模型作为阴极、镍板为阳极，在350mA/cm2的电流密度下进行电沉积，电沉积液温度维持在45℃，电沉积时间为2小时，整个电沉积过程以超声波搅拌。
⑤将复合电沉积完成后的海绵结构聚乙烯模型装入电炉中并在0.2Mpa的氮气氛围保护下加温至360℃，保温30分钟以使海绵结构聚乙烯模型分解去除。
⑥待海绵结构聚乙烯模型去除处理步骤完成后，将电炉温度升高到580℃，保温3.5小时以实现钴原子的扩散；然后将电炉温度升高到1150℃、保温5.5小时以实现钼原子及钴原子的扩散，从而获得硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料(试样2)。
将制备的硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬复合材料加热到1100℃，然后进行动态摆锤冲击实验并分析其1100℃时的吸能参数。结果如表1所示，硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金复合材料的比吸能为132.6Nm/g，载荷效率为0.91，载荷平稳性很好。
显然，根据本发明描述制备的硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金耐高温吸能材料的镍钴钼铬基体、硼酸铝和碳化硅晶须增强体都具有良好的耐高温性能。由表1可知，1100℃时硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金复合材料的比吸能(试样2：132.6Nm/g)是900℃时海绵结构型镍钴钼铬合金(试样1：78.4Nm/g)的1.7倍；其载荷效率为0.91，也高于海绵结构型镍钴钼铬合金的0.82；此外，硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金复合材料的载荷平衡性很好，这是由于碳化硅晶须的高弹性模量和高强度，能赋予镍钴钼铬基体优异的高温吸能性能、强度和韧性，因而使硼酸铝/碳化硅晶须增强的海绵结构型镍钴钼铬合金具有良好的高温吸能性能。
表1
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。