[发明专利]用于腐蚀介质冲蚀工况下的聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及腐蚀介质冲蚀工况下的双连续复合材料及其制备技术领域，具体为一种用于腐蚀介质冲蚀工况下的聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料及其制备方法。

背景技术

冲蚀磨损是指一定粒度的松散小颗粒在高速流动的载体中以一定的速度与角度对材料表面进行冲击并造成材料损耗的现象，这种磨损现象由于影响广泛、破坏严重一直受到国内外学者的关注。然而，在大部分冲蚀情况中，腐蚀性介质(腐蚀性载体或腐蚀性颗粒)的参与更进一步地加剧了材料的破坏、降低了材料的寿命。在湿法冶金过程中，腐蚀性液体与矿渣混合组成一定比例的液固混合矿浆，其在高温釜中反应或在管道中高速(0.5～5m/s)运输时，会致使各种管、阀、泵、罐、搅拌装置等都处于腐蚀介质的冲蚀工况下，特别是液-固两相流冲蚀的复杂工况中，使承受部件过早出现缺陷，降低整体设备的工作效率和使用寿命。舰载机的寿命大大降低是因为在发动机工作过程中，吸入了含盐雾的气体，高速气体夹杂腐蚀性液滴损伤叶片等关键部件，使其过早失效。目前为止，针对耐腐蚀介质冲蚀工况所需的材料一直是人们研究的热点，但尚没有一种材料能够很好的解决腐蚀介质冲蚀问题。

现有的复合材料主要使用微小的纤维和颗粒对基体材料进行增强，该类材料主要采用注塑成型方法制备，然而这种方法动模温度较低，只能对混合后直接成型的材料进行制备。而对于泡沫镍基合金为增强相的复合材料，由于在注塑成型过程中，泡沫材料孔隙率大、强度低，在较大压力下极易压溃变形，而无法制备各相均匀的复合材料。Y.Liu等人[Preparation and its cavitation performance of nickel foam/epoxy/SiC co-continuous composites]采用真空下浸渍的方法制备了填充致密的环氧树脂/泡沫镍双连续复合材料，但环氧树脂在固化过程中粘度较低，可以顺利在真空环境下自行浸入泡沫镍中。相比于环氧树脂，聚醚醚酮材料比强度高，耐磨性能好，但对于熔融状态下粘度较高的聚醚醚酮，采用真空浸渍方法难以填充。因此聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料不能用常规的方法制备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于腐蚀介质冲蚀工况下的聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料及其制备方法，通过该方法制备的聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料在腐蚀介质冲蚀实验中表现出良好的耐冲蚀性能，为解决过流部件的腐蚀介质冲蚀问题提供了一种新途径。

本发明的技术方案是：

一种用于腐蚀介质冲蚀工况下的聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料，所述双连续复合材料是由聚醚醚酮基体和泡沫镍基合金增强体组成的复合材料，所述聚醚醚酮填充于泡沫镍基合金骨架中形成双连续结构；所述聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料中的基体聚醚醚酮所占体积百分含量为64～99％。

所述双连续复合材料中，基体和增强体在三维方向上均连续，两相材料分布均匀、具有三维空间拓扑结构、界面结合力强。

所述泡沫镍基合金板首先由聚氨酯泡沫经过导电化处理、电镀和还原烧结制成泡沫镍板，再使用粉末包埋法对泡沫镍板渗铬或渗铝制成泡沫镍基合金板；最后采用数控线切割机床将泡沫镍板加工成所需形状的泡沫镍基合金。根据所需聚醚醚酮/泡沫镍双连续复合材料的结构及技术指标选取合适的泡沫镍板，泡沫镍板的孔隙率为64～99％，孔径尺寸0.18～0.87mm，孔密度为50～130PPI。

本发明用于腐蚀介质冲蚀工况下的双连续复合材料的制备方法为：首先将泡沫镍板制备成所需形状的泡沫镍基合金板后，然后采用模压成型法将熔融状态的聚醚醚酮材料压入泡沫镍基合金中形成复合结构，模压完成后对该复合结构进行退火热处理，最终获得结构完整、充填紧密的聚醚醚酮/泡沫镍基合金双连续复合材料。

所述模压成型法在模压模具中进行，成型过程中，升温速度10℃/min，模温370～380℃，保温时间10min，加压速度0.4MPa/min，合模压力4MPa，保压时间15min。

所述退火热处理是将模压成型后降温中的复合材料放入烘箱中进行；其中：退火温度210℃，保温时间40min，随炉缓慢冷却。

模压成型法制备双连续复合材料前，先依次使用酒精和石油醚对泡沫镍基合金分别进行时长为10min的超声波清洗，去除原料中的油渍及溶于水的杂质；再对聚醚醚酮粉末和泡沫镍进行150℃、3h干燥处理，去除粉末材料中所含的水分；模压成型前将聚醚醚酮粉末置于模具内同时施加不低于35MPa的压力来排除模具中的空气。