[发明专利]一种基于P曲面空间结构的泡沫镍的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于P曲面空间结构的泡沫镍的制备方法。属于高温结构材料制备领域。所述制备方法主要包括利用PLA材料3D打印出具有P曲面空间结构，涂挂浆料的制备、浇注等几个步骤。本方法制备的泡沫镍材料可以通过控制P曲面空间结构的参数，直接控制所需制备的泡沫镍材料的孔隙率及结构，以期达到合适的力学性能。这种具有P曲面空间结构的泡沫镍材料，不仅具备普通泡沫金属所特有的高孔隙率、比重小、比表面积大、比强度高、阻尼减震性能好、隔热和隔声性能优良的特点，还具有可调孔隙率以达到要求特定性能的特点，使制备的泡沫镍更适合多变的工业生产需求。

技术领域

本发明涉及一种泡沫镍的制备方法。具体的涉及一种基于P曲面空间结构的泡沫镍的制备方法，属于高温结构材料领域。

背景技术

泡沫镍是一种镍金属基体中分布着大量连通孔洞的新型轻质高温结构功能材料。泡沫镍不仅具备泡沫材料所特有的高孔隙率、比重小和比表面积大等特点，而且兼具金属相韧性好且具备抗腐蚀的特点。这种特殊的孔洞结构使得泡沫金属具有比强度高、阻尼减震性能好、隔热和隔声性优良，而且具有优异的热物理性能，良好的声学及电磁学性能等特点，所以具备十分广阔的应用前景。近年来，泡沫金属应用广泛。但目前泡沫金属的生产方法大多数为发泡法，使用发泡剂发泡不能提供具有一定力学性能的泡沫金属。本发明“一种基于P曲面空间结构的泡沫镍及其制备方法”所制备的泡沫镍分布着大量连通或的孔结构，孔隙率可调，且可以通过曲面参数控制泡沫镍在各个方向上的力学性能。

发明内容

本发明提供一种基于P曲面空间结构的泡沫镍的制备方法，这种三维周期极小曲面结构除力学性能好的优点，在防撞击性能上较其他结构具备明显优势外，还具备光滑连续、连通性良好、三维贯通的孔隙结构。通过该方法可以对孔结构、孔隙率进行任意控制和调整，可以保证孔结构的均匀一致，便于获取特定工况下的最佳孔隙度。其中，该制备方法包含以下几个步骤：

步骤一、利用3D打印的方法将PLA材料制备成具有一定厚度的P曲面空间结构；

步骤二、将耐火材料和粘结剂按一定比例混合而成制备涂挂浆料，其具体成分为：Al₂O₃，CaO和SiO₂，粘结剂的主要成分为水玻璃和硅溶液。其中耐火材料，水玻璃，硅溶胶的质量比为80-90：5-20：3-8，加水搅拌调节波美度，使波美度在35~45范围。

步骤三、利用步骤一获得的P曲面空间结构和步骤二获得的涂挂浆料制备型壳，即先将P曲面空间结构浸涂一层浆料后撒一层砂料，在第一层浆料层和撒砂层干燥完成后重复浸涂、撒砂多次以获得具有分层结构的型壳。待浆料硬化后，放入190-250℃烘干箱中干燥1.5-2.5h，使PLA熔化，清除熔融的PLA材料，然后将其置于焙烧炉中焙烧，先以100℃/h的温度速率，加热到450-500℃焙烧2-3h，然后以200℃/h的速率加热到900-1000℃焙烧3-4h，即可得到具有P曲面空间结构的型壳；

步骤四、将镍合金在真空下加热到（1550-1650）±10℃进行熔化；

步骤五、再将步骤三所获得的具有P曲面空间结构的型壳放在模具中，将型壳预热到800-900℃，再将步骤四获得的镍合金液体直接浇注到型壳中，在此要保证镍合金液的浇注温度在（1500-1600）±10℃，同时对其施加0.03-0.05MPa的压力；

步骤六、采用高频震动退壳后再使用空气压缩的方式进行清壳，最后使用酸洗和喷砂的工序去除镍表面的残渣即可制备具有P曲面空间结构的泡沫镍；