氮化矽晶須增強海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料的製備的製作方法

2023-12-05 13:37:26 1

本發明涉及減振新材料技術領域，特別是一種氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料的製備方法。

背景技術：

工業生產中由生產工具、設備等產生的振動不僅影響產品質量，而且產生噪聲汙染，影響人體健康。鐵基合金(Fe-Al、Fe-Cr、Fe-Cr-Mo等合金)由於減振效果明顯、加工性能良好，故廣泛應用於機械裝置、鐵道設備、船舶機件等領域。然而，作為理想的減振材料，阻尼鐵基合金的減振性能還有待進一步提高；此外，還必須進一步提高其強韌性。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料的製備方法所製備的減振材料是以海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金為基體、氮化矽晶須為增強體的複合材料，該複合材料具有優異的阻尼性能，能顯著提高減振效果。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料的製備方法由以下步驟組成：

S1.海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型的導電化處理；

S2.海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型表面鐵鉻鉬鉿/氮化矽晶須複合材料層的複合電沉積；

S3.海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型的去除處理；

S4.海綿結構型鐵鉻鉬鉿/氮化矽晶須複合電沉積層的鉻鉬鉿原子擴散熱處理。

作為進一步的優選實施方案，所述步驟S1具體為：

將納米石墨粉、納米鐵粉、甲基纖維素、3-甲基苯乙烯酸加入到去離子水中形成漿料懸濁液，即導電漿料；將海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分浸入到導電漿料中進行導電化處理，在海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分掛漿後，在30～60℃溫度下乾燥10～50分鐘。

作為進一步的優選實施方案，所述漿料懸濁液中各組分所佔質量百分比分別為：納米石墨粉10～35％，納米鐵粉2～18％，甲基纖維素1.5～6％，3-甲基苯乙烯酸0.5～12％，其餘為去離子水。

作為進一步的優選實施方案，所述步驟S2具體為：

將濃度為分析純的氯化鐵、硝酸鐵、磷酸二氫鈉、酒石酸鈉、香豆素、納米鉻粉、納米鉬粉、納米鉿粉、磷酸(60％)和氮化矽晶須依次加入到去離子水中，形成電沉積液；將已導電化處理的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型作為陰極，金屬鐵板為陽極，在40～150mA/cm2的電流密度下進行電沉積，電沉積液溫度維持在35～40℃，電沉積時間為1～2.5小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。

作為進一步的優選實施方案，所述電沉積液中各組分濃度分別為：氯化鐵50～600g/L、硝酸鐵20～300g/L、磷酸二氫鈉15～40g/L、酒石酸鈉5～30g/L、香豆素2～10g/L、納米鉻粉70～150g/L、納米鉬粉20～90g/L、納米鉿粉5～15g/L、磷酸40～90mL/L、氮化矽晶須20～80g/L。

作為進一步的優選實施方案，所述步驟S3具體為：

將複合電沉積完成後的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型裝入馬弗爐中加溫至350～700℃，保溫30～60分鐘以使海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型分解去除。

作為進一步的優選實施方案，所述步驟S4具體為：

待所述海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型去除處理步驟完成後，將電爐溫度升高到750～1200℃，保溫2～5小時以實現鉻、鉬和鉿原子的擴散，最終獲得氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿四元合金減振材料。

本發明的積極效果：本發明方法所製備的氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料是以海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金為基體、氮化矽晶須為增強體的複合材料，其海綿結構合金基體在壓縮載荷作用下具有初始彈性階段、中間塑性平臺階段、應力急劇上升緻密階段的三階段應力-應變特徵，可吸收一部分振動衝擊能；稀土元素有益於晶粒細化，有助於提高強韌性；氮化矽晶須具有原子高度有序，一方面其具有高強度及高彈性模量的特性，作為增強體有效提高了複合材料的強韌性，另一方面氮化矽晶須與鐵基合金基體之間的界面能可以增加能量的耗散，有利於提高氮化矽晶須鐵基合金的減振性能。總之經本發明方法所製備的減振材料具有優異的阻尼性能，能顯著提高減振效果。

附圖說明

圖1是本發明所述氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料的製備方法流程圖；

圖2是本發明實施例1和實施例2的損耗因素測試結果圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明。

參照圖1，本發明優選實施例提供一種氮化矽晶須增強海綿結構型鐵鉻鉬鉿四元合金減振材料的製備方法，首先進行海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型掛漿導電化處理，其次進行海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型表面鐵鉻鉬鉿/氮化矽晶須複合電沉積，然後進行海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型去除處理，最後進行海綿結構型鐵鉻鉬鉿/氮化矽晶須複合電沉積層的鉻鉬鉿原子擴散熱處理，具體地，按下列步驟順序進行：

①將納米石墨粉、納米鐵粉、甲基纖維素、3-甲基苯乙烯酸加入到去離子水中形成漿料懸濁液，即導電漿料，所述漿料懸濁液中各組分所佔質量百分比分別為：納米石墨粉10～35％，納米鐵粉2～18％，甲基纖維素1.5～6％，3-甲基苯乙烯酸0.5～12％，其餘為去離子水。

②將海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分浸入到導電漿料中進行導電化處理，在海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分掛漿後，在30～60℃溫度下乾燥10～50分鐘。

③將濃度為分析純的氯化鐵、硝酸鐵、磷酸二氫鈉、酒石酸鈉、香豆素、納米鉻粉、納米鉬粉、納米鉿粉、磷酸(60％)和氮化矽晶須依次加入到去離子水中，形成以上各組分濃度分別為50～600g/L、20～300g/L、15～40g/L、5～30g/L、2～10g/L、70～150g/L、20～90g/L、5～15g/L、40～90mL/L和20～80g/L的電沉積液。

④將已導電化處理的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型作為陰極，金屬鐵板為陽極，在40～150mA/cm2的電流密度下進行電沉積，電沉積液溫度維持在35～40℃，電沉積時間為1～2.5小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。

⑤將複合電沉積完成後的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型裝入馬弗爐中加溫至350～700℃，保溫30～60分鐘以使海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型分解去除。

⑥待海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型去除處理步驟完成後，將電爐溫度升高到750～1200℃、保溫2～5小時以實現鉻、鉬和鉿原子的擴散，從而最終獲得氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料。

面結合具體對比分析情況，給出實施例。

實施例1

本發明實施例1提供一種海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金的製備過程：

①將納米石墨粉、納米鐵粉、甲基纖維素、3-甲基苯乙烯酸加入到去離子水中形成漿料懸濁液，即導電漿料，所述漿料懸濁液中各組分所佔質量百分比分別為：納米石墨粉30％，納米鐵粉17％，甲基纖維素4％，3-甲基苯乙烯酸7％，其餘為去離子水。

②將海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分浸入到導電漿料中進行導電化處理，在海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分掛漿後，在40℃溫度下乾燥50分鐘。

③將濃度為分析純的氯化鐵、硝酸鐵、磷酸二氫鈉、酒石酸鈉、香豆素、納米鉻粉、納米鉬粉、納米鉿粉、磷酸(60％)依次加入到去離子水中，形成以上各組分濃度分別為280g/L、130g/L、35g/L、17g/L、3.5g/L、130g/L、80g/L、12g/L和65mL/L的電沉積液。

④將已導電化處理的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型作為陰極，金屬鐵板為陽極，在110mA/cm2的電流密度下進行電沉積，電沉積液溫度維持在35℃，電沉積時間為2小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。

⑤將複合電沉積完成後的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型裝入馬弗爐中加溫至480℃，保溫45分鐘以使海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型分解去除。

⑥待海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型去除處理步驟完成後，將電爐溫度升高到1080℃、保溫4.5小時以實現鉻、鉬和鉿原子的擴散，從而獲得海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金(試樣1)。

利用損耗因素評價海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振性能，其損耗因素測試結果如圖2所示。

實施例2

本發明實施例2提供一種氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿四元合金減振材料的製備方法，按下述步驟順序進行：

①將納米石墨粉、納米鐵粉、甲基纖維素、3-甲基苯乙烯酸加入到去離子水中形成漿料懸濁液，即導電漿料，所述漿料懸濁液中各組分所佔質量百分比分別為：納米石墨粉30％，納米鐵粉17％，甲基纖維素4％，3-甲基苯乙烯酸7％，其餘為去離子水。

②將海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分浸入到導電漿料中進行導電化處理，在海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型充分掛漿後，在40℃溫度下乾燥50分鐘。

③將濃度為分析純的氯化鐵、硝酸鐵、磷酸二氫鈉、酒石酸鈉、香豆素、納米鉻粉、納米鉬粉、納米鉿粉、磷酸(60％)和氮化矽晶須依次加入到去離子水中，形成以上各組分濃度分別為280g/L、130g/L、35g/L、17g/L、3.5g/L、130g/L、80g/L、12g/L和65mL/L和75g/L的電沉積液。

④將已導電化處理的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型作為陰極，金屬鐵板為陽極，在50mA/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2.5小時，整個電沉積過程以超聲波攪拌。

⑤將複合電沉積完成後的海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型裝入馬弗爐中加溫至500℃，保溫50分鐘以使海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型分解去除。

⑥待海綿結構三聚氰胺甲醛樹脂模型去除處理步驟完成後，將電爐溫度升高到1200℃、保溫5小時以實現鉻、鉬和鉿原子的擴散，從而獲得氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料(試樣2)。

利用損耗因素評價氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料的減振性能，其損耗因素測試結果如圖2所示。

由圖2可知，在頻率為15～1000Hz時，氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料的損耗因素為0.075～0.205，而海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金的損耗因素為0.058～0.110，顯示了振動過程中的能量在氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金減振材料內部的不可逆耗散行為顯著增強，表明了氮化矽晶須增強的海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金複合材料具有優異的阻尼性能，這是由於氮化矽晶須與鐵鉻鉬鉿合金基體之間的界面能可以增加能量的耗散、顯著提高海綿結構型鐵鉻鉬鉿合金基體的減振效果的緣故。

以上所述的僅為本發明的優選實施例，所應理解的是，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的思想和原則之內所做的任何修改、等同替換等等，均應包含在本發明的保護範圍之內。