基于镍基合金极薄带的组装式耐高温多孔材料及制备方法

本发明属于多孔材料设计领域，具体涉及一种由gh4145镍基高温合金极薄带制成的超轻耐高温多孔材料及其制备方法。

背景技术：

1、高温合金材料因其具有优异的高温强度，良好的耐疲劳性、断裂韧性以及良好的抗氧化性和抵抗热腐蚀等性能能够在高温环境中保持组织稳定性和服役可靠性，现已被广泛的应用于航空航天和能源领域的承热部件上。轻量化设计一直是各个工业领域衡量结构设计是否先进的重要指标之一，为了降低能耗、提高结构服役性能，对结构减重需求极为迫切。而不同系列的高温合金密度范围约为7.0g/cm3~9.5g/cm3，相较于铝合金、镁合金和钛合金等轻质合金，镍基合金的密度较大，减重困难。然而轻质合金又普遍不耐高温，无法在高温环境中实现有效承载。使用高温合金金属粉末利用3d打印技术打印多孔材料可以进行有效减重，但3d打印设备的使用成本和高温合金金属粉末的造价高昂，难以大量使用。

2、gh4145镍基高温合金主要是以γ[ni3(al、ti、nb)]相进行时效强化的镍基高温合金，它是由镍、铬、铁、钛、铝等多种元素组成的合金，其中含有较高的镍和铬元素，使得它在高温下仍能保持较好的强度和稳定性。gh4145镍基高温合金极薄带是一种经复杂轧制工艺成形的新型金属极薄带材，厚度最薄可至18微米，其保持了原有块体材料的耐高温、抗辐照等性能优点，且大幅降低了材料的厚度，是一种极具应用前景的耐高温轻质金属材料。利用其制备多孔结构材料，能够很好地解决上述现有高温合金减重困难的技术问题，然而传统金属带材制备多孔结构材料的工艺不适用于高温合金极薄带。例如，对于厚度小于50微米的金属极薄带材，采用激光点焊工艺容易将薄带烧穿，造成材料缺陷；而使用胶结工艺可以粘接成形多孔材料，然而在高温服役环境中，普通耐高温胶水无法承受300℃以上的高温，陶瓷基耐高温胶水可耐800-1000℃的高温，但其冲击韧性差，受加载后胞孔间极易开裂，严重影响材料结构性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种镍基合金极薄带的组装式耐高温多孔材料，该种材料由多层极薄带组装而成，且形成多孔结构，其制备工艺简单，在保证有效承载的前提下，实现该种耐高温材料的轻量化、低成本化制备。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，包括填料块及包带，所述包带包裹在填料块外侧，所述填料块包括组块和固定柱，所述组块为空心结构且由gh4145极薄带围成，在组块相对的侧面上设置有贯穿的固定孔，所述组块横向和纵向堆叠至要求尺寸；还包括固定柱，所述固定柱为空心结构且gh4145极薄带围成，固定柱的尺寸与组块上固定孔的尺寸一致；所述组块上下侧面上的固定孔和左右侧面上的固定孔交错设置，所述固定柱分别自上下方向和左右方向插入到互相堆叠的组块的固定孔中；所述包带自填料块底部伸出，并从侧面处向上弯折在填料块的顶面处固定。

3、优选的，所述固定孔的形状为三角形、矩形、圆形等任意封闭形状，且所述固定柱的横截面形状与固定孔的形状完全一致。

4、优选的，所述包带两端通过穿插方式固定，包带一端开口为固定缝，另一端插入到固定缝中。

5、优选的，所述组块堆叠在一起之后，在相同的位置处设置有固定孔。

6、优选的，所述组块围成的结构为长方体。

7、优选的，所述固定柱的长度与堆叠的多个组块形成的形状的两端之间的距离一致。

8、而该材料的制备方法包括以下步骤：（1）裁切：选用厚度范围18μm-100μm的gh4145极薄带，按照尺寸要求裁切不同尺寸的gh4145极薄带若干块；（2）润滑：将步骤（1）中裁切好的极薄带块表面涂抹润滑油，并叠放在一起，利用刮板将极薄带块刮平整；（3）开孔：使用夹具将叠放在一起的gh4145极薄带固定好，在预定位置开设固定孔，使用线切割设备按照设计尺寸进行开孔加工，其中固定孔的形状是任意形状的封闭图形；（4）打磨：对步骤（3）中固定孔位置周围的gh4145极薄带进行打磨，依次使用800mu、1200mu及1500mu的细砂纸打磨孔周光滑无瑕疵；（5）去油：将gh4145极薄带使用丙酮溶液清洗，去除表面润滑油后晾干；（6）制备组块：将gh4145极薄带裹缠到长方体模棒上，制成空心方形筒后取下备用；（7）制备固定柱：将步骤（1）中根据尺寸裁切好的gh4145极薄带裹缠在固定模棒上，制成空心固定柱空心筒后取下备用，其中该固定模棒的横截面形状与步骤（3）中固定孔的形状一致；（8）组装：将步骤（6）中制备的组块按照需求堆叠成合适的形状，将步骤（7）中制备的固定柱分别在水平方向和竖直方向插入到步骤（3）中开设的固定孔内，完成该耐高温多孔材料的制备；（9）包覆：取一适合尺寸的gh4145极薄带包带，将组装好的填充料放置在包带中央，将包带自填充料的侧边向上弯折，并在填充料顶部进行固定，在固定时，将包带的一侧设置固定缝，将其相对一侧插入到固定缝中，完成该耐高温多孔材料的制备。

9、优选的，在步骤（6）中制备组块时，gh4145极薄带在长方体模棒上的裹缠圈数根据需求确定，在步骤（7）中制备固定柱时，gh4145极薄带在固定模棒上的裹缠圈数根据需求确定。

10、优选的，在步骤（6）中的长方体模棒3mm≤横截面边长≤15mm，而步骤（7）中固定模棒的3mm≤直径≤10mm。

11、优选的，所述固定柱的外径尺寸与组块上固定孔的内径尺寸一致。

12、优选的，包带固定时，在包带的一端位置处设置固定缝，其相对一端的两侧向内弯折，形成三角形结构，将该三角形结构插入到固定缝中。

13、在该发明中，gh4145极薄带具有较好的延展性，因此其可以裹缠在长方体或者是其他立体结构的表面上，根据使用需求确定裹缠的圈数，通过事先的计算，在合适位置开设固定孔，以确保开设好固定孔之后的组块能在相对的两个侧面上形成形状完全一致的固定孔。为降低加工难度，固定孔的形状可以采用圆形等对称形状，则固定柱的截面形状则需要与固定孔的形状一致。

14、本发明的有益效果在于：（1）无需对金属薄带做任何表面处理，大幅降低了材料预处理难度，提升制备效率；（2）该工艺方法适用于任何金属薄带材料，具有较强的普适性；（3）无须胶粘剂即可组装，制备流程简洁高效，适合制备大面积填充材料使用；（4）组装结构形式多样化，其主要承载的空心筒状结构可以是方形、圆形、六边形等多种形状，根据具体使用需求，可无限组装成大型尺寸多孔结构材料，具有极强的可设计性强。

技术特征：

1.一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，其特征在于：包括填料块及包带，所述包带包裹在填料块外侧，

2.根据权利要求1所述的一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，其特征在于：所述组块上固定孔的形状为三角形、矩形、圆形等任意封闭形状。

3.根据权利要求2所述的一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，其特征在于：所述固定柱的横截面形状与固定孔的形状完全一致。

4.根据权利要求1所述的一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，其特征在于：所述包带两端通过穿插方式固定，包带一端开口为固定缝，另一端插入到固定缝中。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，其特征在于：所述组块堆叠在一起之后，在每个组块相同的位置处设置有相同形状的固定孔。

6.根据权利要求5所述的一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，其特征在于：所述固定柱的长度与堆叠的多个组块形成形状的两端之间的距离一致。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种基于镍基合金极薄带的组装式耐高温多孔材料制备方法，其特征在于：在步骤（6）中制备组块时，gh4145极薄带在长方体模棒上的裹缠圈数根据需求确定，在步骤（7）中制备固定柱时，gh4145极薄带在固定模棒上的裹缠圈数根据需求确定。

9.根据权利要求8所述的一种基于镍基合金极薄带的组装式耐高温多孔材料制备方法，其特征在于：在步骤（6）中的长方体模棒3mm≤横截面边长≤15mm，而步骤（7）中固定模棒的3mm≤直径≤10mm。

10.根据权利要求9所述的一种基于镍基合金极薄带的组装式耐高温多孔材料制备方法，其特征在于：包带固定时，在包带的一端位置处设置固定缝，其相对一端的两侧向内弯折，形成三角形结构，将该三角形结构插入到固定缝中。

技术总结本发明属于多孔材料设计领域，具体涉及一种由GH4145镍基高温合金极薄带制成的超轻耐高温多孔材料及其制备方法。一种基于镍基合金极薄带的组合式耐高温多孔材料，包括填料块及包带，所述包带包裹在填料块外侧，组块为空心结构且由GH4145极薄带围成，在组块相对的侧面上设置有贯穿的固定孔，还包括固定柱，固定柱为空心结构且GH4145极薄带围成；所述组块上下侧面上的固定孔和左右侧面上的固定孔交错设置，所述固定柱分别自上下方向和左右方向插入到互相堆叠的组块的固定孔中。该种材料由多层极薄带组装而成，且形成多孔结构，其制备工艺简单，在保证有效承载的前提下，实现该种耐高温材料的轻量化、低成本化制备。技术研发人员：张晓琼,赵婷婷,王建军,王涛受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27