CN115522145B - 多孔结构的强化工艺及其制品 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种多孔结构及其强化工艺，所述工艺包括以下步骤：获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，然后将其放置于丙酮溶液中进行清洗，其中所述多孔结构的材质为高温合金或不锈钢；将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件；将所述装配件放置于真空扩散炉中，加热温度至1030℃‑1100℃，保温10min‑60min后，得到制品。本申请还提出了一种制品。上述工艺可提升了多孔结构的完整性；当温度降至室温时，细小弥散的硼化物从的晶界或晶内析出，形成沉淀强化效应，从而增加多孔结构材料的强度，最终在增重较少的前提下，从结构和材料两个层面提高了多孔结构的力学性能。

Description

多孔结构的强化工艺及其制品
技术领域
本申请涉及多孔结构技术领域，具体涉及一种多孔结构的强化工艺及其制品。
背景技术
多孔结构具有较高的比强度、比刚度和良好的冲击性能，以及吸音、吸能、散热和电磁屏蔽等特殊性能，已广泛应用航空航天领域。在航空航天领域中，由于对多孔结构的耐高温性能具有一定要求，因此常采用高温合金和不锈钢材料制备多孔结构，并且该领域对多孔结构的尺寸精度要求较高，例如，高密度蜂窝多孔结构的成型工艺为先将薄板通过轧辊轧成半六边形瓦楞板，然后通过点焊的方式将半六边形瓦楞板组合成为多孔结构，由于双壁厚处的焊点强度较低，多孔结构整体的力学性能大幅下降，材料力学性不能充分发挥。
发明内容
为此，本申请提供一种多孔结构及其强化工艺，以解决上述问题。
本申请提出了一种多孔结构的强化工艺，包括以下步骤：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，然后将其放置于丙酮溶液中进行清洗，其中所述多孔结构的材质为高温合金或不锈钢；
将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件；
将所述装配件放置于真空扩散炉中，加热温度至1030℃-1100℃，保温10min-60min后，得到制品。
在一实施例中，所述含硼镍基箔带由原子分数为6％-8％的Cr,4％-5％的Si,2.5％-3.5％的Fe，2.75％-3.5％的B，80％-84.75％的Ni组成。
在一实施例中，所述含硼镍基箔带由原子分数为13％-15％的Cr,4％-5％的Si,4％-5％的Fe，2.75％-3.5％的B，0.6％-0.9％的C，70.6％-75.65％的Ni组成。
在一实施例中，所述含硼镍基箔带由原子分数为2.75％-3.5％的Si,4％-5％的B，91.5％-93.25％的Ni组成。
在一实施例中，所述含硼镍基箔带的厚度为20μm-800μm。
在一实施例中，所述多孔结构可为蜂窝多孔结构、泡沫多孔结构、矩形多孔结构、三角形多孔结构、菱形多孔结构中的其中一者。
在一实施例中，所述陶瓷基板的材质为氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硅中的一者。
在一实施例中，在所述真空扩散炉中，真空度小于3.0×10-3Pa，加热温度以20℃/min的速度至1030℃-1100℃
本申请还提出了一种制品，采用上述任意一项所述的工艺制备。
上述工艺能够从材料和结构两个层面提高多孔结构的力学性能，由于含硼镍基箔带熔化后具有良好的流动性，以及较好的高温性能，且含有硼元素，在真空扩散炉中钎焊连接多孔结构的过程中，硼元素会沿着多孔结构孔璧表面铺展，在毛细作用下填充多孔结构双壁间隙，提升了多孔结构的完整性；当温度降至室温时，细小弥散的硼化物从的晶界或晶内析出，形成沉淀强化效应，从而增加多孔结构材料的强度，抵消了高温钎焊过程中母材晶粒长大导致的材料强度降低影响，最终在增重较少的前提下，从结构和材料两个层面提高了多孔结构的力学性能。
附图说明
图1为本申请提出制品的立体结构示意图。
图2为本申请提出的一种多孔结构的强化工艺流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参见图1，本申请实施例提出了一种制品100，包括多孔结构10、两含硼镍基箔带20及陶瓷基板30。
其中，多孔结构10、两含硼镍基箔带20及陶瓷基板30按照一所述含硼镍基箔带20、所述多孔结构10、一含硼镍基箔带20及陶瓷基板30的顺序层叠设置。
其中，所述多孔结构10可为蜂窝多孔结构、泡沫多孔结构、矩形多孔结构、三角形多孔结构、菱形多孔结构中的其中一者。
其中，所述陶瓷基板30的材质为氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硅中的一者。
请参见图2，本申请的实施例还提出了一种多孔结构的强化工艺，包括以下步骤：
S1，获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，然后将其放置于丙酮溶液中进行清洗，其中所述多孔结构的材质为高温合金或不锈钢。
其中，所述多孔结构可为蜂窝多孔结构、泡沫多孔结构、矩形多孔结构、三角形多孔结构、菱形多孔结构中的其中一者。
其中，含硼镍基箔带的厚度为20μm-800μm，如此，可在钎焊后增强多孔结构的强度；当厚度低于20μm时，箔带量少，浸润多孔结构的量也少，强化效果有限；当厚度高于800μm时，箔带量过多，容易导致薄壁多孔结构产生溶蚀缺陷。
在一实施例中，所述含硼镍基箔带由原子分数为6％-8％的Cr,4％-5％的Si,2.5％-3.5％的Fe，2.75％-3.5％的B，80％-84.75％的Ni组成。采用此组成的含硼镍基箔带，可使得制品具有一定的高温抗氧化性和高温强度以及较高的成型精度。
在一实施例中，所述含硼镍基箔带由原子分数为13％-15％的Cr,4％-5％的Si,4％-5％的Fe，2.75％-3.5％的B，0.6％-0.9％的C，70.6％-75.65％的Ni组成。采用此组成的含硼镍基箔带，可使得制品表面浸润高Cr含量涂层具有更好的耐腐蚀，在高温氧化气氛下形成致密的氧化膜，提升制品的抗高温氧化特性，并且Cr在Ni中能够起固溶强化作用，提高了制品的强度。
在一实施例中，所述含硼镍基箔带由原子分数为2.75％-3.5％的Si,4％-5％的B，91.5％-93.25％的Ni组成。采用此组成的含硼镍基箔带，可在相对较低的温度下实现制品的制备，降低高温对制品组织性能的不利影响，由于B含量较高显著提升了制品的高温强度，并使得制品表面具有更均匀的涂层。
其中，所述陶瓷基板的材质为氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硅中的一者。其中，由于含硼镍基箔带在陶瓷基板上的润湿性差，可以使得含硼镍基箔带熔化后通过毛细作用向多孔结构中浸润，箔带浸润多孔结构的量增加，从而提升了多孔结构的强度。
S2，将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
S3，将所述装配件放置于真空扩散炉中，加热温度至1030℃-1100℃，保温10min-60min后，得到制品。
其中，在所述真空扩散炉中，真空度小于3.0×10-3Pa，加热温度以20℃/min的速度至1030℃-1100℃，保温后以20℃/min的降温速度降至500℃，随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
上述工艺能够从材料和结构两个层面提高多孔结构的力学性能，由于含硼镍基箔带熔化后具有良好的流动性，以及较好的高温性能，且含有硼元素，在真空扩散炉中钎焊连接多孔结构的过程中，硼元素会沿着多孔结构孔璧表面铺展，在毛细作用下填充多孔结构双壁间隙，提升了多孔结构的完整性；当温度降至室温时，细小弥散的硼化物从的晶界或晶内析出，形成沉淀强化效应，从而增加多孔结构材料的强度，抵消了高温钎焊过程中母材晶粒长大导致的材料强度降低影响，最终在增重较少的前提下，从结构和材料两个层面提高了多孔结构的力学性能。
本申请技术方案不局限于以下所举例的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例1
一种多孔结构的强化工艺，包括：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，其中多孔结构为正六边形蜂窝多孔结构,选用的材料是GH3536镍基高温合金，通过电阻点焊制备,尺寸是40mm×30mm×12mm，硼镍基箔带的尺寸为40mm×30mm×0.1mm，硼镍基箔带的原子分数为7％的Cr,4.5％的Si,3.2％的Fe，3％的B，82.3％的Ni，其中陶瓷基板的材质为氧化铝；
将多孔结构通过电火花线切割加工至所需尺寸，并将其放置于丙酮溶液中进行超声清洗10min；
按照一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
将所述装配件放置于真空扩散炉中，当真空度小于3.0×10-3Pa后，以20℃/min的升温速度升至1080℃，保温5min，然后以20℃/min的降温速度降至500℃，随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
试验结果表明，试验实现了GH3536蜂窝多孔结构的强化，芯体组织为典型镍基固溶体基体、分布于晶界与晶内处的细小Ni3B相，该制品中的多孔结构平行孔璧方向的平压强度为145.3MPa，相比于原始蜂窝多孔结构的强度提升了57％。
实施例2
一种多孔结构的强化工艺，包括：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，其中多孔结构为正六边形蜂窝结构,选用的材料是GH99镍基高温合金,通过激光点焊制备,尺寸是40mm×30mm×12mm，硼镍基箔带的尺寸为40mm×30mm×0.1mm，原子分数为7％的Cr,4.5％的Si,3.2％的Fe，3％的B，82.3％的Ni，其中陶瓷基板的材质为氧化铝；
将多孔结构通过电火花线切割加工至所需尺寸，并将其放置于丙酮溶液中进行超声清洗10min；
将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
将所述装配件放置于真空扩散炉中，当真空度小于3.0×10-3Pa后，以20℃/min的升温速度升至1080℃，保温5min，然后随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
试验结果表明，试验实现了GH99镍合金蜂窝多孔结构的强化，芯体组织为典型镍基固溶体基体、分布于晶界与晶内处的细小硼化物相，该制品中的多孔结构平行孔璧方向的平压强度为34MPa，相比于原始多孔结构的强度提升了30％。
实施例3
一种多孔结构的强化工艺，包括：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，其中多孔结构为正六方形蜂窝结构,选用的材料是316L不锈钢，通过激光点焊制备,尺寸是40mm×30mm×12mm,硼镍基箔带的尺寸为40mm×30mm×0.1mm，硼镍基箔带的原子分数为7％的Cr,4.5％的Si,3.2％的Fe，3％的B，82.3％的Ni，其中陶瓷基板的材质为氧化铝；
将正六方形多孔结构通过电火花线切割加工至所需尺寸，并将其放置于丙酮溶液中进行超声清洗10min；
将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
将所述装配件放置于真空扩散炉中，当真空度小于3.0×10-3Pa后，以20℃/min的升温速度升至1080℃，保温5min，然后以20℃/min的降温速度降至500℃，随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
试验结果表明，试验实现了316L不锈钢多孔结构的强化，芯体组织为典型奥氏体固溶体基体和分布于晶界处的连续硼化物相，该制品中的多孔结构平行孔璧方向的平压强度为45MPa，相比于原始多孔结构的强度提升了20％。
实施例4
一种多孔结构的强化工艺，包括：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，其中多孔结构为正方形蜂窝结构,选用的材料是316L不锈钢，通过激光点焊制备,尺寸是40mm×30mm×12mm,硼镍基箔带的尺寸为40mm×30mm×0.1mm，硼镍基箔带的原子分数为7％的Cr,4.5％的Si,3.2％的Fe，3％的B，82.3％的Ni，其中陶瓷基板的材质为氧化铝；
将正方形多孔结构通过电火花线切割加工至所需尺寸，并将其放置于丙酮溶液中进行超声清洗10min；
将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
将所述装配件放置于真空扩散炉中，当真空度小于3.0×10-3Pa后，以20℃/min的升温速度升至1080℃，保温5min，然后以20℃/min的降温速度降至500℃，随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
试验结果表明，试验实现了316L不锈钢多孔结构的强化，芯体组织为典型奥氏体固溶体基体和分布于晶界处的连续硼化物相，该制品中的多孔结构平行孔璧方向的平压强度为45MPa，相比于原始多孔结构的强度提升了20％。
实施例5
一种多孔结构的强化工艺，包括：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，其中多孔结构为正方形蜂窝结构,选用的材料是316L不锈钢，通过激光点焊制备,尺寸是40mm×30mm×12mm,硼镍基箔带的尺寸为40mm×30mm×0.1mm，硼镍基箔带的原子分数为2.75的Si，5％的B，92.25％的Ni，其中陶瓷基板的材质为氧化铝；
将正方形多孔结构通过电火花线切割加工至所需尺寸，并将其放置于丙酮溶液中进行超声清洗10min；
将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
将所述装配件放置于真空扩散炉中，当真空度小于3.0×10-3Pa后，以20℃/min的升温速度升至1080℃，保温5min，然后以20℃/min的降温速度降至500℃，随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
试验结果表明，试验实现了316L不锈钢多孔结构的强化，芯体组织为典型奥氏体固溶体基体和分布于晶界处的连续硼化物相，该制品中的多孔结构平行孔璧方向的平压强度为45MPa，相比于原始多孔结构的强度提升了20％。
实施例6
一种多孔结构的强化工艺，包括：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，其中多孔结构为正六边形蜂窝多孔结构,选用的材料是GH4099镍基高温合金，通过电阻点焊制备,尺寸是40mm×30mm×12mm，硼镍基箔带的尺寸为40mm×30mm×0.1mm，硼镍基箔带的原子分数为7％的Cr,4.5％的Si,3.2％的Fe，3％的B，82.3％的Ni，其中陶瓷基板的材质为氧化铝；
将多孔结构通过电火花线切割加工至所需尺寸，并将其放置于丙酮溶液中进行超声清洗10min；
按照一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
将所述装配件放置于真空扩散炉中，当真空度小于3.0×10-3Pa后，以20℃/min的升温速度升至1080℃，保温5min，然后以20℃/min的降温速度降至500℃，随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
试验结果表明，试验实现了GH3536蜂窝多孔结构的强化，芯体组织为典型镍基固溶体基体、分布于晶界与晶内处的细小Ni3B相，该制品中的多孔结构平行孔璧方向的平压强度为145.3MPa，相比于原始蜂窝多孔结构的强度提升了57％。
实施例7
一种多孔结构的强化工艺，包括：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，其中多孔结构为正六边形蜂窝结构,选用的材料是GH4099镍基高温合金,尺寸是40mm×30mm×12mm,硼镍基箔带的尺寸为40mm×30mm×0.1mm，硼镍基箔带的原子分数为14％的Cr,4.3％的Si,4.2％的Fe，3％的B，0.7％的C，73.8％的Ni，其中陶瓷基板的材质为氧化铝；
将多孔结构通过电火花线切割加工至所需尺寸，并将其放置于丙酮溶液中进行超声清洗10min；
将一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件。
将所述装配件放置于真空扩散炉中，当真空度小于3.0×10-3Pa后，以20℃/min的升温速度升至1070℃，保温30min，然后以20℃/min的降温速度降至500℃，随真空扩散炉冷却至室温后，取出制品。
试验结果表明，试验实现了GH4099镍合金多孔结构的强化，芯体组织为典型镍基固溶体基体、分布于晶界与晶内处的细小铬硼化物，该制品中的多孔结构平行孔璧方向的平压强度为150MPa，相比于原始芯体的强度提升了40％。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。
最后应说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种多孔结构的强化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
获取一多孔结构、两含硼镍基箔带及一陶瓷基板，然后将其放置于丙酮溶液中进行清洗，其中所述多孔结构的材质为高温合金或不锈钢；
按照一所述含硼镍基箔带、所述多孔结构及一含硼镍基箔带的顺序层叠设置，并放置于所述陶瓷基板上，得到装配件；
将所述装配件放置于真空扩散炉中，加热温度至1030℃-1100℃，保温10min-60min后，得到制品。
2.如权利要求1所述的多孔结构的强化工艺，其特征在于，所述含硼镍基箔带由原子分数为6％-8％的Cr,4％-5％的Si,2.5％-3.5％的Fe，2.75％-3.5％的B，80％-84.75％的Ni组成。
3.如权利要求1所述的多孔结构的强化工艺，其特征在于，所述含硼镍基箔带由原子分数为13％-15％的Cr,4％-5％的Si,4％-5％的Fe，2.75％-3.5％的B，0.6％-0.9％的C，70.6％-75.65％的Ni组成。
4.如权利要求1所述的多孔结构的强化工艺，其特征在于，所述含硼镍基箔带由原子分数为2.75％-3.5％的Si,4％-5％的B，91.5％-93.25％的Ni组成。
5.如权利要求2-4任意一项所述的多孔结构的强化工艺，其特征在于，所述含硼镍基箔带的厚度为20μm-800μm。
6.如权利要求1所述的多孔结构的强化工艺，其特征在于，所述多孔结构可为蜂窝多孔结构、泡沫多孔结构、矩形多孔结构、三角形多孔结构、菱形多孔结构中的其中一者。
7.如权利要求1所述的多孔结构的强化工艺，其特征在于，所述陶瓷基板的材质为氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硅中的一者。
8.如权利要求1所述的多孔结构的强化工艺，其特征在于，在所述真空扩散炉中，真空度小于3.0×10-3Pa，加热温度以20℃/min的速度至1030℃-1100℃。
9.一种制品，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的工艺制备。
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