碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法
【专利说明】碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于合金复合材料制备技术领域，特别是涉及一种碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0003]碳纤维增强钛合金复合材料由具有高比强度的钛合金和具有高比模量、抗拉伸的碳纤维复合而成，具有密度低、比强度高、抗拉伸及比模量高等优点。其力学性能可通过调整碳纤维在钛合金内的分布状态以及钛合金成分的控制进行一定范围内的调整，是一种高性能的轻质结构材料。
[0004]但迄今为止，制造碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法可以归纳为固相法和液相法两大类，其中，液相法对增强纤维的物理损伤相对较小，适合形状复杂、尺寸较小的零部件生产，但生产周期较长、不适合薄板等型材的工业化量产；固相法虽然可连续生产板材等复合材料，但一般需要复合材料的初级产品-复合丝，复杂的生产工序增加了材料制备成本；另外，增强纤维一般为脆性材料，在巨大压力作用下，塑性变形对增强纤维的损伤较大，不利于发挥增强纤维的性能优势。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法，提高复合材料的综合性能，扩大其应用领域。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)制备钛合金层:按重量份将A15.5-7份、Sn 2-4份、Zr 8-11份、Mo 0.4-1.2份、Nb 0.4-1.5 份、W 0.5-1.5 份、Cr 0.3-1.2 份、Si 0.15-0.3 份和 Ti 76-84 份，逐层依次加入至在水冷铜坩祸真空感应炉中，在熔炼功率为300-340kW的真空条件下进行熔炼，熔炼后保温9-20min，得到合金熔液，然后浇注到预热温度为200-500°C的钢制模具内，冷却，得到钛合金层；
(2)将钛合金层一面经除油、除锈及打磨处理后，再在其上均匀涂覆一层熔融状态的热塑性聚碳酸酯层；
(3)碳纤维去胶、中和、活化、还原预处理；
(4)在碳纤维表面进行化学镀镍；
(5)清洗干燥后在步骤(4)得到的镀镍碳纤维表面化学沉积一层金属铬；
(6)制备碳纤维预成型体:按照复合材料型材的受力分布，将连续纤维制成连续二维或三维的纤维预成型体；
(7)制备碳纤维增强复合材料:将步骤(6)中制备的碳纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸渗，形成碳纤维增强复合材料；
(8)模压固化成型:在压铸模具中依次放入步骤(1)中制备的钛合金层和步骤(7)中浸渗处理后的碳纤维增强复合材料，合模并加压静置固化成型；
(9)开模取出步骤(8)中固化成型后的复合材料，在真空炉内进行烧结，烧结温度为900-1080°C，烧结保温时间为2-3h ；
(10)将步骤(9)冷却即得到碳纤维增强钛合金复合材料。
[0007]进一步地，所述热塑性聚碳酸酯层的厚度为2-3_。
[0008]进一步地，所述碳纤维去胶处理采用空气灼烧法进行。
[0009]进一步地，所述碳纤维中和处理采用Κ0Η或氨水进行中和。
[0010]进一步地，所述碳纤维活化处理采用PdC12和AgCl为活化液。
[0011]进一步地，所述的基体树脂为环氧树脂。
[0012]本发明的有益效果:本发明的方法所制备的碳纤维增强钛合金复合材料，其外形结构平整，层间内应力小，具有质轻高强、耐磨性和防腐蚀性能、纤维增强层耐用寿命长等优异，实用性好，市场前景广阔。
【具体实施方式】
[0013]实施例1
碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)制备钛合金层:按重量份将A15.5份、Sn 2份、Zr 8份、Mo 0.4份、Nb 0.4份、W
0.5份、Cr 0.3份、Si 0.15份和Ti 76份，逐层依次加入至在水冷铜坩祸真空感应炉中，在熔炼功率为300kW的真空条件下进行熔炼，熔炼后保温9min，得到合金熔液，然后浇注到预热温度为200°C的钢制模具内，冷却，得到钛合金层；
(2)将钛合金层一面经除油、除锈及打磨处理后，再在其上均匀涂覆一层熔融状态的热塑性聚碳酸酯层，热塑性聚碳酸酯层的厚度为2mm ;
(3)碳纤维去胶、中和、活化、还原预处理:碳纤维去胶处理采用空气灼烧法进行，碳纤维中和处理采用Κ0Η进行中和，碳纤维活化处理采用PdC12和AgCl为活化液；
(4)在碳纤维表面进行化学镀镍；
(5)清洗干燥后在步骤(4)得到的镀镍碳纤维表面化学沉积一层金属铬；
(6)制备碳纤维预成型体:按照复合材料型材的受力分布，将连续纤维制成连续二维或三维的纤维预成型体；
(7)制备碳纤维增强复合材料:将步骤(6)中制备的碳纤维预成型体浸入液态环氧树脂中进行浸渗，形成碳纤维增强复合材料；
(8)模压固化成型:在压铸模具中依次放入步骤(1)中制备的钛合金层和步骤(7)中浸渗处理后的碳纤维增强复合材料，合模并加压静置固化成型；
(9)开模取出步骤(8)中固化成型后的复合材料，在真空炉内进行烧结，烧结温度为900°C，烧结保温时间为2h ；
(10)将步骤(9)冷却即得到碳纤维增强钛合金复合材料。
[0014]实施例2
碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法，包括以下步骤: (1)制备钛合金层:按重量份将A16份、Sn 3份、Zr 9份、Mo 0.8份、Nb 0.9份、W 0.8份、Cr 0.7份、Si 0.22份和Ti 80份，逐层依次加入至在水冷铜坩祸真空感应炉中，在熔炼功率为320kW的真空条件下进行熔炼，熔炼后保温14min，得到合金熔液，然后浇注到预热温度为350°C的钢制模具内，冷却，得到钛合金层；
(2)将钛合金层一面经除油、除锈及打磨处理后，再在其上均匀涂覆一层熔融状态的热塑性聚碳酸酯层，热塑性聚碳酸酯层的厚度为2.5mm ;
(3)碳纤维去胶、中和、活化、还原预处理:碳纤维去胶处理采用空气灼烧法进行，碳纤维中和处理采用氨水进行中和，碳纤维活