CN101880813A - 钛合金硅藻土氧化铁复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钛合金硅藻土氧化铁复合材料及其制备方法，该复合材料吸波性能高，并且具有优越的阻尼性能。该方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。一该复合材料以钛合金为基体，在基体上分布着硅藻土氧化铁复合物，硅藻土氧化铁复合物的颗粒为0.5-1mm；硅藻土氧化铁复合物占复合材料的体积百分比为45-55％，该钛合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为3％～8％，Th为0.01％～0.05％，Si为0.5％-1％，其余为Ti；硅藻土氧化铁复合物是氧化铁钻入硅藻土的孔隙中，在孔隙壁面形成一层薄膜。
Description
一、技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种钛合金硅藻土氧化铁吸波减振复合材料及其制备方法。
二、背景技术
目前属材料领域中，对材料的吸波减振作用受到了重视。
CN200410023374.1涉及一种铝基吸波材料及其制备方法，其特征在于：将铝或铝合金板表层采用直流或交流电一步或二步阳极氧化法形成多孔氧化铝膜，制成铝基多孔氧化铝模板，即AAO模板；采用直流或脉冲电流电化学沉积在铝基AAO多孔膜中组装磁性纳米金属线阵列，制成表层原位组装磁性纳米线阵列的铝基吸波材料。该方法的缺点是要求技术难度高。
CN200910071958.9提出陶瓷晶须/铁磁金属复合吸波材料及其制备方法，它涉及一种用于吸收电磁波的复合材料及其制备方法。将表面镀有铁磁金属镀层的陶瓷晶须在温度为300～400℃、热处理气氛为氢气或氩气的条件下热处理60分钟，即得陶瓷晶须/铁磁金属复合吸波材料。该方法的缺点是陶瓷晶须表面涂铁磁金属镀层，加工中铁磁金属易脱落。
CN200810219444.9公开了一种颗粒增强阻尼多孔镍钛记忆合金基复合材料的制备方法。采用梯级粉末烧结法，将镍、钛金属粉末和调控材料的硅或氧化铝颗粒按一定比例均匀混合后压制成生坯，硅颗粒或氧化铝颗粒占生坯重量的5～15％，采取梯级加热方式一次整体烧结而制得复合材料。该材料的缺点是吸波性能差。
三、发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种钛合金硅藻土氧化铁复合材料，该复合材料吸波性能高，并且具有优越的阻尼性能。
本发明的另一目的是提供钛合金硅藻土氧化铁复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种钛合金基硅藻土氧化铁复合材料，该复合材料以钛合金为基体，在基体上分布着硅藻土氧化铁复合物，硅藻土氧化铁复合物的颗粒为0.5-1mm；硅藻土氧化铁复合物占复合材料的体积百分比为45-55％，该钛合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为3％～8％，Th为0.01％～0.05％，Si为0.5％-1％，其余为Ti；硅藻土氧化铁复合物是氧化铁钻入硅藻土的孔隙中，在孔隙壁面形成一层厚度为0.1-10μm薄膜。
一种钛合金基硅藻土氧化铁复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
a.硅藻土氧化铁复合物的准备：
把氯化铁和硫酸亚铁铵装入带聚四氟乙烯衬里的容器中，然后加水溶解，容器温度保持90-95℃，再装入硅藻土，搅拌以上三种物质达2-7min，其中硅藻土颗粒的尺寸为0.5-1mm，三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及硅藻土的重量比为1∶1∶(1-2)，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到硅藻土氧化铁复合物；
然后将硅藻土氧化铁复合物放入底部通真空系统的水冷钢制模具的空腔中形成复合物预制体，并控制复合物预制体占钢制模具空腔体积的45-55％；开启水冷系统，控制进水温度为20-30℃，
b.钛合金液的准备：将重量百分含量为Al为3％～8％，Th为0.01％～0.05％，Si为0.5％-1％，其余为Ti的原料在1680-1720℃温度下熔化成钛合金液；
c.开启真空系统，并控制上述钢制模具内的相对真空度为-30Kpa，将上述钛合金液体浇入钢制模具空腔内的复合物预制体的上面，并注满模具，钛合金液在真空压力下渗入硅藻土氧化铁复合物预制体中的间隙，在钢制模具内冷却凝固而形成钛合金基硅藻土氧化铁复合材料。
本发明相比现有技术的有益效果如下：
本发明中硅藻土空隙大，易于接纳氧化铁，氧化铁处于硅藻土的空隙中，形成氧化铁不会散落的硅藻土氧化铁复合物，因而成为复合材料吸收电磁波的坚实的物质中心；其中复合材料中的氧化铁为Fe3O4。
另外，氧化铁处于硅藻土的空隙中，不与钛合金液体接触，因此不易造成钛合金的氧化；
钛合金中的Si可促进钛合金与硅藻土的界面结合。钛合金中的Th可减小钛合金的颗粒，提高复合材料基体的强度。坚实的硅藻土氧化铁复合物可提高钛合金复合材料的抗压性能。这些都能改善钛合金基硅藻土氧化铁复合材料的力学性能。
本发明的合金性能见表1。
本发明复合材料的制备中，硅藻土空隙大，易于接纳氧化铁，因此制备中搅拌和加热时间均短，生产周期短。
本发明的复合材料制备工艺简便，生产的复合材料具有一定良好阻尼性能，同时吸波性能优越，而且生产成本低，非常便于工业化生产。
四、附图说明
图1为本发明实施例一制得的钛合金基硅藻土氧化铁复合材料的金相组织。
由图1可以看到在钛合金基体上分布有硅藻土氧化铁复合体。
五、具体实施方式
以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。
实施例一：
本发明钛合金基硅藻土氧化铁复合材料的制备过程：
a.硅藻土氧化铁复合物的准备：
把氯化铁和硫酸亚铁铵装入带聚四氟乙烯衬里的容器中，然后加水溶解(加少量水，溶解即可)容器温度保持90-95℃，再装入硅藻土，搅拌以上三种物质达2-7min，其中硅藻土的尺寸为0.5-1mm，三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及硅藻土的重量比为1∶1∶1，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到硅藻土氧化铁复合物；
然后将硅藻土氧化铁复合物放入底部通真空系统的水冷钢制模具的空腔中形成复合物预制体，复合物预制体占金属模具空腔体积的50％(45-55％均可，由此可控制硅藻土氧化铁复合物占复合材料的体积百分比)；开启并控制模具水冷系统进水温度为20-30℃，
b.钛合金液的准备：将重量百分含量为Al为3％，Th为0.01％，Si为0.5％，其余为Ti的原料在1680-1720℃温度下熔化成钛合金液；
C.开启真空系统，并控制钢制模具内的相对真空度为-30Kpa，将上述合金液体浇入钢制模具空腔内的复合物预制体的上面，并注满模具，钛合金液在真空压力下渗入硅藻土氧化铁复合物预制体中的间隙，在钢制模具内冷却凝固而形成钛合金基硅藻土氧化铁复合材料。
实施例二：
硅藻土氧化铁复合物的准备：
三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及硅藻土复合物的重量比为1∶1∶2进行配料，硅藻土颗粒为0.8～0.9mm；
钛合金液的准备：按重量百分含量：Al为8％，Th为0.05％，Si为1％，其余为Ti进行配料；
控制硅藻土氧化铁复合物占复合材料的体积百分比为45％。
其制备过程同实施例一。
实施例三：
硅藻土氧化铁复合物的准备：
三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及硅藻土复合物的重量比为1∶1∶1.5，硅藻土颗粒为0.6～0.8mm。
钛合金液的准备：按Al为5％，Th为0.035％，Si为0.7％，其余为Ti进行配料；
控制硅藻土氧化铁复合物占复合材料的体积百分比为55％。
其制备过程同实施例一。
实施例四：(原料配比不在本发明配比范围内的实例)
硅藻土氧化铁复合物的准备：
三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及硅藻土复合物的重量比为1∶1∶0.8；硅藻土颗粒为0.4mm。
钛合金液的准备：按重量百分含量Al为2％，Th为0.005％，Si为0.4％，其余为Ti进行配料；
控制硅藻土氧化铁复合物占复合材料的体积百分比为45-55％；
其制备过程同实施例一。
实施例五：(原料配比不在本发明配比范围内的实例)
硅藻土氧化铁复合物的准备：三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及硅藻土的重量比为1∶1∶3，硅藻土的颗粒为1.2mm；
该钛合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为9％，Th为0.06％，Si为1.2％，其余为Ti；
复合物占复合材料的体积百分比为50％。
其制备过程同实施例一。
下表为不同成份与配比的合金性能对照表：
表1
本发明的钛合金基硅藻土氧化铁复合材料，硅藻土氧化铁复合物颗粒的尺寸过小，既减小了吸波单元，降低了吸波强度和减振强度，又不利于复合材料制造，本发明通过控制硅藻土颗粒尺寸控制硅藻土氧化铁复合物的颗粒尺寸；硅藻土氧化铁复合物的颗粒尺寸过大，吸波单元增大，会减小了单位复合材料体积中吸波单元的数量，也不利于吸波和减振。
钛合金基硅藻土氧化铁复合材料制备时，硅藻土数量过小，氯化铁、硫酸亚铁铵不易全部进入硅藻土间隙，复合材料总的氧化铁数量少，吸波强度弱；硅藻土数量过多，不易形成完善的复合材料，硅藻土间隙内容纳的氧化铁数量少，吸波强度也弱。
钛合金基体中的Al、Th、Si在本申请范围内，复合材料具有良好的性能。这些元素超出本申请配比范围，脆性化合物数量多，钛合金难与硅藻土界面结合，钛合金自身的力学性能降低，也大大降低复合材料的吸波性及减振性。
Claims (2)
1.一种钛合金基硅藻土氧化铁复合材料，该复合材料以钛合金为基体，在基体上分布着硅藻土氧化铁复合物，硅藻土氧化铁复合物的颗粒为0.5-1mm；硅藻土氧化铁复合物占复合材料的体积百分比为45-55％，该钛合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为3％～8％，Th为0.01％～0.05％，Si为0.5％-1％，其余为Ti。
2.一种钛合金基硅藻土氧化铁复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
a.硅藻土氧化铁复合物的准备：
把氯化铁和硫酸亚铁铵装入带聚四氟乙烯衬里的容器中，然后加水溶解，容器温度保持90-95℃，再装入硅藻土，搅拌以上三种物质达2-7min，其中硅藻土颗粒的尺寸为0.5-1mm，三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及硅藻土的重量比为1∶1∶(1-2)，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到硅藻土氧化铁复合物；
然后将硅藻土氧化铁复合物放入底部通真空系统的水冷钢制模具的空腔中形成复合物预制体，并控制复合物预制体占钢制模具空腔体积的45-55％；开启水冷系统，控制进水温度为20-30℃，
b.钛合金液的准备：将重量百分含量为Al为3％～8％，Th为0.01％～0.05％，Si为0.5％-1％，其余为Ti的原料在1680-1720℃温度下熔化成钛合金液；
c.开启真空系统，并控制上述钢制模具内的相对真空度为-30Kpa，将上述钛合金液体浇入钢制模具空腔内的复合物预制体的上面，并注满模具，钛合金液在真空压力下渗入硅藻土氧化铁复合物预制体中的间隙，在钢制模具内冷却凝固而形成钛合金基硅藻土氧化铁复合材料。
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| CN103305030B (zh) * | 2012-03-07 | 2016-05-25 | 中国地质大学（北京） | 一种氧化铁红/硅藻土复合粉体颜料的制备方法 |
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