CN103194069B - 一种石蜡基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属加工领域，是一种在薄壁钛合金件加工中使用的石蜡基复合材料及其制备方法。本发明石蜡基复合材料由石蜡、聚乙烯蜡、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维组成。各组分的质量百分比为：石蜡60.0-70.0，聚乙烯蜡10.0-20.0，环氧树脂和固化剂4.0-6.0,乙烯-醋酸乙烯共聚物5.0-8.0，硬脂酸7.0-10.0，木质纤维0-12.0。其制备方法是：加热石蜡至熔融，控制熔体温度为100-150℃，在搅拌条件下依次加入环氧树脂及固化剂、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维，熔体经过降温、凝固和造粒得到分散均匀的石蜡基复合材料。使用时先将石蜡基复合材料粒料进行二次加热熔融，控制熔体温度为85-110℃，自然冷却至凝固即可进行后续加工处理。该复合材料熔点高、吸振能力强，与钛合金的结合强度为0.08-0.15MPa，满足薄壁钛合金件的高精度加工要求。
Description
技术领域
本发明属于金属加工领域，特别是涉及一种在薄壁钛合金件加工中使用的石蜡基复合材料及其制备方法。
背景技术
钛合金具有优异的耐腐蚀、高比强度、抗疲劳和断裂韧性好等性能，广泛应用于航空、航天等领域。对钛合金进行铣削加工时，存在切削温度高、刀具磨损严重和热传导率低等缺点，导致加工困难。对于复杂薄壁钛合金件的加工，非常容易发生变形，影响加工精度和加工效率。用石蜡填充辅助加固，可以提高钛合金薄壁件的加工精度，但是在用纯石蜡做辅助填充材料时，存在以下问题：1)熔点低，加工过程中切削热导致纯石蜡熔融软化甚至从工件中脱落，影响辅助加固效果；2)纯石蜡自身的强度、弹性模量及阻尼比较低，在加工过程中承受切削力范围小，吸振能力较小；3)纯石蜡与钛合金工件的结合强度小，填充固化后易与工件产生缝隙，需进行石蜡的二次浇注，降低加工效率。总之，纯石蜡做填充加固材料很难满足薄壁钛合金件的高效和高精度加工。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种熔点较高、吸振能力强的石蜡基复合材料及其制备方法。
本发明是通过以下方式实现的：
一种石蜡基复合材料，由石蜡、聚乙烯蜡、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维组成；各组分的质量百分比为：石蜡60.0-70.0，聚乙烯蜡10.0-20.0，环氧树脂和固化剂4.0-6.0,乙烯-醋酸乙烯共聚物5.0-8.0，硬脂酸7.0-10.0，木质纤维0-12.0。石蜡选用52、54、56和58号石蜡中的至少一种；环氧树脂选用软化温度低于80℃的固体粉末；固化剂的加入量是环氧树脂质量的5％，固化剂采用双氰胺和癸二酸二酰肼的混合物，二者质量比为4:1。
上述石蜡基复合材料的制备方法，是根据薄壁钛合金件加工过程中，对填充材料的耐热温度要求,确定石蜡基复合材料的具体配方，其特征是包括如下步骤：1)加热石蜡至熔融，为了提高各组分的分散性，控制熔体温度为100-150℃；聚乙烯蜡、环氧树脂与石蜡的相容性差，提高熔体温度可以提高各组分的分散性；当熔体温度高于150℃，硬脂酸容易挥发；2)在搅拌条件下依次加入环氧树脂及固化剂、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维，快速搅拌至各组分分散均匀；3)在搅拌条件下，熔体经过降温、凝固和造粒，得到分散均匀的石蜡基复合材料。
上述石蜡基复合材料的使用方法，其特征是包括如下步骤：1)将石蜡基复合材料粒料进行二次加热熔融，搅拌使各组分分散均匀；2)清理钛合金加工件填充腔体，使其填充面无油和污物；3)在腔体内预置金属或高分子材料网结构及挂钩以便加工完毕去除石蜡基复合材料用；4)采用浇铸方法填充到待加工钛合金件中，控制熔体温度为85-110℃；当环境温度低于10℃时，应适当提高浇筑熔体温度，以避免边缘缝隙；当被填充腔体较大时，采用在腔体内填充固体物方法以减少浇铸熔体量；当浇铸深腔体时，采用分次浇铸，每次浇铸深度为20～30mm；5)经过自然降温和凝固至室温后，即可进行后续加工处理；6)加工完毕后通过在腔体内预埋结构去除石蜡基复合材料，若去除困难时，可预热工件使边缘填充材料熔融。经过上述步骤浇铸成型后，石蜡基复合材料的弹性模量为500-900MPa，抗压强度为5-8MPa，与钛合金的结合强度为0.08-0.15MPa。总之，该发明复合材料完全可以满足薄壁钛合金件的高精度加工要求。
与纯石蜡填充加固材料相比，该发明的优点在于：1)采用聚乙烯蜡提高复合材料的熔体温度，加快填充后熔体的凝固成型速度，节约工时，提高效率；2)采用环氧树脂提高复合材料与钛合金工件界面的结合强度，提高石蜡的硬度和强度，减小收缩率；3)采用乙烯-醋酸乙烯共聚物提高聚乙烯蜡与石蜡的相容性；4)采用硬脂酸去除石蜡中的气泡，提高石蜡均匀性，能够显著增大石蜡的强度；5)添加木质纤维，可以减小熔体凝固后的体积收缩，减少内部缺陷和提高机械强度。
具体实施方式
下面给出本发明的四个最佳实施例：
实施例1
一种石蜡基复合材料及其制备方法。石蜡基复合材料由石蜡、聚乙烯蜡、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维组成。薄壁钛合金件加工过程中，要求石填充材料的耐热温度高于80℃，采用58号石蜡和提高聚乙烯蜡含量来调整石蜡基复合材料的熔融温度。各组分的质量百分比为：58号石蜡60.0、聚乙烯蜡20.0，环氧树脂和固化剂4.0，乙烯-醋酸乙烯共聚物6.0，硬脂酸8.0，木质纤维2.0。按比例称取各组分物质，加热石蜡至150℃，在搅拌条件下依次加入环氧树脂及固化剂、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维，搅拌至各组分分散均匀；在搅拌条件下，熔体经过降温、凝固和造粒，得到分散均匀的石蜡基复合材料。将石蜡基复合材料粒料进行二次加热熔融，搅拌使各组分分散均匀；清理钛合金加工件填充腔体，使其填充面无油和污物；在腔体内预置金属网结构及挂钩；采用浇铸方法填充到待加工钛合金件中，控制熔体温度为110℃，每次浇铸深度为30mm；经过自然降温和凝固至室温后进行后续加工处理，加工完毕后去除石蜡基复合材料。
实施例2
一种石蜡基复合材料及其在薄壁钛合金件加工中使用方法。石蜡基复合材料由石蜡、聚乙烯蜡、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维组成。薄壁钛合金件加工过程中，要求石填充材料的耐热温度高于75℃，采用56号石蜡和提高聚乙烯蜡含量来调整石蜡基复合材料的熔融温度。各组分的质量百分比为：56号石蜡62.0，聚乙烯蜡15.0，环氧树脂5.0,乙烯-醋酸乙烯共聚物5.0，硬脂酸6.0，木质纤维7.0。按比例称取各组分物质，加热石蜡至130℃，在搅拌条件下依次加入环氧树脂及固化剂、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维，搅拌至各组分分散均匀；在搅拌条件下，熔体经过降温、凝固和造粒，得到分散均匀的石蜡基复合材料。将石蜡基复合材料粒料进行二次加热熔融，采用浇铸方法填充到待加工钛合金件中，控制熔体温度为95℃，每次浇铸深度为25mm；经过自然降温和凝固至室温后进行后续加工处理，加工完毕后去除石蜡基复合材料。其它同实施例1。
实施例3
一种石蜡基复合材料及其在薄壁钛合金件加工中使用方法。石蜡基复合材料由石蜡、聚乙烯蜡、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维组成。薄壁钛合金件加工过程中，要求石填充材料的耐热温度高于60℃，采用52号石蜡和降低聚乙烯蜡含量来调整石蜡基复合材料的熔融温度。各组分的质量百分比为：52号石蜡62.0，聚乙烯蜡10.0，环氧树脂4.0,乙烯-醋酸乙烯共聚物5.0，硬脂酸7.0，木质纤维12.0。按比例称取各组分物质，加热石蜡至110℃，在搅拌条件下依次加入其他各组分，经过冷却得到得到分散均匀的石蜡基复合材料。将石蜡基复合材料粒料进行二次加热熔融，采用浇铸方法填充到待加工钛合金件中，控制熔体温度为85℃，每次浇铸深度为20mm；经过自然降温和凝固至室温后进行后续加工处理，加工完毕后去除石蜡基复合材料。其它同实施例1。
实施例4
一种石蜡基复合材料及其在薄壁钛合金件加工中使用方法。石蜡基复合材料由石蜡、聚乙烯蜡、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维组成。薄壁钛合金件加工过程中，要求石填充材料的耐热温度高于65℃，采用54号石蜡和58号石蜡混合石蜡，降低聚乙烯蜡含量来调整石蜡基复合材料的熔融温度。各组分的质量百分比为：54号石蜡30.0，56号石蜡38.0，聚乙烯蜡10.0，环氧树脂4.0,乙烯-醋酸乙烯共聚物5.0，硬脂酸7.0，木质纤维6.0。按比例称取各组分物质，加热石蜡至120℃，在搅拌条件下依次加入其他各组分，经过冷却得到得到分散均匀的石蜡基复合材料。将石蜡基复合材料粒料进行二次加热熔融，采用浇铸方法填充到待加工钛合金件中，控制熔体温度为90℃，每次浇铸深度为30mm；经过自然降温和凝固至室温后进行后续加工处理，加工完毕后去除石蜡基复合材料。其它同实施例1。
Claims (3)
1.一种石蜡基复合材料，其特征是由石蜡、聚乙烯蜡、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维组成；各组分的质量百分比为：石蜡60.0-70.0，聚乙烯蜡10.0-20.0，环氧树脂和固化剂4.0-6.0,乙烯-醋酸乙烯共聚物5.0-8.0，硬脂酸7.0-10.0，木质纤维0-12.0。
2.根据权利要求1所述一种石蜡基复合材料的制备方法，其特征是首先按权利要求1的质量百分比准备好原料，其中石蜡选用52、54、56和58号石蜡中的至少一种，环氧树脂选用软化温度低于80℃的固体粉末；固化剂采用双氰胺和癸二酸二酰肼的混合物，二者质量比为4:1，固化剂的加入量是环氧树脂质量的5％；然后加热石蜡至熔融，控制熔体温度为100-150℃，在搅拌条件下依次加入环氧树脂及固化剂、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸和木质纤维，快速搅拌至各组分分散均匀，在搅拌条件下，熔体经过降温、凝固和造粒得到分散均匀的石蜡基复合材料。
3.根据权利要求1或2所述一种石蜡基复合材料的使用方法，其特征是将石蜡基复合材料粒料进行二次加热熔融和搅拌使各组分分散均匀，采用浇铸方法填充到洁净的待加工钛合金件中，控制熔体温度为85-110℃，每次浇铸深度为20～30mm，经过自然降温和凝固至室温后，进行后续加工处理。
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