CN106086720A - 一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，由下列重量份的原料制成：钛合金20‑35份、铝合金10‑16份、钢5‑10份、硼纤维10‑17份、碳化硅3‑7份、碳化钛5‑10份、碳化铋2‑5份、硅酸钙5‑19份、二氧化锰5‑7份、氧化锆3‑9份、氧化锌5‑8份、硼酸镁3‑7份、五氧化二钒3‑6份、硬脂酸锌3‑6份、二硼化钒3‑4份、氟硼酸钾7‑15份、聚氧乙烯树脂5‑12份、磷钨酸钾2‑7份、抗氧化剂5‑10份、热稳定剂5‑10份。制备而成的高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，其耐腐蚀好、抗拉强度高、硬度高、高温下不变形。同时，还公开了相应的制备方法。

Description

一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料及其制备方法。

背景技术

钛基复合材料以其高比强度、比刚度和抗高温的特性而成为通讯、航天、电子及精密仪器的候选材料。钛基复合材料的研究始于20世纪70年代，80年代中期，美国航天器和整体高性能涡轮发动机技术以及欧洲及日本同类技术的发展和实施，给钛基复合材料的发展提供了良好的机遇和巨大的资金保证，从而促进了钛基复合材料的发展，使之成为80年代乃至至今的材料科学领域的热点。我国钛资源丰富，钛材的生产已经形成一定的规模，对钛基复合材料已经有了一些基础性和应用性的研究，但总体来说还是处于初步的研究阶段。随着技术和社会工业的发展，因钛基材料的优良性质，有着广泛的应用前景。

高速离心机是生物及化学领域使用的常见设备，因其对离心速率的高要求，使得其转子的材质需要特殊合成。一般生物及化学领域中所涉及到的物质难免具有腐蚀性，所以在高速离心机转子的材质选择时，既要耐腐蚀，又要耐磨、耐高温、硬度强等特点。现在在这个行业中常用的转子材质主要是钢制材质及合金金属材料。但是这些材料在耐腐蚀、抗拉性能、硬度及高速离心下发热产生的高温情况下不具备良好的特性，所以离心机的最高转速受限，这也是现在国产离心机和进口离心机的技术差距所在。所以研制出一种符合上述要求的离心机转子用材料就显得尤为重要。所以本项研究就是利用钛基材料进行开发，旨在研制出一款能良好适应高速离心机要求的转子材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，其耐腐蚀好、抗拉强度高、硬度高、高温下不变形，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，由下列重量份的原料制成：钛合金20-35份、铝合金10-16份、钢5-10份、硼纤维10-17份、碳化硅3-7份、碳化钛5-10份、碳化铋2-5份、硅酸钙5-19份、二氧化锰5-7份、氧化锆3-9份、氧化锌5-8份、硼酸镁3-7份、五氧化二钒3-6份、硬脂酸锌3-6份、二硼化钒3-4份、氟硼酸钾7-15份、聚氧乙烯树脂5-12份、磷钨酸钾2-7份、抗氧化剂5-10份、热稳定剂5-10份。

优选地，所述的抗氧化剂选自特丁基对苯二酚、二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚、邻苯二甲酸二丙烯酯中的一种或几种。

优选地，所述热稳定剂选自己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的一种或几种。

所述的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照重量份称取各原料；

（2）将钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以2000-3000转/分的速度搅拌4-5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为400-700℃，预烧时间为2-3小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、抗氧化剂、热稳定剂加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为400-500℃，出口温度为200-250℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却15-20分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品。

优选地，步骤（7）中的烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为850-950℃，烧结时间为2-3小时。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

（1）本发明的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料以钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌为主要成分，通过加入硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、抗氧化剂、热稳定剂，辅以高温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过筛、压模冷却、烧结、加工成型等工艺，使得制备而成的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，其耐腐蚀好、抗拉强度高、硬度高、高温下不变形，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。

（2）本发明的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

（1）称取钛合金20份、铝合金10份、钢5份、硼纤维10份、碳化硅3份、碳化钛5份、碳化铋2份、硅酸钙5份、二氧化锰5份、氧化锆3份、氧化锌5份、硼酸镁3份、五氧化二钒3份、硬脂酸锌3份、二硼化钒3份、氟硼酸钾7份、聚氧乙烯树脂5份、磷钨酸钾2份、特丁基对苯二酚5份、己二酸二辛酯5份；

（2）将钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以2000转/分的速度搅拌4小时，送入高温炉预烧，预烧温度为400℃，预烧时间为2小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、特丁基对苯二酚、己二酸二辛酯加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为400℃，出口温度为200℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却15分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为850℃，烧结时间为2小时。

制得的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的性能测试结果如表1所示。

实施例2

（1）称取钛合金25份、铝合金12份、钢7份、硼纤维13份、碳化硅4份、碳化钛7份、碳化铋3份、硅酸钙9份、二氧化锰6份、氧化锆5份、氧化锌6份、硼酸镁4份、五氧化二钒4份、硬脂酸锌5份、二硼化钒3份、氟硼酸钾10份、聚氧乙烯树脂8份、磷钨酸钾4份、二丁基羟基甲苯7份、丙二醇甲醚醋酸酯7份；

（2）将钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以2200转/分的速度搅拌4.3小时，送入高温炉预烧，预烧温度为500℃，预烧时间为2.3小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、二丁基羟基甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为440℃，出口温度为220℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却17分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为880℃，烧结时间为2.3小时。

制得的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的性能测试结果如表1所示。

实施例3

（1）称取钛合金30份、铝合金14份、钢9份、硼纤维14份、碳化硅6份、碳化钛9份、碳化铋4份、硅酸钙17份、二氧化锰6份、氧化锆7份、氧化锌6份、硼酸镁6份、五氧化二钒5份、硬脂酸锌5份、二硼化钒4份、氟硼酸钾13份、聚氧乙烯树脂11份、磷钨酸钾6份、丁基羟基茴香醚9份、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡8份；

（2）将钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以2600转/分的速度搅拌4.7小时，送入高温炉预烧，预烧温度为600℃，预烧时间为2.8小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、丁基羟基茴香醚、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为480℃，出口温度为240℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却19分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为920℃，烧结时间为2.7小时。

制得的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的性能测试结果如表1所示。

实施例4

（1）称取钛合金35份、铝合金16份、钢10份、硼纤维17份、碳化硅7份、碳化钛10份、碳化铋5份、硅酸钙19份、二氧化锰7份、氧化锆9份、氧化锌8份、硼酸镁7份、五氧化二钒6份、硬脂酸锌6份、二硼化钒4份、氟硼酸钾15份、聚氧乙烯树脂12份、磷钨酸钾7份、邻苯二甲酸二丙烯酯10份、双丙烯酸丁二酯10份；

（2）将钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以3000转/分的速度搅拌5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为700℃，预烧时间为3小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、邻苯二甲酸二丙烯酯、双丙烯酸丁二酯加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为500℃，出口温度为250℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为950℃，烧结时间为3小时。

制得的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的性能测试结果如表1所示。

对比例1

（1）称取钛合金20份、碳化硅3份、碳化钛5份、碳化铋2份、硅酸钙5份、二氧化锰5份、氧化锆3份、氧化锌5份、硼酸镁3份、五氧化二钒3份、硬脂酸锌3份、二硼化钒3份、氟硼酸钾7份、聚氧乙烯树脂5份、磷钨酸钾2份、特丁基对苯二酚5份、己二酸二辛酯5份；

（2）将钛合金、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以2000转/分的速度搅拌4小时，送入高温炉预烧，预烧温度为400℃，预烧时间为2小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、特丁基对苯二酚、己二酸二辛酯加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为400℃，出口温度为200℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却15分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为850℃，烧结时间为2小时。

制得的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的性能测试结果如表1所示。

对比例2

（1）称取钛合金35份、铝合金16份、钢10份、硼纤维17份、碳化硅7份、碳化钛10份、二氧化锰7份、氧化锆9份、氧化锌8份、硼酸镁7份、五氧化二钒6份、硬脂酸锌6份、二硼化钒4份、氟硼酸钾15份、聚氧乙烯树脂12份、邻苯二甲酸二丙烯酯10份、双丙烯酸丁二酯10份；

（2）将钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以3000转/分的速度搅拌5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为700℃，预烧时间为3小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、邻苯二甲酸二丙烯酯、双丙烯酸丁二酯加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为500℃，出口温度为250℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为950℃，烧结时间为3小时。

制得的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的性能测试结果如表1所示。

将实施例1-4和对比例1-2的高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料分别进行抗拉强度、硬度、膨胀系数、耐腐蚀性的测试。

表1

	抗拉强度（MPa）	硬度(HB)	膨胀系数（10-6/℃）	耐腐蚀性（浓硫酸处理，腐蚀程度计算，%）
					实施例1	600	360	6.5	99.97
实施例2	620	370	6.3	99.95
					实施例3	630	380	6.7	99.93
实施例4	650	375	6.4	99.96
					对比例1	220	110	17.3	64.7
对比例2	260	125	15.2	73.8

本发明的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料以钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌为主要成分，通过加入硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、抗氧化剂、热稳定剂，辅以高温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过筛、压模冷却、烧结、加工成型等工艺，使得制备而成的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，其耐腐蚀好、抗拉强度高、硬度高、高温下不变形，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。

本发明的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：钛合金20-35份、铝合金10-16份、钢5-10份、硼纤维10-17份、碳化硅3-7份、碳化钛5-10份、碳化铋2-5份、硅酸钙5-19份、二氧化锰5-7份、氧化锆3-9份、氧化锌5-8份、硼酸镁3-7份、五氧化二钒3-6份、硬脂酸锌3-6份、二硼化钒3-4份、氟硼酸钾7-15份、聚氧乙烯树脂5-12份、磷钨酸钾2-7份、抗氧化剂5-10份、热稳定剂5-10份。

2.根据权利要求1所述的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，其特征在于：所述的抗氧化剂选自特丁基对苯二酚、二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚、邻苯二甲酸二丙烯酯中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料，其特征在于：所述热稳定剂选自己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种高速离心机用抗拉性复合钛基转子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照重量份称取各原料；

（2）将钛合金、铝合金、钢、硼纤维、碳化硅、碳化钛、碳化铋、硅酸钙、二氧化锰、氧化锆、氧化锌加入混合罐，以2000-3000转/分的速度搅拌4-5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为400-700℃，预烧时间为2-3小时；

（3）再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量30%的异丙醇，进行球磨处理，得粉末状混合物；

（4）将硼酸镁、五氧化二钒、硬脂酸锌、二硼化钒、氟硼酸钾、聚氧乙烯树脂、磷钨酸钾、抗氧化剂、热稳定剂加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（5）将步骤（3）得到的粉末状混合物加到步骤（4）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为400-500℃，出口温度为200-250℃，得到颗粒状物料，然后过50目筛；

（6）将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却15-20分钟；

（7）将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤（7）中的烧结为真空烧结，真空度为1.5×10^-1Pa，烧结温度为850-950℃，烧结时间为2-3小时。