CN110450341A - 一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法，所述的一种纳米钛合金基自润滑复合材料由上到下依次由纳米工作层与钛合金基体组成；所述纳米工作层材料的各成分质量百分含量为：聚酰胺1010粉末40～50％，纳米三氧化二铝20～30％，纳米二氧化硅20～30％，石墨10～20％；所述的钛合金材料为6‑4ti，钛合金基体经过纳米处理。本发明一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法，解决了当前钛合金基复合材料结合强度低、摩擦系数高、磨损率高等缺点，该技术具有结合强度高、摩擦系数低、磨损率低、简化的生产工艺、低的成本等优点。

Description

一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体而言，涉及到一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术
当前，随着数码产品、汽车工业、食品机械、化工等行业的快速发展，对各类零部件的要求越来越高。钛合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，故被广泛应用在汽车工业中，当前钛合金存在价格昂贵、成形性不好及焊接性能差等问题，而钛合金基复合材料可以解决这些问题，但是由于当前钛合金基复合材料结合强度低、摩擦系数高、磨损率高等缺点，所以急需一种更有效的技术，该技术需要有结合强度高、摩擦系数低、磨损率低、简化的生产工艺、低的成本。
发明内容
本发明的第一个目的是克服上述现有技术的问题，提供一种以钛合金基体与混合纳米材料结合强度高、摩擦系数低、磨损率低、机械强度高、耐冲击性好的纳米钛合金基自润滑复合材料。
本发明的第二个目的是提供该纳米钛合金基自润滑复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的技术方案是：一种纳米钛合金基自润滑复合材料，所述的一种纳米钛合金基自润滑复合材料由上到下依次由纳米工作层与钛合金基体组成；所述纳米工作层材料的各成分质量百分含量为：聚酰胺1010粉末40～50％，纳米三氧化二铝20～30％，纳米二氧化硅20～30％，石墨10～20％；
进一步的，所述聚酰胺1010的密度为1.03g/cm3；纳米三氧化二铝的粒径为20nm，体积密度为0.25g/cm3，纳米二氧化硅的粒径为20～30nm，石墨的粒度为30～40μm；
进一步的，所述的钛合金材料为6-4ti，钛合金基体经过纳米处理。
所述纳米钛合金基自润滑复合材料的制备方法如下：
1)对钛合金基体进行超声波清洗，时间为40～60min，然后将钛合金基放入质量百分比浓度为5％～10％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为20～30min，所述强碱水溶液为氢氧化钾溶液，再将钛合金基体放入浓硝酸水溶液中浸泡20～30min，然后对钛合金基用去离子水清洗5次，将钛合金基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钛合金基体进行超声冲子冲击处理，冲击时间为15～30min，可以在钛合金基体的表面形成一个平均尺寸为18nm的晶体层；
2)按质量百分含量的配比，聚酰胺1010粉末40～50％，纳米三氧化二铝20～30％，纳米二氧化硅20～30％，石墨10～20％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为30min，烘干结束将纳米工作层材料放入丙酮中超声混合20～30min，再放入到110℃温度下水热3～5h，水热结束放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为110℃，时间为2～3h；
3)将处理过的钛合金基体放入到注塑机模具型腔中，并将配比好的纳米工作层材料填充至注塑机料斗中，注塑机参数设定为：钛合金基体预热温度为80～90℃，注塑压力设定为100～120Mpa，注塑保压压力设定为80～90Mpa，保压时间为80～100min，最后在保压条件下冷却使模具温度将到80℃左右脱模。
本发明具有以下有益效果：本发明一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法，解决了当前钛合金基复合材料结合强度低、摩擦系数高、磨损率高等缺点，该技术具有结合强度高、摩擦系数低、磨损率低、简化的生产工艺、低的成本等优点。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述：
实施例1:
1)对钛合金基体进行超声波清洗，时间为40min，然后将钛合金基放入质量百分比浓度为5％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为20min，所述强碱水溶液为氢氧化钾溶液，再将钛合金基体放入浓硝酸水溶液中浸泡20min，然后对钛合金基用去离子水清洗5次，将钛合金基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钛合金基体进行超声冲子冲击处理，冲击时间为15min，可以在钛合金基体的表面形成一个平均尺寸为18nm的晶体层；
2)按质量百分含量的配比，聚酰胺1010粉末40％，纳米三氧化二铝20％，纳米二氧化硅20％，石墨20％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为30min，烘干结束将纳米工作层材料放入丙酮中超声混合20min，再放入到110℃温度下水热3h，水热结束放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为110℃，时间为2h；
3)将处理过的钛合金基体放入到注塑机模具型腔中，并将配比好的纳米工作层材料填充至注塑机料斗中，注塑机参数设定为：钛合金基体预热温度为80℃，注塑压力设定为100Mpa，注塑保压压力设定为80Mpa，保压时间为80min，最后在保压条件下冷却使模具温度将到80℃左右脱模。
实施例2:
1)对钛合金基体进行超声波清洗，时间为60min，然后将钛合金基放入质量百分比浓度为10％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为30min，所述强碱水溶液为氢氧化钾溶液，再将钛合金基体放入浓硝酸水溶液中浸泡30min，然后对钛合金基用去离子水清洗5次，将钛合金基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钛合金基体进行超声冲子冲击处理，冲击时间为30min，可以在钛合金基体的表面形成一个平均尺寸为18nm的晶体层；
2)按质量百分含量的配比，聚酰胺1010粉末50％，纳米三氧化二铝20％，纳米二氧化硅20％，石墨10％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为30min，烘干结束将纳米工作层材料放入丙酮中超声混合30min，再放入到110℃温度下水热5h，水热结束放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为110℃，时间为3h；
3)将处理过的钛合金基体放入到注塑机模具型腔中，并将配比好的纳米工作层材料填充至注塑机料斗中，注塑机参数设定为：钛合金基体预热温度为90℃，注塑压力设定为120Mpa，注塑保压压力设定为90Mpa，保压时间为100min，最后在保压条件下冷却使模具温度将到80℃左右脱模。
将样品1到样品2与市售产品进行结合强度、耐摩擦性能、耐磨损性能，对比数据如下。
样品值/市售值 样品1 样品2
结合强度 2.39倍 2.87倍
耐摩擦性能 1.63倍 1.78倍
耐磨损性能 3.62倍 4.27倍
从数据可知，采用本发明的纳米钛合金基自润滑复合材料与目前市售产品相比，结合强度、耐摩擦性能、耐磨损性能大大提高。同时，本发明的制备方法简单易行，成本低廉，适合大规模生产与应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的一种纳米钛合金基自润滑复合材料由上到下依次由纳米工作层与钛合金基体组成；所述纳米工作层材料的各成分质量百分含量为：聚酰胺1010粉末40～50％，纳米三氧化二铝20～30％，纳米二氧化硅20～30％，石墨10～20％。
2.根据权利要求1所述的一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法，其特征在于，所述聚酰胺1010的密度为1.03g/cm3；纳米三氧化二铝的粒径为20nm，体积密度为0.25g/cm3，纳米二氧化硅的粒径为20～30nm，石墨的粒度为30～40μm。
3.根据权利要求1所述的一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的钛合金材料为6-4ti，钛合金基体经过纳米处理。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种纳米钛合金基自润滑复合材料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对钛合金基体进行超声波清洗，时间为40～60min，然后将钛合金基放入质量百分比浓度为5％～10％的强碱水溶液中碱洗，浸泡时间为20～30min，所述强碱水溶液为氢氧化钾溶液，再将钛合金基体放入浓硝酸水溶液中浸泡20～30min，然后对钛合金基用去离子水清洗5次，将钛合金基放入真空烘干机中烘干，烘干机的温度设置为90℃，时间为60min，烘干后对钛合金基体进行超声冲子冲击处理，冲击时间为15～30min，可以在钛合金基体的表面形成一个平均尺寸为18nm的晶体层；
2)按质量百分含量的配比，聚酰胺1010粉末40～50％，纳米三氧化二铝20～30％，纳米二氧化硅20～30％，石墨10～20％，将纳米工作层材料放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为80℃，时间为30min，烘干结束将纳米工作层材料放入丙酮中超声混合20～30min，再放入到110℃温度下水热3～5h，水热结束放入烘干机中进行烘干，烘干机的温度设置为110℃，时间为2～3h；
3)将处理过的钛合金基体放入到注塑机模具型腔中，并将配比好的纳米工作层材料填充至注塑机料斗中，注塑机参数设定为：钛合金基体预热温度为80～90℃，注塑压力设定为100～120Mpa，注塑保压压力设定为80～90Mpa，保压时间为80～100min，最后在保压条件下冷却使模具温度将到80℃左右脱模。
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