一種金屬樹脂復合材料及其制備方法
【專利摘要】一種金屬樹脂復合材料及其制備方法，涉及材料【技術領域】，復合材料包括金屬基體材料和表面涂層，其中金屬基體材料為Al-Ti合金，表面涂層為樹脂涂層，包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅樹脂30-50份；硅酸鋁纖維3-12份；納米氧化錫4-9份；納米氧化鋅3-8份；增強纖維4-10份；硅烷偶聯(lián)劑3-9份；固化劑5-10份。本發(fā)明提供的金屬樹脂復合材料，是鋁鈦合金-有機硅樹脂復合材料，通過在鋁鈦合金表面模壓一層樹脂層，不僅能夠有效保證了材料的韌性，而且也克服了鋁鈦合金易氧化和強度低的缺陷，使得復合材料同時具有高韌性和高強度的性能，能夠應用于機械制造、航空航天等領域。
【專利說明】一種金屬樹脂復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料【技術領域】，特別涉及一種金屬基體復合材料及該復合材料的制備 方法。
【背景技術】
[0002] 金屬樹脂復合材料，是以金屬為基體材料，在基體材料表面覆有一層樹脂層的復 合材料。復合材料的性質(zhì)和性能與基體材料和樹脂層的性質(zhì)直接相關。
[0003] 鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械 制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用。工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結構件的需求日 益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。
[0004] 根據(jù)合金材料的不同，鋁合金可分為鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁鎂合金和鋁銅合金 等，各種合金的性能也不盡相同，鋁鈦合金是一種較為少見的合金，因以鋁和鈦為主要成分 的合金，其延展性較好但是強度較差，因此，其使用范圍較小，并不廣泛。鑒于鋁鈦合金的 優(yōu)良的延展性和韌性，通過對鋁鈦合金的強度進行改進是提高鋁鈦合金應用前景的有效方 式。
[0005] 目前，對鋁鈦合金的強度進行改進的方式有兩種： 第一種方式是添加其他合金材料，通過其他金屬元素或者化合物來提高材料的強度。 這種改進方式能夠有效提高材料的強度，但是存在兩方面問題：一方面，材料的強度得到提 高，但是合金材料的致密度降低，材料的韌性也降低；第二，鋁鈦合金在鋁含量較高時，合金 中的鋁極易被氧氣氧化，生成氧化鋁膜，降低材料的性能。
[0006] 第二種方式是對鋁鈦合金表面進行處理，以提高其強度，包括進行合金涂層的處 理，這種涂層方式能夠在提高合金材料的強度的同時，避免合金中的鋁被氧化，從而影響其 性能。
[0007] 針對第二種方式，選用的不同的涂層進行處理，效果也不盡相同，復合涂層即要根 據(jù)基體材料的性質(zhì)進行選擇，也需要盡可能的提高其性能。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明解決的技術問題：針對上述不足，克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一 種金屬樹脂復合材料及其制備方法。
[0009] 本發(fā)明的技術方案：一種金屬樹脂復合材料，包括金屬基體材料和表面涂層， 其中金屬基體材料為Al-Ti合金，其中Al與Ti的原子比為3-9:1 ; 表面涂層為樹脂涂層，厚度為l-200um，其包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅 樹脂30-50份；硅酸鋁纖維3-12份；納米氧化錫4-9份；納米氧化鋅3-8份；增強纖維4-10 份；硅烷偶聯(lián)劑3-9份；固化劑5-10份。
[0010] 作為優(yōu)選，增強纖維為碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維的一種。
[0011] 作為優(yōu)選，固化劑為過氧化二異丙苯或乙烯基三胺。
[0012] 作為優(yōu)選，固化劑為過氧化二異丙苯。
[0013] 一種金屬樹脂復合材料的制備方法，制備步驟如下： (1) 將Al粉和Ti粉放置于鑄造爐中進行高溫熔煉，而后對合金液進行壓鑄成型，壓力 25-80MPa，成型后冷卻，即制備得到Al-Ti合金基體材料； (2) 將Al-Ti合金基體材料放入模具中，用砂紙對合金表面進行精磨； (3) 制備表面涂層材料，在容器中加入表面涂層材料的各個組分，超聲攪拌均勻之后， 倒入合金基體材料表面，鋪平； (4) 模壓成型，溫度95-1101：，壓力5-201〇^，時間20-401^11，冷卻后取出，即制備得到 金屬樹脂復合材料。
[0014] 作為優(yōu)選，步驟（4)模壓成型的溫度為105°C，壓力lOMPa。
[0015] 有益效果：本發(fā)明提供的金屬樹脂復合材料，是以鋁鈦合金為基礎材料，通過調(diào) 整鋁和鈦的比例，使得合金材料達到理想的韌性和延展性，利于加工和使用。同時，為有效 改善材料的強度和抗氧化性能，在鋁鈦合金表面模壓一層樹脂層，其中，樹脂以有機硅樹脂 為主體樹脂，加入硅酸鋁纖維和增強纖維，提高樹脂層的強度；納米氧化鋅和納米氧化錫 的加入，納米形態(tài)的粒子可有效改善樹脂層的致密度和性能，同時通過氧化鋅和固化劑的 協(xié)同作用，可有效提高樹脂的固化性能。因此，本發(fā)明提供的金屬樹脂復合材料，是鋁鈦合 金-有機硅樹脂復合材料，通過在鋁鈦合金表面模壓一層樹脂層，不僅能夠有效保證了材 料的韌性，而且也克服了鋁鈦合金易氧化和強度低的缺陷，使得復合材料同時具有高韌性 和高強度的性能，能夠應用于機械制造、航空航天等領域。
【具體實施方式】
[0016] 為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的 限制。
[0017] 實施例1 : 一種金屬樹脂復合材料，包括金屬基體材料和表面涂層， 其中金屬基體材料為Al-Ti合金，其中Al與Ti的原子比為9:1 ; 表面涂層為樹脂涂層，其包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅樹脂30份；硅酸 鋁纖維3份；納米氧化錫4份；納米氧化鋅3份；碳纖維4份；硅烷偶聯(lián)劑3份；過氧化二異 丙苯固化劑5-10份。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備上述金屬樹脂復合材料，步驟如下： (1) 將Al粉和Ti粉放置于鑄造爐中進行高溫熔煉，而后對合金液進行壓鑄成型，壓力 60MPa，成型后冷卻，即制備得到Al-Ti合金基體材料； (2) 將Al-Ti合金基體材料放入模具中，用1000#砂紙對合金表面進行精磨； (3) 制備表面涂層材料，在容器中加入表面涂層材料的各個組分，超聲攪拌均勻之后， 倒入合金基體材料表面，鋪平； (4) 模壓成型，溫度105°C，壓力lOMPa，時間20min，冷卻后取出，即制備得到金屬樹脂 復合材料。
[0019] 經(jīng)檢測，樹脂層的厚度為50um。
[0020] 實施例2 : 一種金屬樹脂復合材料，包括金屬基體材料和表面涂層， 其中金屬基體材料為Al-Ti合金，其中Al與Ti的原子比為8:1 ; 表面涂層為樹脂涂層，其包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅樹脂50份；硅酸 鋁纖維12份；納米氧化錫9份；納米氧化鋅8份；碳纖維10份；硅烷偶聯(lián)劑9份；過氧化二 異丙苯固化劑10份。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備上述金屬樹脂復合材料，步驟如下： (1) 將Al粉和Ti粉放置于鑄造爐中進行高溫熔煉，而后對合金液進行壓鑄成型，壓力 60MPa，成型后冷卻，即制備得到Al-Ti合金基體材料； (2) 將Al-Ti合金基體材料放入模具中，用1000#砂紙對合金表面進行精磨； (3) 制備表面涂層材料，在容器中加入表面涂層材料的各個組分，超聲攪拌均勻之后， 倒入合金基體材料表面，鋪平； (4) 模壓成型，溫度105°C，壓力lOMPa，時間25min，冷卻后取出，即制備得到金屬樹脂 復合材料。
[0022] 經(jīng)檢測，樹脂層的厚度為70um。
[0023] 實施例3 : 一種金屬樹脂復合材料，包括金屬基體材料和表面涂層， 其中金屬基體材料為Al-Ti合金，其中Al與Ti的原子比為6:1 ; 表面涂層為樹脂涂層，其包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅樹脂42份；硅酸 鋁纖維9份；納米氧化錫5份；納米氧化鋅5份；玻璃纖維7份；娃烷偶聯(lián)劑6份；乙烯基三 胺固化劑7份。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備上述金屬樹脂復合材料，步驟如下： (1) 將Al粉和Ti粉放置于鑄造爐中進行高溫熔煉，而后對合金液進行壓鑄成型，壓力 60MPa，成型后冷卻，即制備得到Al-Ti合金基體材料； (2) 將Al-Ti合金基體材料放入模具中，用1000#砂紙對合金表面進行精磨； (3) 制備表面涂層材料，在容器中加入表面涂層材料的各個組分，超聲攪拌均勻之后， 倒入合金基體材料表面，鋪平； (4) 模壓成型，溫度105°C，壓力5-20MPa，時間25min，冷卻后取出，即制備得到金屬樹 脂復合材料。
[0025] 經(jīng)檢測，樹脂層的厚度為65um。
[0026] 實施例4 : 一種金屬樹脂復合材料，包括金屬基體材料和表面涂層， 其中金屬基體材料為Al-Ti合金，其中Al與Ti的原子比為3:1 ; 表面涂層為樹脂涂層，其包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅樹脂40份；硅酸 鋁纖維8份；納米氧化錫6份；納米氧化鋅5份；芳綸纖維7份；硅烷偶聯(lián)劑8份；過氧化二 異丙苯固化劑6份。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備上述金屬樹脂復合材料，步驟如下： (1) 將Al粉和Ti粉放置于鑄造爐中進行高溫熔煉，而后對合金液進行壓鑄成型，壓力 60MPa，成型后冷卻，即制備得到Al-Ti合金基體材料； (2) 將Al-Ti合金基體材料放入模具中，用1000#砂紙對合金表面進行精磨； (3) 制備表面涂層材料，在容器中加入表面涂層材料的各個組分，超聲攪拌均勻之后， 倒入合金基體材料表面，鋪平； (4) 模壓成型，溫度105°C，壓力lOMPa，時間30min，冷卻后取出，即制備得到金屬樹脂 復合材料。
[0028] 經(jīng)檢測，樹脂層的厚度為95um。
[0029] 實施例5 : 一種金屬樹脂復合材料，包括金屬基體材料和表面涂層， 其中金屬基體材料為Al-Ti合金，其中Al與Ti的原子比為7:1 ; 表面涂層為樹脂涂層，其包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅樹脂45份；硅酸 鋁纖維10份；納米氧化錫6份；納米氧化鋅7份；增強纖維6份；硅烷偶聯(lián)劑6份；固化劑 5-10 份。
[0030] 作為優(yōu)選，增強纖維為碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維的一種。
[0031] 作為優(yōu)選，固化劑為過氧化二異丙苯或乙烯基三胺。
[0032] 作為優(yōu)選，固化劑為過氧化二異丙苯。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備上述金屬樹脂復合材料，步驟如下： (1) 將Al粉和Ti粉放置于鑄造爐中進行高溫熔煉，而后對合金液進行壓鑄成型，壓力 25-80MPa，成型后冷卻，即制備得到Al-Ti合金基體材料； (2) 將Al-Ti合金基體材料放入模具中，用1000#砂紙對合金表面進行精磨； (3) 制備表面涂層材料，在容器中加入表面涂層材料的各個組分，超聲攪拌均勻之后， 倒入合金基體材料表面，鋪平； (4) 模壓成型，溫度110°C，壓力20MPa，時間30min，冷卻后取出，即制備得到金屬樹脂 復合材料。
[0034] 經(jīng)檢測，樹脂層的厚度為90um。
[0035] 對上述【具體實施方式】得到的復合材料進行強度和韌性的性能測試，結果如表1所 示： 表1金屬樹脂復合材料強度和韌性性能測定
【權利要求】
1. 一種金屬樹脂復合材料，包括金屬基體材料和表面涂層，其特征在于： 金屬基體材料為Al-Ti合金，其中A1與Ti的原子比為3-9:1 ; 表面涂層為樹脂涂層，厚度為l-200um，其包括以下質(zhì)量含量的各個組分：改性有機硅 樹脂30-50份；硅酸鋁纖維3-12份；納米氧化錫4-9份；納米氧化鋅3-8份；增強纖維4-10 份；硅烷偶聯(lián)劑3-9份；固化劑5-10份。
2. 根據(jù)權利要求1所述的金屬樹脂復合材料，其特征在于：增強纖維為碳纖維、玻璃纖 維或芳綸纖維的一種。
3. 根據(jù)權利要求1所述的金屬樹脂復合材料，其特征在于：固化劑為過氧化二異丙苯 或乙烯基二胺。
4. 根據(jù)權利要求3所述的金屬樹脂復合材料，其特征在于：固化劑為過氧化二異丙苯。
5. -種根據(jù)權利要求1所述的金屬樹脂復合材料的制備方法，其特征在于，制備步驟 如下： (1) 將A1粉和Ti粉放置于鑄造爐中進行高溫熔煉，而后對合金液進行壓鑄成型，壓力 25-80MPa，成型后冷卻，即制備得到Al-Ti合金基體材料； (2) 將Al-Ti合金基體材料放入模具中，用砂紙對合金表面進行精磨； (3) 制備表面涂層材料，在容器中加入表面涂層材料的各個組分，超聲攪拌均勻之后， 倒入合金基體材料表面，鋪平； (4) 模壓成型，溫度95-1KTC，壓力5-20MPa，時間20-40min，冷卻后取出，即制備得到 金屬樹脂復合材料。
6. 根據(jù)權利要求5所述的金屬樹脂復合材料的制備方法，其特征在于：步驟（4)模壓成 型的溫度為l〇5°C，壓力lOMPa。
【文檔編號】B32B15/08GK104385716SQ201410597572
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權日:2014年10月30日
【發(fā)明者】劉莉, 王爽, 劉曉東 申請人:蘇州萊特復合材料有限公司