CN112808998B - 一种钛合金材料粘结剂及其制备方法、复合材料、应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粘结材料技术领域，具体公开了一种钛合金材料粘结剂及其制备方法、复合材料、应用，本发明提供的钛合金材料粘结剂可以用于钛合金粉末成型，通过环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇、水等多种原料进行配合，可以将环氧树脂的粉碎性能，强力粘结乳胶的粘结性、流动性和抗结块性能用于钛合金粉末粘结中，使其成型后的各项性能能有优良的体现，而且成本低，工序简单，不需复杂的脱脂工艺，解决了现有粘结剂存在无法在降低钛合金粉末成型过程中的生产成本的基础上，保证成型后材料的性能不削减的问题。而提供的制备方法简单，原材料简单易得，生产成本低，适合大规模生产，具有广阔的市场前景。

Description

一种钛合金材料粘结剂及其制备方法、复合材料、应用

技术领域

本发明涉及粘结材料技术领域，具体是一种钛合金材料粘结剂及其制备方法、复合材料、应用。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，材料技术领域也得到快速发展。其中，钛合金作为一种重要的金属材料，它有着耐蚀性高、密度小、比强度高、韧性好和焊接性等优秀的性能，在先进飞机、航空发动机、飞船、卫星、运载火箭及医疗等高技术和尖端科技领域发挥着重要作用。

目前，由于钛合金粉末(以TC4为例，组成为Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能)的微观颗粒是球状，在制备过程中不易成型。通常，在钛合金粉末与其他纳米材料(例如石墨烯、碳纳米管、B₄C、SiC等)进行成型过程中就需要添加粘结剂来帮助钛合金粉末成型。一般来说，粘结剂主要分为热塑性体系、热固性体系等几种类别。经过多次实验表明，现有的石蜡、巴西棕榈蜡、聚丙烯、硬脂酸等粘结剂都不能够有效的对钛合金粉末进行成型粘结，同时热塑性体系粘结剂制备过程中需要进行复杂的脱脂工艺，成本较高；热固性体系粘结剂同样以石蜡、巴西棕榈蜡、硬脂酸为主要成分，再加入EVA(由乙烯和醋酸共聚而成)、甘油、糖醇等物质，虽脱脂时间短，但是内部容易产生气孔，对材料造成不同程度上的性能(硬度、强度等)削减。

因此，以上的技术方案在实际使用时存在以下不足：现有技术中的粘结剂，存在无法在降低钛合金粉末成型过程中的成本的基础上，保证成型后材料的性能不削减的问题，这导致现有技术中的粘结剂无法适用于钛合金材料与其他纳米材料的成型。为了克服这些困难，需要提供一种高强度复合材料金属粉末粘结剂。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种钛合金材料粘结剂，以解决上述背景技术中提出的现有粘结剂存在无法在降低钛合金粉末成型过程中的生产成本的基础上，保证成型后材料的性能不削减的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种钛合金材料粘结剂，具体是一种高强度复合材料钛基粉末粘结剂，其包括以下的原料：环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇以及适量的水；其中，所述强力粘结乳胶是聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯按照一定比例混合得到的有机配成物。

作为本发明进一步的方案：所述钛合金材料粘结剂的原料还包括聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂等。

本发明实施例的另一目的在于提供一种钛合金材料粘结剂的制备方法，所述的钛合金材料粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按比例称取聚乙烯醇与水，将水加热后加入部分聚乙烯醇进行中速搅拌，得到溶剂混合物；

2)按比例称取环氧树脂、强力粘结乳胶加入至所述溶剂混合物中，高速搅拌至混合均匀，然后降温至45-55℃并按照次序加入剩余原料，进行低速搅拌至混合均匀，得到搅拌好的半成品；

3)将搅拌好的半成品在真空环境中进行静置，得到成品，即为所述钛合金材料粘结剂。

本发明实施例的另一目的在于提供一种复合材料，所述复合材料的原料包含钛合金粉末以及上述的钛合金材料粘结剂，所述钛合金材料粘结剂用于将钛合金粉末进行粘接成型，或者将钛合金粉末与纳米材料(例如石墨烯、碳纳米管、B₄C、SiC等)进行粘接成型。

本发明实施例的另一目的在于提供一种所述的复合材料在机械制造中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的钛合金材料粘结剂可以用于钛合金粉末成型，通过环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇、水等多种原料进行配合，可以将环氧树脂的粉碎性能，强力粘结乳胶的粘结性、流动性和抗结块性能用于钛合金粉末粘结中，使其成型后的各项性能能有优良的体现，而且成本低，工序简单，不需复杂的脱脂工艺，解决了现有粘结剂存在无法在降低钛合金粉末成型过程中的生产成本的基础上，保证成型后材料的性能不削减的问题。而提供的钛合金材料粘结剂的制备方法简单，原材料简单易得，生产成本低，适合大规模生产，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明一实施例制备的复合材料的扫描电镜图片。

图2为图1中的局部放大图。

图3为采用不同含量石墨烯所对应的复合材料的硬度曲线图。

图4为本发明另一实施例制备的复合材料的扫描电镜图片。

图5为图4中的局部放大图。

图6为采用不同含量碳纳米管所对应的复合材料的硬度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供的一种钛合金材料粘结剂，具体是一种高强度复合材料钛基粉末粘结剂，其包括以下的原料：环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇以及适量的水；其中，所述强力粘结乳胶是聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯按照重量比是0.1-1：0.1-1的比例混合得到的有机配成物。

作为本发明的另一优选实施例，所述聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯的重量比是0.1-0.5：0.7-0.9。当然，聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯的重量比还可以是其他的比例，具体根据需求进行选择，这里并不作限定。优选的，聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯的重量比是0.1：0.9，在实际应用中，采用现有的白乳胶产品作为强力粘结乳胶，白乳胶是用途最广、用量最大、历史最悠久的水溶性胶粘剂之一，是由醋酸乙烯单体在引发剂作用下经聚合反应而制得的一种热塑性粘合剂，其中，邻苯二甲酸二丁酯用量不可过多，不要超过聚醋酸乙烯酯单体的10wt％。

作为本发明的另一优选实施例，所述钛合金材料粘结剂的软化点是400℃以上，融化的熔点在450-550℃，一般在500℃左右。

作为本发明的另一优选实施例，所述强力粘结乳胶与环氧树脂的重量之比要控制在5.5以下，具体是控制在2.0-5.3之间。

作为本发明的另一优选实施例，所述强力粘结乳胶与环氧树脂的重量之比控制在2.2-5之间。

作为本发明的另一优选实施例，所述钛合金材料粘结剂包括以下按照重量份的原料：环氧树脂20-40份、强力粘结乳胶50-70份、甘油0.5-1.5份、聚乙烯醇0.5-1.5份以及适量的水。

作为本发明的另一优选实施例，所述钛合金材料粘结剂的原料还包括聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂等，且聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂的总重量是强力粘结乳胶重量的5wt％-15wt％。

作为本发明的另一优选实施例，所述聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂的重量比是0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2。

优选的，钛合金材料粘结剂的成分是由20％-40％的环氧树脂、50％-70％的强力粘结乳胶以及1％左右的聚乙烯醇、1％左右甘油、1％聚硫橡胶、1％酚醛树脂、1％乙烯树脂、1％硅树脂、1％糠醛树脂、1％聚酯树脂等，以上百分比均为重量百分比。

作为本发明的另一优选实施例，所述聚乙烯醇是一种有机化合物，外观是白色片状、絮状或粉末状固体，无味，溶于水(95℃以上)，微溶于二甲基亚砜，不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等。

在本发明实施例中，采用本发明实施例提供的钛合金材料粘结剂，能够有效的对钛合金粉末进行高强度的粘结，用该粘结剂制得的钛合金板材性能良好，内部组织连接紧密，无缝隙产生。

本发明实施例还提供一种上述钛合金材料粘结剂的制备方法，所述的钛合金材料粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按比例称取聚乙烯醇与水，将水加热后加入部分聚乙烯醇进行中速搅拌，得到溶剂混合物；

2)按比例称取环氧树脂、强力粘结乳胶加入至所述溶剂混合物中，高速搅拌至混合均匀，然后降温至45-55℃并按照次序加入剩余原料，进行低速搅拌至混合均匀，得到搅拌好的半成品；

3)将搅拌好的半成品在真空环境中进行静置，得到成品，即为所述钛合金材料粘结剂。

需要说明的是，所述钛合金材料粘结剂在制备过程中要遵循次序，具体的，搅拌过程中原料的加入顺序，要遵循溶解温度由高至低的规则。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，所述静置具体是在原料混合完成之后，要静置一段时间，然后转入真空环境下静置0.5-2小时。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，在温度达到的条件下，聚乙烯醇在出现溶胀之后就会溶于水，要控制好添加的量小于总质量的1.5％。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，搅拌过程中要保证搅拌速度的稳定，高速、中速、低速分别要在合理范围内误差在10％之内。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，置于真空环境下时，其真空环境的严密性应低于0.300KPa/min，以保证脱泡效果。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，钛合金材料粘结剂的粘度控制在2500-5500mpa.s。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，所述低速搅拌的搅拌速度为500-1000r/min，时间控制在0.3-1h；所述中速搅拌的搅拌速度为1000-1500r/min，时间控制在0.3-2h；所述高速搅拌的搅拌速度为1500-2000r/min，时间控制在0.5-1.5h。

需要说明的是，上述钛合金材料粘结剂的制备方法中，最主要的特征是要采用不同速级分散搅拌机，多次循环搅拌：

优选的，首先，先中速搅拌，时间控制在0.3-2h；

优选的，然后，转入高速搅拌，时间控制在0.5-1.5h；

优选的，最后，转入低速搅拌，时间控制在0.3-1h；

优选的，第一步中速搅拌是保证溶质(聚乙烯醇)和溶剂(水)均匀混合，进而溶解；第二步高速搅拌操作是为了保证固溶之间气泡减少，软化混合的被搅拌体；第三步，低速搅拌是为了保证溶解完全，而避免造成搅拌能耗过高的现象，同时从宏观上能够清晰看出粘结剂的变化状态。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，随着搅拌速度的增加，搅拌时间的提高，半成品的内部和搅拌机桨叶不断接触摩擦，粘结剂的温度会有些许升高，为了保证粘结剂内部不出现过多的局部化学副反应，高速搅拌中期之后，便优选的采用风冷或循环水冷的方式保证温度的平稳，控制在25℃-35℃之间。

本发明实施例还提供一种采用上述的钛合金材料粘结剂的制备方法制备得到的钛合金材料粘结剂。

本发明实施例还提供一种所述的钛合金材料粘结剂在钛合金粉末成型中的应用。

本发明实施例还提供一种复合材料，包含钛合金粉末以及上述的钛合金材料粘结剂，所述钛合金材料粘结剂用于将钛合金粉末进行粘接成型，或者将钛合金粉末与纳米材料(例如石墨烯、碳纳米管、B₄C、SiC等)进行粘接成型。通过将环氧树脂的粉碎性能，强力粘结乳胶的粘结性、流动性和抗结块性能用于钛合金粉末粘结中，使其成型后的各项性能能有优良的体现。

作为本发明的另一优选实施例，在所述复合材料中，所述纳米材料的加入量是钛合金粉末重量的0.2wt％-2wt％。

作为本发明的另一优选实施例，由于钛合金粉末微观可见是球状颗粒，在坯料制备过程中不容易被粘结，现有的粘结剂技术虽然有部分可以满足，但是副反应较多、工序复杂或者成品之后对钛基板材的各项性能有不同程度的削减，例如，在现有的技术中，中国专利CN2017104980977公开的“一种环氧-石墨烯金属粘结剂及其制备方法”是采用机械共混与超声共混手段使石墨烯分散在环氧树脂基体中，制备出对不同基材有很高的拉伸剪切强度粘结剂；中国专利CN2019100906447公开的“一种具有环境普适性的金属粘结剂及其制备方法”是通过向环氧树脂中添加茶酚衍生物和氧化石墨烯的反应混合物，进而提高提高粘结剂与金属表面的相互作用力，获得一种在干燥环境和水环境中都可以使用的金属粘结剂；中国专利CN2017111825711公开的“一种金属粘结剂”是通过多种有机物混合为主，无机物添加为辅的制备方法得到了耐水、耐酸、耐碱和耐温性能都较高，抗性良好的粘结剂。

以上技术方案，要么都不能够有效的对钛合金粉末进行成型粘结，同时热塑性体系粘结剂制备过程中需要进行复杂的脱脂工艺，成本较高，要么虽脱脂时间短，但是内部容易产生气孔，对材料造成不同程度上的强度削减。因此，本发明提出一种工序简单、成本低、对板材性能影响低的钛合金材料粘结剂，通过和钛合金粉末混合，混合之后要静置特定的时间，一般要静置在干燥通风环境下48-72小时，即能够有效的对钛合金粉末进行高强度的粘结。

本发明实施例还提供一种所述的复合材料在机械制造中的应用。

作为本发明的另一优选实施例，所述应用可以是用于现代飞机制造，像飞机发动机部件、骨架、还有飞机连接处加紧固件等，也可以是船舶制造和潜艇制造等，具体根据需求进行选择，这里并不作限定。

以下通过列举具体实施例对本发明的钛合金材料粘结剂的技术效果做进一步的说明。

其中，扫描电镜(SEM)分析所需仪器型号为EVO MA 10，通过SEM分析试样表面所含元素，利用能谱线分析不同距离下的各元素的计数值。硬度测试采用HV-1000Z型数显显微镜。硬度测试所加试验力为500gf(4.96N)，保荷时间为10s，每个试样测七个点，排除最大值和最小值，再取剩余五个点的平均值。硬度测试具体操作步骤如下：

(1)将待测试样的待测表面朝上放置在测试工作台上，并打开硬度测试电源；

(2)选择所需的加载力500gf，设定保荷时间，保荷时间为10s；

(3)点击“加荷”按钮，设备自动加荷；

(4)加荷完成后，使用400倍物镜观察试样，找出四个压痕顶点并利用目镜上的螺旋测微仪量出压痕对角线长度，输入在小屏幕上，然后设备自动弹出所对应的硬度值，最终测试完成并记录结果。

实施例1

一种钛合金材料粘结剂，所述钛合金材料粘结剂包括以下的原料：环氧树脂35±5千克、强力粘结乳胶60±7千克、甘油1千克、聚乙烯醇1千克、聚硫橡胶1千克、酚醛树脂1千克、乙烯树脂1千克、硅树脂1千克、糠醛树脂1千克、聚酯树脂1千克，以及适量的超纯去离子水。

在本实施例中，所述的钛合金材料粘结剂的制备方法包括以下步骤：

a.按制粘结剂的工艺配比称取原料：环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇、聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂，以及适量的水。将沸腾的超纯去离子水作为溶剂和部分聚乙烯醇加入搅拌皿内，开启搅拌设备，在中速下搅拌，搅拌速度为1300r/min，搅拌时间为20min。

b.将所需强力粘结乳胶、环氧树脂、甘油加入溶剂中，在高速下搅拌1.2h，转速为1800r/min；再在低速下搅拌0.6h，转速为800r/min，得到搅拌混合物。

c.将余量的原料加入搅拌混合物中，继续搅拌，在中速下搅拌0.5h，转速为1300r/min；再在高速下搅拌1h，转速为1800r/min，最后在中速下搅拌0.4h，转速为1300r/min，得到胶体。

d.将制得的胶体在真空状态下脱泡1h，即可得到钛合金材料粘结剂。

实施例2

将实施例1中的钛合金材料粘结剂成品与TC4粉末、石墨烯材料混合均匀(石墨烯材料的加入量分别是TC4粉末重量的0.2wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％)置于干燥通风处，55h，再压制、烧结成型，通过SEM和硬度分析装置检测复合材料成品。

具体的，先将之前利用球磨机球磨好的TC4粉末与石墨烯材料的混合粉末放入球磨罐中，然后用小药匙取出3-4勺(5±4克左右)刚配好的钛合金材料粘结剂，加入到装有混合粉末的球磨罐中。再用玻璃棒搅拌，使混合粉末与钛合金材料粘结剂充分接触，搅拌后最终呈团状。最后将混合粉末与钛合金材料粘结剂混合均匀后的团状物装入密封袋中保存2-3天。

上述过程完成后，就正式开始进行压制的步骤。压制所需模具的材料为工具钢，所承受最大压力约为100MPa，实际施加压力15MPa，静置时间为30s左右，脱模，完成压制，然后对所得试样进行烧结。烧结过程需将试样放入坩埚中，采用的烧结装置为箱式气氛炉，利用真空泵将炉膛内的空气抽出，再通入氩气。这里的氩气主要是排出炉膛内残余的空气的作用。当箱式气氛炉炉门的气压表示数到0.05时，停止通气。一切准备完毕后，打开箱式气氛炉开关，设置起始温度为50℃，终止温度为1250℃，平均升温10℃/min，保温两个小时，最后随炉冷却。冷却后取出样品，所得样品进行SEM和硬度分析，具体的结果见图1至图3所示，其中，图1是本发明实施例制备的复合材料的扫描电镜图片，图2是图1中的局部放大图。图3是采用不同含量石墨烯(GR)所对应的复合材料的硬度曲线图。

由SEM图可知，图中球状物连接较为紧密，球与球之间间隙处存在发亮的物质。通过能谱图可知，V、O、C元素相对比较稳定，Ti元素波动起伏较大，由此可分析，在球与球之间的间隙中，有Al元素析出到石墨烯中，但未能得到析出的Al元素和间隙中的C元素是否发生反应生成新的化合物。未添加石墨烯的TC4，由于不存在石墨烯和TiC，它的晶粒择优生长方式发生改变；而TC4/石墨烯复合材料由于中间存在石墨烯以及部分的TiC阻碍其再结晶，从而使晶粒长大不明显。而且，图中组织完整，并无组织缺陷和空洞的出现。表明此方法可以良好的粘结TC4粉末，并在高温烧结过程中，此粘结剂顺利分解不产生多余的副产物。

由图3可知，TC4粉末混入石墨烯后硬度与单独TC4相比都有所提高，随着TC4钛合金中混入石墨烯的量的变化，所对应的硬度值也随之变化。其中，TC4钛合金混入1％石墨烯的试样平均硬度最低；而混入2％石墨烯的试样平均硬度最大。说明加入少量的GR对TC4的硬度有明显的增强作用。硬度增强的原因是由于GR镶嵌在基体中，使周围的基体的晶格常数发生变化，再加上有部分TiC生成，与GR一起阻碍位错的运动，从而使它们互相接触的部位有大量的位错堆积，因此增加了其硬度。而GR含量为1％时，GR在内部发生団聚，造成其硬度降低，但在GR含量为2％时，由于内部GR含量较多，団聚达到甚至超过极限值，与Ti反应形成TiC，而TiC的硬度仅次于金刚石，所以在2％时硬度增大。

实施例3

一种钛合金材料粘结剂，所述钛合金材料粘结剂包括以下的原料：环氧树脂30±5千克、强力粘结乳胶55±6千克、甘油1千克、聚乙烯醇1千克、聚硫橡胶1千克、酚醛树脂1千克、乙烯树脂1千克、硅树脂1千克、糠醛树脂1千克、聚酯树脂1千克，以及适量的超纯去离子水。

在本实施例中，所述的钛合金材料粘结剂的制备方法包括以下步骤：

a.按制粘结剂的工艺配比称取原料：环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇、聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂，以及适量的水。将沸腾的超纯去离子水作为溶剂和部分聚乙烯醇加入搅拌皿内，开启搅拌设备，在中速下搅拌，搅拌速度为1300r/min，搅拌时间为20min。

b.将所需强力粘结乳胶、环氧树脂、甘油加入溶剂中，在高速下搅拌1h，转速为1630r/min；再在中速下搅拌0.4h，转速为1150r/min，得到搅拌混合物。

c.将余量的原料加入搅拌混合物中，继续搅拌，在低速下搅拌0.5h，转速为850r/min；再在高速下搅拌1h，转速为1650r/min，最后在中速下搅拌0.4h，转速为1200r/min，得到胶体。

d.将制得的胶体在真空状态下脱泡50h，即可得到钛合金材料粘结剂。

实施例4

将实施例3中的钛合金材料粘结剂成品与TC4粉末、碳纳米管材料混合均匀(碳纳米管材料的加入量分别是TC4粉末重量的0.2wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％)置于干燥通风处，60h，再压制、烧结成型，通过SEM和硬度分析装置检测复合材料成品。

具体的，先将之前利用球磨机球磨好的TC4粉末与碳纳米管材料的混合粉末放入球磨罐中，然后用小药匙取出3-4勺(5±4克左右)刚配好的钛合金材料粘结剂，加入到装有混合粉末的球磨罐中。再用玻璃棒搅拌，使混合粉末与钛合金材料粘结剂充分接触，搅拌后最终呈团状。最后将混合粉末与钛合金材料粘结剂混合均匀后的团状物装入密封袋中保存2-3天。

上述过程完成后，就正式开始进行压制的步骤。压制所需模具的材料为工具钢，所承受最大压力约为100MPa，实际施加压力15MPa，静置时间为30s左右，脱模，完成压制，然后对所得试样进行烧结。烧结过程需将试样放入坩埚中，采用的烧结装置为箱式气氛炉，利用真空泵将炉膛内的空气抽出，再通入氩气。这里的氩气主要是排出炉膛内残余的空气的作用。当箱式气氛炉炉门的气压表示数到0.05时，停止通气。一切准备完毕后，打开箱式气氛炉开关，设置起始温度为50℃，终止温度为1250℃，平均升温10℃/min，保温两个小时，最后随炉冷却。冷却后取出样品，所得样品进行SEM和硬度分析，具体的结果见图4至图6所示，其中，图4是本发明实施例制备的复合材料的扫描电镜图片，图5是图4中的局部放大图。图6是采用不同含量碳纳米管(CNT)所对应的复合材料的硬度曲线图。

由SEM图可知，图中球状物连接较为紧密，相比于图1，间隙处亮度明显些。由此可推断，存在金属元素流入间隙处，且存在凹陷，是由于粉末压制过程中受力不均导致的。通过能谱图可知，Ti、Al、C三种元素曲线波动幅度大，而其他两种元素的曲线相对平稳。同时，通过能谱图可得出以下结论：可判断试样中Al元素部分流入间隙中。但不能得出Al和间隙中的C元素一定发生反应生成新的化合物。未添加CNT的TC4，由于不存在CNT和TiC，它的晶粒择优生长方式发生改变；而TC4/CNT复合材料由于中间存在CNT以及部分的TiC阻碍其再结晶，从而使晶粒长大不明显，因此衍射峰变化不明显。与此同时，TC4/CNT复合材料中的CNT以及部分的TiC促进了TiO2再结晶，导致有较明显的晶粒长大。

由图6可知，TC4粉末混入碳纳米管后硬度与单独TC4相比都有所提高，随着TC4钛合金中混入碳纳米管的量的变化，所对应的硬度值也随之变化。其中，当TC4钛合金中混入0.5％的碳纳米管，硬度值达到最高。说明加入一定量的CNT对TC4的硬度有明显的增强作用。硬度增强的原因是由于CNT中的C原子镶嵌在基体中，使周围的基体的晶格常数发生变化，再加上有部分TiC生成，与CNT一起阻碍位错的运动，从而使它们互相接触的部位有大量的位错堆积，因此增加了其硬度。而随着CNT含量的增加硬度逐渐减小，是因为CNT发生了団聚，从而导致其硬度降低，而GR在1.5％左右団聚量达到最大，但由于CNT比表面积大于GR，所以在CNT含量为2％时団聚量仍未达到最大值所以硬度值一直降低。但随着CNT含量的继续增多，硬度可能会出现渐渐增强的趋势，因为CNT団聚量达到极限值，甚至超过极限值。此时会有TiC大量生成，再加上CNT本身具有很强的硬度，所以可能会出现硬度增强的现象。

实施例5

一种钛合金材料粘结剂，包括以下的原料：环氧树脂35千克、强力粘结乳胶(采用现有的白乳胶产品)60千克、甘油1千克、聚乙烯醇1千克。

在本发明实施例中，所述的钛合金材料粘结剂的制备方法具体包括以下步骤：

a.按制粘结剂的工艺配比称取原料：环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇以及适量的水。将沸腾的超纯去离子水作为溶剂和部分聚乙烯醇加入搅拌皿内，开启搅拌设备，在中速下搅拌，搅拌速度为1300r/min，搅拌时间为20min。

b.将所需强力粘结乳胶、环氧树脂、甘油加入溶剂中，在高速下搅拌1.2h，转速为1800r/min，得到搅拌混合物。

c.降温至50℃，将余量的原料加入搅拌混合物中，在高速下搅拌1h，转速为1800r/min，最后在低速下搅拌0.4h，转速为700r/min，得到胶体。

d.将制得的胶体在真空状态下脱泡1h，即可得到钛合金材料粘结剂。

实施例6

与实施例5相比，除了是降温至45℃外，其他与实施例5相同。

实施例7

与实施例6相比，除了降温至55℃外，其他与实施例6相同。

实施例8

与实施例6相比，除了低速搅拌的搅拌速度为500r/min，时间控制在0.3h；所述中速搅拌的搅拌速度为1000r/min，时间控制在0.3h；所述高速搅拌的搅拌速度为1500r/min，时间控制在0.5h外，其他与实施例6相同。

实施例9

与实施例6相比，除了低速搅拌的搅拌速度为1000r/min，时间控制在1h；所述中速搅拌的搅拌速度为1500r/min，时间控制在2h；所述高速搅拌的搅拌速度为2000r/min，时间控制在1.5h外，其他与实施例6相同。

实施例10

与实施例6相比，除了低速搅拌的搅拌速度为750r/min，时间控制在0.7h；所述中速搅拌的搅拌速度为1250r/min，时间控制在1.1h；所述高速搅拌的搅拌速度为1750r/min，时间控制在1h外，其他与实施例6相同。

实施例11

与实施例6相比，除了强力粘结乳胶是聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯按照重量比是0.1：1的比例混合得到的有机配成物外，其他与实施例6相同。

实施例12

与实施例6相比，除了强力粘结乳胶是聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯按照重量比是1：0.1的比例混合得到的有机配成物外，其他与实施例6相同。

实施例13

与实施例6相比，除了强力粘结乳胶是聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯按照重量比是0.1：0.7的比例混合得到的有机配成物外，其他与实施例6相同。

实施例14

与实施例6相比，除了强力粘结乳胶是聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯按照重量比是0.5：0.9的比例混合得到的有机配成物外，其他与实施例6相同。

实施例15

一种钛合金材料粘结剂，包括以下的原料：环氧树脂20千克、强力粘结乳胶50千克、甘油0.5千克、聚乙烯醇0.5千克以及适量的水。在本实施例中，所述钛合金材料粘结剂的制备方法与实施例13相同。

实施例16

一种钛合金材料粘结剂，包括以下的原料：环氧树脂40千克、强力粘结乳胶70千克、甘油1.5千克、聚乙烯醇1.5千克以及适量的水。在本实施例中，所述钛合金材料粘结剂的制备方法与实施例13相同。

实施例17

与实施例6相比，除了环氧树脂是35千克、强力粘结乳胶是70千克外，其他与实施例6相同。

实施例18

与实施例6相比，除了环氧树脂是10千克、强力粘结乳胶是53千克外，其他与实施例6相同。

实施例19

与实施例6相比，除了环氧树脂是10千克、强力粘结乳胶是50千克外，其他与实施例6相同。

实施例20

与实施例6相比，除了环氧树脂是20千克、强力粘结乳胶是44千克外，其他与实施例6相同。

实施例21

与实施例6相比，除了钛合金材料粘结剂的原料还包括等重量的聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂，且聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂的总重量是强力粘结乳胶重量的5wt％外，其他与实施例6相同。

实施例22

与实施例6相比，除了钛合金材料粘结剂的原料还包括等重量的聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂，且聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂的总重量是强力粘结乳胶重量的15wt％外，其他与实施例6相同。

实施例23

与实施例22相比，除了聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂的重量比是0.8：1.2：1.2：1.2：1.2：1.2外，其他与实施例22相同。

实施例24

与实施例22相比，除了聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酯树脂的重量比是1.2：0.8：0.8：0.8：0.8：0.8外，其他与实施例22相同。

需要说明的是，本发明实施例提供的钛合金材料粘结剂作为一种高强度复合材料钛基粉末粘结剂，其特征是成本低，工序简单而且不需复杂的脱脂工艺，能够有效的对钛合金粉末进行高强度的粘结，用该粘结剂制得的钛合金板材性能良好，内部组织连接紧密，无缝隙产生。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料的原料包含钛合金粉末以及钛合金材料粘结剂，所述钛合金材料粘结剂用于将钛合金粉末进行粘接成型，或者将钛合金粉末与纳米材料进行粘接成型；所述钛合金材料粘结剂包括以下的原料：环氧树脂、强力粘结乳胶、甘油、聚乙烯醇以及适量的水；其中，所述强力粘结乳胶是聚醋酸乙烯脂胶乳和邻苯二甲酸二丁酯按照重量比是0.1-1：0.1-1的比例混合得到。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述钛合金材料粘结剂的软化点是400℃以上，融化的熔点在450-550℃。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述强力粘结乳胶与环氧树脂的重量之比在2.0-5.3之间。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述钛合金材料粘结剂包括以下按照重量份的原料：环氧树脂20-40份、强力粘结乳胶50-70份、甘油0.5-1.5份、聚乙烯醇0.5-1.5份以及适量的水。

5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述钛合金材料粘结剂的原料还包括聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂和聚酯树脂，且聚硫橡胶、酚醛树脂、乙烯树脂、硅树脂、糠醛树脂和聚酯树脂的总重量是强力粘结乳胶重量的5wt％-15wt％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料，其特征在于，所述的钛合金材料粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按比例称取聚乙烯醇与水，将水加热后加入部分聚乙烯醇进行中速搅拌，得到溶剂混合物；

2)按比例称取环氧树脂、强力粘结乳胶加入至所述溶剂混合物中，高速搅拌至混合均匀，然后降温至45-55℃并加入剩余原料，进行低速搅拌至混合均匀，得到半成品；

3)将半成品在真空环境中进行静置，得到所述钛合金材料粘结剂。

7.根据权利要求6所述的复合材料，其特征在于，在所述的钛合金材料粘结剂的制备方法中，所述低速搅拌的搅拌速度为500-1000r/min；所述中速搅拌的搅拌速度为1000-1500r/min；所述高速搅拌的搅拌速度为1500-2000r/min。

8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述纳米材料的加入量是钛合金粉末重量的0.2wt％-2wt％。

9.一种如权利要求1或8所述的复合材料在机械制造中的应用。

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