[发明专利]一种含纳米钻石烯的钛基复合材料及其制备方法

说明书

一种含纳米钻石烯的新型钛基复合材料，所述新型钛基复合材料是在基体颗粒中添加纳米钻石烯获得，所述基体颗粒为纯钛或钛合金。同时本发明还进一步公开了其制备方法。本发明通过纳米钻石烯的加入提高了钛及其合金的强度、硬度、耐磨性和导热性等性能；得到的复合材料应用范围广泛，尤其在医疗器械和航空航天等高新技术行业有很好的应用价值；且本发明工艺过程简单，易于掌控，适合于大批量工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米颗粒增强金属基复合材料领域，具体涉及一种含纳米钻石烯的新型钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、生物相容性强等优异特点，因此在航空航天、生物医药和石油化工等众多领域有着广泛的应用。随着现代科技的发展进步及钛基复合材料应用领域的不断拓宽，对钛及钛合金的综合性能提出了更高的要求，期望其在具备自身优异性能的基础上同时具备耐磨性高、导热性好、热膨胀系数低和抗蠕变性优良等特点，传统的钛合金材料已经很难满足这些应用要求。纤维增强和颗粒增强是材料增强最常用的两种方式，相比纤维增强，颗粒增强复合材料具有各项同性、易于加工成形等优点，因此近年来颗粒增强钛基复合材料开始成为研究热点。

增强颗粒种类的选择是提高钛基复合材料性能的关键，它要求所选颗粒必须具备优异性能，同时要与基体材料有好的相容性。纳米钻石烯是一种新型碳纳米材料，它具有尺寸小、强度高、硬度高、耐磨性好、导热系数高、耐腐蚀性强和生物相容性好等特点，同时经过预处理能与钛及钛合金具有良好的相容性，是非常理想的钛基复合材料增强体。

发明内容

本发明的目的是提供一种含纳米钻石烯的新型钛基复合材料，同时提供其制备方法是本发明的又一发明目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种含纳米钻石烯的新型钛基复合材料，所述新型钛基复合材料是在基体颗粒中添加纳米钻石烯获得，所述基体颗粒为纯钛或钛合金。

所述纳米钻石烯添加前须经以下预处理：

a)超声波碱洗：将纳米钻石烯置于碱液中超声波碱洗，采用的超声波频率为25～30KHz，碱液为浓度8%～12%的NaOH溶液，碱液温度为50 ℃～60℃，搅拌速度为25～30rpm，清洗时间为25～30min；

b)超声波清洗：超声波频率均为30KHz，清洗液为去离子水，搅拌速度为25～30rpm，搅拌时间为20～30min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；

c)酸洗活化：酸洗液为浓度为25%～30%的硫酸溶液，酸洗温度控制在50～60℃，搅拌速度为15～20rpm，搅拌时间为20～30min，以达到将原料表面活化的目的；

d)超声波水洗：超声波水洗为常温清洗，超声波频率为30～40KHz，水洗液为去离子水，将原料入去离子水中并旋转搅拌，旋转转速为20～25rpm，搅拌时间为8～10min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；

e)真空镀钛：将清洗烘干后的纳米钻石烯颗粒与三氯化钛和氢化钛粉末混匀，在真空环境下加热至700～800℃进行真空微蒸发镀钛处理1～2h即可。

所述基体颗粒与纳米钻石烯的用量为100:（0.1～5）。

所述基体颗粒的粒径为0.1～100um；所述钛合金为钛铝钒、钛钼或钛镍。

所述的含纳米钻石烯的新型钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：