[发明专利]钛或钛合金、粘结用树脂组合物、预浸渍片材和复合材料

说明书

本申请是申请日为2004年9月29日，申请号为200480028330.6，发 明名称为“钛或钛合金、粘结用树脂组合物、预浸渍片材和复合材料”的 中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及适合用于例如汽车部件、建材、航空器部件、运动用具部 件等的钛或钛合金和使用其的复合材料。另外，本发明涉及钛或钛合金的 表面处理方法、粘结用树脂组合物、预浸渍片材和复合材料的制造方法。

背景技术

一直以来，钛或钛合金在比强度(抗拉强度/比重)、比模量(模量/比 重)等的力学特性、耐腐蚀性方面是优异的，因此不仅在宇宙、海洋等的 特殊领域，最近在一般产业用途或医疗领域中也受到瞩目，其需求年年递 增。

另一方面，钛或钛合金也与其他金属一样，通过粘结或涂装各种热固 性树脂或热塑性树脂这样的塑料类材料，可以赋予进一步提高的力学特性 或耐气候性、耐化学性等的高机能特性。

在这些塑料类材料中，不仅含有作为结构材料的一部分来使用的树脂， 还含有以如涂料那样保护表面和增加美观为目的来使用的树脂。不论使用 哪一类树脂，都可以称作由钛或钛合金与塑料类材料构成的复合材料。

在塑料材料中，特别是由增强纤维和基体树脂构成的纤维增强塑料， 具有下述优点，即，比强度和比模量高、耐冲击特性等的力学特性优异、 具有耐气候性、耐化学性等高机能特性等。进而，作为增强纤维，在使用 连续纤维的情况下，通过适当设计纤维含有率、层压构成，或在使用不连 续纤维的情况下，通过适当设计纤维长度或纤维含有率等，可以发挥适合 不同用途的优异的物性。

人们期待这样的纤维增强塑料与钛或钛合金所构成的复合材料，通过 混合(hybrid)效应，可以发挥钛或钛合金、或者纤维增强塑料单独使用 所不能发挥的高力学特性或高机能特性。

一般来说，为了使上述那样的异种材料组合而得到的复合材料可以发 挥高力学特性或高机能特性，要求异种材料间的粘结是良好的。特别是为 了发挥高力学特性，前提是对于施加在复合材料上的负荷，各材料间的粘 结良好，且可以通过粘结层在各材料间充分地传递应力。

另外，为了保护表面、增加美观，涂料等的树脂也需要不从钛或钛合 金的表面上剥落这样的良好的粘结性。

但是，由钛或钛合金与塑料类材料构成的复合材料，虽然具有可以发 挥高力学特性和高机能特性的潜能，但是不能广泛应用。作为其理由之一， 其粘结强度低是个很大的原因。如果将钛或钛合金放置在大气中，则在钛 或钛合金表面上形成不均质的氧化被膜，可知这阻碍了粘结强度的提高。

因此，提出了使钛或钛合金的粘结性提高的表面处理方法(例如，参 照专利文献1)。根据该方法，将钛合金在氢氟酸与硝酸的混合水溶液的常 温浴中浸渍规定的时间，除去表面上形成的氧化被膜，使用氢氧化钠溶液， 在金属表面上生成阳极氧化被膜，从而可以提高钛合金与其他材料粘结时 的粘结性。

另外，提出了一种表面处理方法，其包括下述工序，即，通过在磷酸- 硫酸水溶液中，用大于等于火花放电生成电压的电压将钛合金进行阳极氧 化，从而在表面形成阳极氧化被膜，接着在真空气氛下加热，还原该氧化 被膜，来形成金属状态的工序(例如，参照专利文献2)。

但是，对于这些方法，有下面这样的问题。即，在专利文献1、2中， 由于使用氢氟酸或磷酸等的酸性水溶液，因此操作是非常困难的，特别是 在专利文献2中，需要将阳极氧化覆膜在10^-3torr或其以下的高真空中、 在900℃进行约1小时的还原处理，存在处理费用昂贵等的问题。特别是 对于大型的部件，需要大型的处理浴或真空炉等，需要大型的设备，因此 有设备费用增多的问题。

进而，虽然在专利文献1、2中没有特别地记述，但是存在下述问题， 即，如果将处理后的钛合金放置在空气中，则在钛合金表面形成的有助于 粘结性提高的阳极氧化被膜劣化，因此即使在其上面实施粘结处理，也不 能得到良好的粘结强度，在阳极氧化处理后，需要迅速实施粘结处理等。

另外，在这些现有的粘结处理技术中，存在下述问题，即，作为耐环 境试验，将作为粘结物的复合材料暴露在高温高湿度气氛下时，粘结强度 显著降低、仅对粘结物进行切削加工就会使粘结部位剥离等。