废弃钛切屑的球磨-等通道转角挤压再制造方法技术

本发明专利技术提供一种废弃钛切屑的球磨-等通道转角挤压再制造方法，依次包括：钛切屑回收预处理步骤、钛切屑的球磨处理步骤、装填入等通道转角挤压模具步骤、等通道转角挤压室温预加工步骤、高温固化加工步骤及淬火步骤。本发明专利技术提供的球磨-等通道转角挤压复合技术操作简单实用，可控性强。通过再制造，既能获得全致密化的纳米(<200nm)块体钛材，又能消除较大片状氧化物的连续分布与聚集这一冶金缺陷。此外，钛切屑形态得以细化与重整，抑制了密排六方钛材中由变形织构所导致的各向异性。再制造纳米钛材的屈服强度达到5级钛的水平，氧化物纳米颗粒的分布呈弥散均匀状态，且材料性能各向同性，实现了低成本废弃钛资源的增值再制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及废弃钛切屑的固态循环与再制造技术，特别涉及采用球磨-等通道转角挤压法回收处理废弃钛切屑的方法。
技术介绍
废弃金属资源的循环与再制造是实现可持续发展的关键因素之一。钛(Ti)是非常重要，但冶炼成本较高的金属资源，其生物相容性优异、耐蚀性好、力学性能适宜，是制造医疗器械、人工关节、大型能源化工容器等的重要材料。但是，为了制造高精度钛结构，需设计较大的加工余量。相当比例的原材料将转化为废弃的切屑。传统的切屑处理技术是高温熔铸，能耗大、污染重，效率低，且铸造组织晶粒粗大，性能较差。目前，固态循环与再制造技术的研发，因避免高温熔铸，是实现资源高效、清洁循环的一个有效途径。通过剧烈塑性变形对金属材料施加高水平应变，以显著细化晶粒，从而开发高强度材料，目前已有系列报道。值得注意的是，作为一种典型的剧烈塑性变形技术，等通道转角挤压(Equalchannelangularpressing，简称ECAP)已被应用于制备大尺寸块体超细晶金属材料。借助于ECAP，可固化粉末等离散原料，使其转变为全致密化的块体材料。Xia和Wu在《ScriptaMaterialia》2005年53卷11期1225-1229页上发表“BackpressureequalchannelangularconsolidationofpureAlparticles(纯Al颗粒的背压等通道转角固化)”一文中，提出从纯铝(Al)微米颗粒原料出发，通过ECAP模具来固化粉末，制备出全致密化的块体材料。同时，Wu和Xia在《JournalofMaterialsProcessingTechnology》2007年192-193卷355-359页上发表“Backpressureequalchannelangularconsolidation-Applicationinproducingaluminiummatrixcompositeswithfineflyashparticles(背压等通道转角固化在制备铝基细粉煤灰颗粒复合材料中的应用)”一文，以Al粉和超细粉煤灰颗粒为原材料，通过ECAP技术制备出含粉煤灰第二相的Al基复合材料。除了上述以粉体作为原料并通过ECAP制备块体超细晶金属材料，应用ECAP技术也能实现废弃金属切屑的循环与再制造。Luo等在《ScriptaMaterialia》2012年66卷785-788页上发表“AmodifiedHall-Petchrelationshipinultrafine-grainedtitaniumrecycledfromchipsbyequalchannelangularpressing(由切屑通过等通道转角挤压循环超细晶钛中的修正Hall-Petch关系)”一文，报道通过回收废弃的2级Ti(ASTMGrade2)切屑，由ECAP技术再制造块体材料。其后的相关工作包括：Lapovok等在《JournalofMaterialsScience》2014年49卷1193-1204页上发表“Multicomponentmaterialsfrommachiningchipscompactedbyequal-channelangularpressing(由等通道转角挤压切屑成形制备多组分材料)”一文，报道了通过Al切屑及Mg切屑的相互混合，由ECAP制备多组分合金材料。与此同时，球磨(Ballmilling，简称BM)是另外一种用于制备超细粉体材料的技术。MahboubiSoufiani等在《MaterialsandDesign》2012年37卷152-160页上发表“FormationmechanismandcharacterizationofnanostructuredTi6Al4Valloypreparedbymechanicalalloying(机械合金化制备Ti6Al4V合金纳米结构的形成机制及表征)”一文，报道以Ti、Al、V的微米(μm)粉末为原料，通过BM技术合成了超细Ti-6Al-4V合金粉末。此外，Zadra在《MaterialsScienceandEngineeringA》2013年583卷105-113页上发表“Mechanicalalloyingoftitanium(钛的机械合金化)”一文，初始原料采用平均粒径小于150μm的Ti粉末，首先通过BM处理，获得小于25μm的纯钛粉末，并由放电等离子烧结在900℃下获得块体材料。将ECAP技术用于固化处理毫米级尺寸的Ti切屑(3-10mm)，能够细化循环Ti材的晶粒，从而提高机械性能。但是，ECAP处理Ti材中含有源自原始切屑表面的氧化物(TiO2)，其质地坚韧，虽然经过多道次ECAP处理后氧化物能够部分地断裂，但是，较大的(mm级)片状氧化物在微观组织中的连续性分布与聚集是严重的冶金缺陷。同时，ECAP存在细化极限，即当动态再结晶与应变细化效果达到平衡时，则ECAP将难以使微观组织细化至纳米级(<200nm)。此外，ECAP处理的(密排六方)Ti材易于形成变形织构，即因晶粒择优取向所导致的材料各向异性，这将削弱(所期望的)Ti材性能各向同性。尽管采用BM技术能制备超细粉体材料，但BM处理后，须开展烧结等工序以获得大尺寸块体材料。而在后续烧结工序中，由于长时间(扩散)加热及再结晶等因素的影响，超细组织中极易发生晶粒粗化，难以保证在最终的块体材料中仍获得(保持)超细晶组织，从而造成强度损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种废弃钛切屑的球磨-等通道转角挤压再制造方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。本专利技术废弃钛切屑的球磨-等通道转角挤压再制造方法，依次包括如下步骤：Ti切屑回收预处理步骤、Ti切屑的BM加工步骤、装填入ECAP模具步骤、ECAP室温预加工步骤、ECAP高温固化加工步骤、以及淬火步骤。步骤(1)-Ti切屑回收预处理：采用乙醇对Ti切屑原材料进行清洗，以除去原材料中的油污和杂质。Ti切屑原材料可采用通过端铣加工获得的2级Ti(ASTMGrade2)所生成的切屑，清洗优选采用超声清洗的方法，例如在超声波振动槽内清洗，所用乙醇优选99.9％的乙醇。步骤(2)-Ti切屑的BM处理：将预处理后的Ti切屑置入内含钢球的BM容器内，同时加入过程控制剂，在惰性气体气氛的保护下球磨10-20小时，转速280-350rpm。优选的，所述Ti切屑与钢球之间质量比为12-20:1，所述钢球的直径为7-12mm，所述过程控制剂可选自硬脂酸、纯铁粉等，优选硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废弃钛切屑的球磨‑等通道转角挤压再制造方法，其特征在于，依次包括如下步骤：钛切屑回收预处理步骤、钛切屑的球磨处理步骤、装填入等通道转角挤压模具步骤、等通道转角挤压室温预加工步骤、等通道转角挤压高温固化加工步骤、以及淬火步骤。

【技术特征摘要】
1.一种废弃钛切屑的球磨-等通道转角挤压再制造方法，其特征在于，依
次包括如下步骤：钛切屑回收预处理步骤、钛切屑的球磨处理步骤、装填入等
通道转角挤压模具步骤、等通道转角挤压室温预加工步骤、等通道转角挤压高
温固化加工步骤、以及淬火步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钛切屑回收预处理步骤，
是采用乙醇对钛切屑原材料进行清洗。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钛切屑的球磨处理步骤，
是将预处理后的钛切屑置入内含钢球的球磨容器内，同时加入过程控制剂，在
惰性气体气氛的保护下球磨10-20小时，转速280-350rpm。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钛切屑与钢球之间质量比
为12-20:1，所述钢球的直径为7-12mm，所述过程控制剂为硬脂酸或纯铁粉，
其加入量在0.5-2.0wt％之间。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装填入等通道转角挤压模
具步骤，是用钢箔包裹圆柱形钢坯，所述钢坯直径略小于模具通道直径，钢箔
外再裹一层固体润滑剂层，将钢坯-钢箔-固体润滑剂层置入模具通道，取出钢
坯，形成固体润滑剂层-钢箔空腔，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗蓬，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31