泡沫钛及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于粉末冶金制备泡沫金属材料领域，具体涉及一种泡沫钛及其制备方法和用途。针对现有技术制备泡沫钛设备要求高、成本高、孔隙率和孔径不可控制等问题，本发明专利技术提供一种泡沫钛的制备方法：将钛粉和造孔剂CaCl

Foamed titanium and preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of powder metallurgy preparation of foamed metal material, in particular to a foamed titanium and a preparation method and application thereof. Aiming at the problems of high requirement, high cost, high porosity, and low pore size and the like, the invention provides a method for preparing foamed titanium. The titanium powder and the pore forming agent CaCl are prepared

【技术实现步骤摘要】
泡沫钛及其制备方法和用途
本专利技术属于粉末冶金制备泡沫金属材料领域，具体涉及一种泡沫钛及其制备方法和用途。
技术介绍
泡沫钛是一种新型多孔金属结构功能材料，可用于过滤分离、流体控制、能量吸收、消声降噪、热管理、催化剂载体等领域。与不锈钢、铜、铝等材质的多孔材料相比，金属钛因为比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等特点，具有一系列独特的应用前景。例如，利用比泡沫铝更耐高温、强度更高的特点，在航空航天领域可部分取代泡沫铝材料服役于航天器的着陆保护；利用钛金属高耐蚀性的特点，可以将泡沫钛材料用作强腐蚀性介质的催化剂载体或过滤网器件；利用其相容性和多孔性可以制备骨关节等生物人体植入材料。目前泡沫钛的制备工艺有纤维烧结法、凝固法、压缩膨胀法、有机泡沫浸渍法、自蔓延高温合成法、粉末冶金烧结法等。纤维烧结法能制备较高孔隙率的泡沫钛，但是产品尺寸受限，成本较高；凝固法制备工艺简单、易于批量生产，但是孔隙不具备三维网络结构且分布不均匀；压缩膨胀法生产周期短、可以控制孔大小和连通性，但是工艺复杂设备要求较高；有机泡沫浸渍法工艺简单，但是仅能制备开孔制品、有环境污染；自蔓延高温合成法制备成本低，但是只能制备成分有限的泡沫钛合金；粉末冶金法工艺简单、成本低廉、设备要求低，能制备出孔隙率、孔径可控的泡沫钛，粉末冶金一般通过添加造孔剂的方法使金属材料的内部产生孔洞，常用的造孔剂有NaCl、NaF、碳酸氢铵、甲基丙烯酸甲酯、淀粉、K2CO3、尿素、精萘、sugar等。但是尿素等有机物的熔点低，在加热过程中容易分解，金属粒子之间还没有形成结合，结构因此会倾塌，不容易控制孔形，同时也不利于制备高熔点的泡沫金属，而且尿素会释放氨气，对环境不利。碳酸钾分解温度虽然较高，但其化学性能不稳定，高温可能会与金属反应，释放的CO2有可能导致金属基体的氧化。NaF有毒且其水溶液呈碱性，对金属基体有腐蚀性。NaCl也存在造孔剂不易清除，残留的NaCl会污染或者腐蚀基体，且孔形和孔的分布不容易控制等缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：现有技术制备泡沫钛设备要求高、成本高、孔隙率和孔径不可控制等问题。本专利技术解决技术问题的技术方案为：提供一种泡沫钛的制备方法。该方法包括以下步骤：a、按体积比1～3﹕7～9称取钛粉和造孔剂，再加入粘接剂混匀；b、将步骤a混匀后物料置入模具中压实成坯，压力为100～300MPa，保压时间1～3min，脱模干燥；c、在惰性气体保护下，将步骤b中干燥的坯料进行预烧结，烧结炉内升温至780～830℃，保温1～2h，随后再升温至1100～1300℃进行烧结，保温1～3h，随炉冷却到室温；d、将步骤c中冷却后的坯料放入沸水中浸泡0.5～1h，干燥后即得到泡沫钛。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述钛粉粒径为100～300目，形状为不规则钛粉或球形钛粉中的一种。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述的造孔剂为CaCl2，形状为球形和不规则形。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述的CaCl2粒径为0.3～3.2mm。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述的粘结剂为无水乙醇。进一步的，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述粘结剂的加入量为钛粉和造孔剂总量的3～5wt％。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤b、d中所述干燥的条件为：干燥温度100～120℃，干燥时间2～4h。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤c中所述升温的速率为4～10℃/min。本专利技术还提供了一种泡沫钛，由上述方法制备而成。本专利技术还提供了一种上述泡沫钛的用途，用于制备航天飞行器起落架的缓冲器。本专利技术的有益效果为：本专利技术开发了一种新的造孔剂CaCl2，该造孔剂不会与钛反应，造孔后易除去，且来源广泛，成本低廉，还可根据造孔剂形状控制泡沫钛形状；并且，通过限定造孔剂和钛粉的体积比，并且在预烧结时快速将温度升至780～830℃，保证了CaCl2熔化流出，此时多孔钛骨架已经基本形成，孔形状不会变形，从而制备得到孔隙率、孔径、孔形可控的泡沫钛。按照本专利技术技术方案，制备的泡沫钛孔隙率达71～90％，孔径0.2～3.0mm，孔形为球形和不规则形，开孔率高达90％。本专利技术的制备方法设备要求低，流程简单、性价比高、对环境无污染。说明书附图图1是专利技术制备出的泡沫钛的XRD图谱；图2是专利技术制备出的泡沫钛的孔隙率和造孔剂配料体积分数的关系图；图3是专利技术制备出的不同孔隙率泡沫钛的应力应变曲线图；图4是专利技术制备出的不同孔隙率泡沫钛的单位体积能量吸收值。具体实施方式本专利技术提供一种泡沫钛的制备方法。该方法包括以下步骤：a、按体积比1～3﹕7～9称取钛粉和造孔剂，再加入粘接剂混匀；b、将步骤a混匀后物料置入模具中压实成坯，压力为100～300MPa，保压时间1～3min，脱模干燥；c、在惰性气体保护下，将步骤b中干燥的坯料进行预烧结，烧结炉内升温至780～830℃，保温1～2h，随后再升温至1100～1300℃进行烧结，保温1～3h，随炉冷却到室温；d、将步骤c中冷却后的坯料放入沸水中浸泡0.5～1h，干燥后即得到泡沫钛。其中，上述泡沫钛的制备方法中，钛粉粒径要小于造孔剂粒径，故要求在300目以下，但当钛粉粒度过小时，烧结后多孔钛透气性不好，因此，本专利技术步骤a中所述钛粉粒径为100～300目，形状为不规则钛粉或球形钛粉中的一种。钛粉优选纯度为99.9％的钛粉，纯度低，含杂质较多，得不到多孔纯钛，纯度越高，制备出的泡沫钛杂质越少。本专利技术在比较多种造孔剂的前提下，采用无水CaCl2作为造孔剂制备泡沫钛。CaCl2与金属钛不发生反应，无水CaCl2熔点为775℃，当温度超过其熔点时，CaCl2熔化流出，不会分解，不会污染试样和环境。采用球形孔和不规则形状的CaCl2，可以控制泡沫钛的孔径和孔形。并且CaCl2易溶于水，造孔后残留CaCl2可以通过流动沸水除去，采用CaCl2效果好，成本低廉且操作简单。为了得到合适孔径的泡沫钛，步骤a中所述的CaCl2粒径为0.3～3.2mm。若想得到粒径大的泡沫钛，则需要增加CaCl2颗粒粒径。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤a中所述的粘结剂为无水乙醇，优选浓度为99.5％以上的乙醇，无水乙醇加入量为钛粉和造孔剂总量的3～5wt％。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤b、d中所述干燥的条件为：干燥温度100～120℃，干燥时间2～4h。其中，上述泡沫钛的制备方法中，步骤c中所述升温的速率为4～10℃/min。本专利技术在预烧结时对坯料进行了两次加热，这种热处理方式使得造孔剂CaCl2在780～830℃保温1～2h时，会熔化流出样品，此时金属骨架已经初步形成，后续加热升温时先形成的孔不会变形，因此可以通过控制造孔剂形状控制泡沫钛的孔形，添加不规则形的CaCl2便可以得到不规则孔形的泡沫钛。本专利技术还提供了一种泡沫钛，由上述方法制备而成。本专利技术还提供了一种上述泡沫钛的用途，用于制备航天飞行器起落架的缓冲器。下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本专利技术的保护范围限制在实施例所述范围内。实施例中泡沫钛的孔隙率θ＝1ρ/ρs，其中ρ和ρs分别为泡沫钛试样的密度和纯钛的密度(ρs＝4.51g/cm3)；泡沫钛单位体积的能量吸收值σ代表应力，它是本文档来自技高网...

【技术保护点】
泡沫钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、按体积比1～3﹕7～9称取钛粉和造孔剂，再加入粘接剂混匀；b、将步骤a混匀后物料置入模具中压实成坯，压力为100～300MPa，保压时间1～3min，脱模干燥；c、在惰性气体保护下，将步骤b中干燥的坯料进行预烧结，烧结炉内升温至780～830℃，保温1～2h，随后再升温至1100～1300℃进行烧结，保温1～3h，随炉冷却到室温；d、将步骤c中冷却后的坯料放入沸水中浸泡0.5～1h，干燥后即得到泡沫钛。

【技术特征摘要】
1.泡沫钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、按体积比1～3﹕7～9称取钛粉和造孔剂，再加入粘接剂混匀；b、将步骤a混匀后物料置入模具中压实成坯，压力为100～300MPa，保压时间1～3min，脱模干燥；c、在惰性气体保护下，将步骤b中干燥的坯料进行预烧结，烧结炉内升温至780～830℃，保温1～2h，随后再升温至1100～1300℃进行烧结，保温1～3h，随炉冷却到室温；d、将步骤c中冷却后的坯料放入沸水中浸泡0.5～1h，干燥后即得到泡沫钛。2.根据权利要求1所述的泡沫钛的制备方法，其特征在于：步骤a中所述钛粉粒径为100～300目，形状为不规则钛粉或球形钛粉中的一种。3.根据权利要求1或2所述的泡沫钛的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的造孔剂为CaCl2，形状为球形和不规则形。4.根据权利要求1～3任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢波，穆天柱，范亚卓，李开华，
申请(专利权)人：攀钢集团研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51