一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法技术

本发明专利技术涉及一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法，包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯进行烧结致密化，形成烧结坯；S2、烧结坯在进行降温过程中，通入氮源进行渗氮处理，形成渗氮坯；S3、将渗氮坯进行清洗，通过砂纸打磨表面去毛刺获得预处理件；S4、对预处理件进行表面抛光处理，形成最终件。本发明专利技术在烧结坯降温过程中进行渗氮工艺，避免了产品在后期渗氮处理时又需要重新升温降温，有效节省生产步骤，提高生产效率，降低生产能耗。

A Preparation Method of MIM Titanium Alloy for Improving Surface Wear Resistance

【技术实现步骤摘要】
一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法
本专利技术涉及MIM钛合金制备方法，特别涉及一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法。
技术介绍
钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强、生物相容性优异等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、医药、电子等领域，但是，钛及钛合金的机加工性能差，难以切削，成为生产复杂形状零件的障碍。金属粉末注射成形(MIM)作为一种净成形技术，材料利用率高，节省了加工费用，可大批量制备几何形状复杂的产品。钛合金的摩擦学性能较差，对粘着磨损和微动磨损非常敏感，而且在还原性介质如盐酸、稀硫酸等中耐腐蚀性能较差，特别是MIM生产钛及钛合金产品因孔隙等微观组织对环境更为敏感，对表面防护提出更高的要求。国内外对于钛合金表面耐磨、耐腐蚀性的关注度越来越高，也同时出现了不同的钛合金表面化学热处理方法来提高钛合金表面耐磨和耐腐蚀性能，其中主要是采用表面改性技术(如物理气相沉积、化学气相沉积、激光表面处理等)，使钛合金表面形成硬质相，从而提高其表面耐腐蚀性和耐磨性。在金属表面热处理强化技术中，物理气相沉积与基体的结合力较差；激光表面处理形成合金化层，其残余拉应力较大，易形成裂纹。目前也有先对钛合金粉末进行渗氮然后再烧结的方法，但是该方法在烧结致密时所需温度较高，难度较大，成本较高，而且氮引入基体极大程度上影响了产品的塑性性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法，该方法是为了解决因需对通过粉末注射成型形成的钛合金产品进行表面渗氮处理时，需要让产品经历再次升温然后降温的过程，从而造成的生产周期长，能耗大的问题。同时本专利技术为将钛合金粉末烧结与渗氮处理相结合的一体化生产工艺，并且渗氮对产品力学性能并无影响，再结合电解抛光，可以制备出具有高强度、高韧性并具有抛光效果的钛合金产品。该一体化生产工艺能耗低，污染小，生产成本低，可批量生产，性能稳定。实现本专利技术目的的技术方案是：本专利技术包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯进行烧结致密化，形成烧结坯；S2、烧结坯在进行降温过程中，通入氮源进行渗氮处理，形成渗氮坯；S3、将渗氮坯进行清洗，通过砂纸打磨表面去毛刺获得预处理件；S4、对预处理件进行表面抛光处理，形成最终件。步骤S1中烧结致密化的步骤为：将脱脂坯置于金属炉中抽真空到10-3Pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h；步骤S2中渗氮处理步骤为：烧结坯在降温过程且位于1000～600℃区间时，通入氮源，渗氮时间保持5～10h，分压5～200KPa。步骤S4中表面抛光处理为电解抛光和/或化学机械抛光。所述电解抛光时间为5～20min。步骤S3中砂纸为400目和/或800目。上述氮源为氮气、氨气、氢气、甲烷、氩气中的一种或多种的组合。钛合金粉末通过水雾化粉、气雾化粉以及氢化脱氢粉中的一种或多种的组合。本专利技术具有积极的效果：(1)本专利技术将粉末注射成型工艺与渗氮工艺结合，在烧结坯降温过程中进行渗氮处理，避免了最终件后期再次经历重新升温降温过程，大大缩短生产周期，降低生产能耗。(2)本专利技术在通入氮气源时，需要让烧结坯处于降温过程且位于一定的温度区间，该温度区间的设定对于最终产品的性能有明显提升。(3)本专利技术在烧结坯降温过程中进行渗氮处理，还可以使得渗氮层最大程度均匀化，同时能够形成浓度梯度，提高渗氮层的韧性和基体间的结合强度，从而提高表面的耐冲击性和耐磨性，延长最终件的使用寿命。(4)本专利技术在烧结的降温段进行渗氮处理，一方面正常烧结温度就可烧结致密，另一方面不需要单独增加渗氮工序，同时具备钛合金良好的塑性及陶瓷的高耐磨性。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为本专利技术实施例一中最终件进行渗氮层检测的照片。附图中标号为：烧结坯1、渗氮层2、镶样树脂3。具体实施方式(实施例1)本专利技术包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯置于金属炉中抽真空到10～3pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h形成烧结坯1；S2、烧结坯1开始降温，当温度在1000～600℃区间时通入氮气，渗氮时间保持5h，分压10KPa，形成具有渗氮层2的渗氮坯。图1为通过本实施例制得的最终件放置在镶样树脂3上，然后进行剖切，在电镜下的照片。从图1可以看出渗氮层2很好地附着与烧结坯1上，均匀且致密。(实施例2)本专利技术包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯置于金属炉中抽真空到10～3pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h形成烧结坯；S2、烧结坯开始降温，当温度在1000～600℃区间时通入氮气，渗氮时间保持5h，分压10KPa，形成渗氮坯；S3、对渗氮坯进行超声清洗，砂纸打磨去毛刺，得到预处理件；S4、将预处理件进行电解抛光15min，获得最终件。(实施例3)本专利技术包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯置于金属炉中抽真空到10～3pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h形成烧结坯；S2、烧结坯开始降温，当温度在1000～600℃区间时通入氨气，渗氮时间保持5h，分压10KPa，形成渗氮坯；S3、对渗氮坯进行超声清洗，砂纸打磨去毛刺，得到预处理件；S4、将预处理件进行电解抛光15min，获得最终件。(实施例4)本专利技术包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯置于金属炉中抽真空到10～3pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h形成烧结坯；S2、烧结坯开始降温，当温度在1000～600℃区间时通入氨气，渗氮时间保持10h，分压10KPa，形成渗氮坯；S3、对渗氮坯进行超声清洗，砂纸打磨去毛刺，得到预处理件；S4、将预处理件进行电解抛光15min，获得最终件。(实施例5)本专利技术包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯置于金属炉中抽真空到10～3pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h形成烧结坯；S2、烧结坯开始降温，当温度在1000～600℃区间时，按照1:1比例通入氨气和氮气混合气体，渗氮时间保持5h，分压10KPa，形成渗氮坯；S3、对渗氮坯进行超声清洗，砂纸打磨去毛刺，得到预处理件；S4、将预处理件进行电解抛光15min，获得最终件。(实施例6)本专利技术包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯置于金属炉中抽真空到10～3pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h形成烧结坯；S2、烧结坯开始降温，当温度在1000～600℃区间时，按照1:1比例通入氨气和氮气混合气体，渗氮时间保持10h，分压10KPa，形成渗氮坯；S3、对渗氮坯进行超声清洗，砂纸打磨去毛刺，得到预处理件；S4、将预处理件进行电解抛光15min，获得最终件。上述实施例最终件性能参数对比如下：从上述表格可以看出，渗氮时间保持的长短会直接影响最终件的硬度(如实施例5和实施例6的对比)。渗氮时间和分压影响渗氮质量，一般渗氮时间越长，分压越大，渗氮层厚度越大。对于非外观件可采用实施例1所述工艺，对于外观件可采用实施例2-6所述工艺。以上所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法；包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯进行烧结致密化，形成烧结坯；S2、烧结坯在进行降温过程中，通入氮源进行渗氮处理，形成渗氮坯。

【技术特征摘要】
1.一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法；包括如下步骤：S1、将经过混料、注射成型、脱脂后的含钛合金粉末的脱脂坯进行烧结致密化，形成烧结坯；S2、烧结坯在进行降温过程中，通入氮源进行渗氮处理，形成渗氮坯。2.根据权利要求1所述的一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法，其特征在于在步骤S2之后还包括：S3、将渗氮坯进行清洗，通过砂纸打磨表面去毛刺获得预处理件；S4、对预处理件进行表面抛光处理，形成最终件。3.根据权利要求1所述的一种提高表面耐磨性的MIM钛合金制备方法，其特征在于：步骤S1中烧结致密化的步骤为：将脱脂坯置于金属炉中抽真空到10-3Pa，加热至1200～1300℃高温烧结1～4h；步骤S2中渗氮处理步骤为：烧结坯在降温过程且位于1000～600℃区间时，通入氮源，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏绍华，朱明露，王浩，邬均文，王明喜，
申请(专利权)人：江苏精研科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32