一种低成本高密度钛合金产品的制作方法技术

本发明专利技术提供的低成本高密度钛合金产品的制作方法，利用D50粒径为20～25um的粗颗粒钛粉体或钛合金粉体做为金属粉末注塑制程的原料，成本低；通过混入D50粒径为8～10um的铜粉，使钛粉体或钛合金粉体与铜粉的质量比90～99.9：10～0.1，能够利用铜共析转变温度低、固溶度高的特性，降低β钛合金的相变温度并细化β钛合金的晶粒，使其柱状晶结构转变成等轴晶结构，从而提升密度、降低孔隙率并改善外观；同时，由于铜在钛中扩散迅速，能够产生非常精细的共析微观结构，含铜高温β钛合金在冷却时，会发生共析反应生成α钛合金及TiCu2和Ti2Cu的化合物，而铜在α钛合金中的固溶度随温度降低而显著减小，且TiCu2具有较佳的热稳定性、Ti2Cu具有析出硬化效果，能够显著提高产品的热强化性及硬度。热强化性及硬度。热强化性及硬度。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高密度钛合金产品的制作方法


[0001]本专利技术涉及钛合金注射成形烧结
，尤其涉及一种低成本高密度钛合金产品的制作方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀、生物兼容性好、无磁等一系列的优点，在飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗以及石油化工等领域中有非常好的应用前景，是一种应用广泛的重要金属材料。
[0003]但是由于钛的活泼性较大，在铸造、锻造、焊接等传统制备工艺过程中，容易与碳(C)、氮(N)、氢(H)、氧(O)等杂质元素发生剧烈反应，形成TiC、TiN、TiO2等陶瓷相，而异质界面间的润湿性很差，导致钛及钛合金产品的抗拉强度及延伸率等力学性能变差，使其应用受到限制。
[0004]采用金属粉末注塑制程(Metal Injection Molding，MIM)可以规避这一问题，但目前金属粉末注塑制程使用的钛及钛合金粉体主要为3D打印粉体筛选出的细粉部分(粒径分布在D90 20～22um)，收粉率远低于20％，导致成本居高不下，难以适应金属粉末注塑制程发展的要求；若采用粗颗粒钛及钛合金粉体(粒径分布在D50 20～25um)，收粉率可提高至60％，能够大幅降低粉体成本，但由于粉体颗粒粗，在1120℃～1250℃烧结后的密度偏低(通常在4.2～4.3g/cm3)，且孔隙率高达5％以上，难以满足高密度的产品要求。
[0005]为解决粗颗粒钛及钛合金粉体高温烧结后密度低、孔隙率高的缺陷，现有的研究方向是添加低熔点金属元素材料进行液相烧结，如添加铝(熔点667℃)或硅(熔点1414℃)，但前者的活性高，在TC4(Ti6Al4V)材料系统中，容易与氧、氮反应形成氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)，从而形成柱状晶结构,造成产品表面外观缺陷；后者共析型合金元素，通常以置换固溶及化合物方式存在合金中，在Ti
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Si系统中，钛(Ti)与硅(Si)的共析温度较高(860℃)，在个合金中加入的硅量以不超过α相最大固溶度为宜，一般为0.25％左右，对产品密度及孔隙率的改善有限；若加入的硅量超过α相最大固溶度，由于硅和钛的原子尺寸差别较大，在固溶体中容易在位错处偏聚，阻止位错运动，从而提高耐热性，需要更高的烧结温度；经研究发现，在1340℃条件下，硅在α钛合金中最大固溶度为0.45％，在β钛合金中最大固溶度3.0％，在高温烧结时，硅在α钛合金和β钛合金中的固溶度差异大，若在β钛合金中的硅分布不均匀，在后续冷却和相变的过程中会偏析，形成一定量的硅化物，如Ti5Si3(高温相，熔点2130℃)、Ti3Si(低温相，熔点1170℃)等，其熔点偏高，难以适应钛及钛合金粉体的高温烧结。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种低成本高密度钛合金产品的制作方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是，低成本高密度钛合金产品的制作方
法，包括以下步骤：
[0008]S1.将钛粉体或钛合金粉体与铜粉按质量比90～99.9：10～0.1混合，得到A粉；
[0009]S2.将所述A粉与高分子材料按重量比80～90：20～10混合后，在氩气环境下经加温加压密炼造粒，得到3mm*5mm的圆柱状喂料；
[0010]S3.将所述喂料通过成型机注射成型，得到生胚；
[0011]S4.对所述生胚进行脱脂，去除所述生胚中的部分高分子材料后得到褐胚；
[0012]S5.对所述褐胚进行高温烧结，去除剩余高分子材料并致密化褐胚，降温冷却后得到低成本高密度钛基合金产品；
[0013]步骤S1中，所述钛粉体或钛合金粉体的D50粒径为20～25um，所述铜粉的D50粒径为8～10um；
[0014]步骤S2中，所述高分子材料包括质量比为77～90％的聚甲醛、3～5％的高密度聚乙烯、0.1～1％的硬脂酸、0.1～1.0％的乙烯基双硬脂酰胺、1～5％的石蜡、1～5％的乙烯
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醋酸乙烯共聚物、1～5％的聚丙烯、0.1～0.5％的抗氧化剂、0.1～0.5％的活性剂；
[0015]步骤S3中，注射时，射嘴温度为175～195℃,模具温度100～130℃；
[0016]步骤S4中，脱脂是指将所述生胚放置在草酸催化脱脂炉中，以氩气充当载体,以120℃为工作温度,以1mm/h的脱脂速率进行注酸催化脱脂,在脱除所述生胚中的所述聚甲醛后,停止注酸并升温至160℃，使熔融的岛屿状高分子材料依靠毛细力在所述A粉的粉体表面形成薄膜,以提高所述褐胚的强度并避免空气中水分子的浸入；
[0017]步骤S5中，所述高温烧结在金属加热炉中进行，所述高温烧结的温度为1110～1250℃，所述高温烧结的模具缩率为1.15～1.22。
[0018]优选地，步骤S5中，所述低成本高密度钛基合金产品中包含α钛合金、β钛合金及TiCu2和Ti2Cu的化合物。
[0019]优选地，步骤S1中，所述钛粉体为α钛金属粉体，所述钛粉体包括TA2、TA15，所述钛合金粉体为α+β钛合金粉体，所述钛合金粉体包括TC4。
[0020]优选地，步骤S1中，所述钛粉体或钛合金粉体为级配粉，所述钛粉体或钛合金粉体的D90粒径为20～75um。
[0021]优选地，步骤S1中，所述钛粉体或钛合金粉体的颗粒形状包括球形、近球形、多边角形。
[0022]优选地，步骤S1中，所述铜粉为雾化铜粉或电解铜粉，所述铜粉的D90粒径为0.1～25um。
[0023]优选地，步骤S1中，所述钛粉体或钛合金粉体与所述铜粉的质量比97～99：3～1。
[0024]优选地，步骤S5中，所述高温烧结的模具缩率为1.15、1.16、1.165、1.17、1.18、1.19、1.20、1.21、1.22。
[0025]优选地，步骤S5中，所述高温烧结的温度为1120℃或1200℃。
[0026]优选地，步骤S5中，所述低成本高密度钛基合金产品的密度大于等于4.49g/cm3，硬度大于等于300HV。
[0027]进一步优选地，步骤S5中，所述低成本高密度钛基合金产品的密度为4.49～4.75g/cm3，硬度为300～380HV。
[0028]进一步优选地，步骤S5中，所述低成本高密度钛基合金产品的密度为4.49g/cm3、
4.50g/cm3、4.51g/cm3、4.69g/cm3、4.75g/cm3，硬度为300HV、310HV、320HV、320HV、330HV、340HV、380HV。
[0029]进一步优选地，步骤S5中，所述低成本高密度钛基合金产品的密度为4.49g/cm3，硬度为300HV，或，所述低成本高密度钛基合金产品的密度为4.50g/cm3，硬度为310HV，或，所述低成本高密度钛基合金产品的密度为4.49g/cm3，硬度为330HV，或，所述低成本高密度钛基合金产品的密度为4.51g/cm3，硬度为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本高密度钛合金产品的制作方法，包括以下步骤：S1.将钛粉体或钛合金粉体与铜粉按质量比90～99.9：10～0.1混合，得到A粉；S2.将所述A粉与高分子材料按重量比80～90：20～10混合后，在氩气环境下经加温加压密炼造粒，得到3mm*5mm的圆柱状喂料；S3.将所述喂料通过成型机注射成型，得到生胚；S4.对所述生胚进行脱脂，去除所述生胚中的部分高分子材料后得到褐胚；S5.对所述褐胚进行高温烧结，去除剩余高分子材料并致密化褐胚，得到低成本高密度钛基合金产品；其特征在于：步骤S1中，所述钛粉体或钛合金粉体的D50粒径为20～25um，所述铜粉的D50粒径为8～10um；步骤S2中，所述高分子材料包括质量比为77～90％的聚甲醛、3～5％的高密度聚乙烯、0.1～1％的硬脂酸、0.1～1.0％的乙烯基双硬脂酰胺、1～5％的石蜡、1～5％的乙烯
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醋酸乙烯共聚物、1～5％的聚丙烯、0.1～0.5％的抗氧化剂、0.1～0.5％的活性剂；步骤S3中，注射时，射嘴温度为175～195℃,模具温度100～130℃；步骤S4中，脱脂是指将所述生胚放置在草酸催化脱脂炉中，以氩气充当载体,以120℃为工作温度,以1mm/h的脱脂速率进行注酸催化脱脂,在脱除所述生胚中的所述聚甲醛后,停止注酸并升温至160℃，使熔融的岛屿状高分子材料依靠毛细力在所述A粉的粉体表面形成薄膜,以提高所述褐胚的强度并避免空气中水分子的浸入；步骤S5中，所述高温烧结在金属加热炉中进行，所述高温烧结的温度为1110～1250℃，所述高温烧结的模具缩率为1.15～1.22。2.根据权利要求1所述的低成本高密度钛合金产品的制作方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯春树，
申请(专利权)人：昆山卡德姆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：