【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种注射成形高强钛合金的制备方法，属于粉末冶金材料的制备。
技术介绍
0、技术背景
1、钛合金具有低密度、高比强度、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。随着航空航天以及军工行业对钛合金性能尤其是强度要求越来越高，高强钛合金的需求愈发强劲，并得到了飞速发展。科研人员从成分设计、变形加工、后续的热处理工艺多个角度来提高钛合金的强度，以达到高性能轻量化的目的。合理的钛合金成分设计可以避免不必要的后续加工工序，并能高效、低成本地制备出高强钛合金。
2、由于钛的加工性能较差，通过传统的加工方式很难稳定高效的制备出形状复杂的钛合金零件，并且加工过程中会造成资源和能源浪费，这也导致了钛合金制品的成本上升。金属粉末注射成形技术是一种将粉末冶金技术和注塑成型技术相结合的成型工艺，它结合了粉末冶金技术成本低、成分选择灵活，以及注塑成型技术可以大批量生产形状复杂的零部件的优点，特别适合制备结构复杂的小型零部件。然而，当前针对粉末无压真空烧结尤其是注射成形制备的钛合金强度仍低于1000mpa，远未达到高强钛合金(强度高于1100mpa)的性能要求。所以，目前亟需开发一种适合注射成形工艺的高强钛合金及其制备工艺。
3、碳纳米管(cnt)具有非常优异的物理力学性能——杨氏模量和强度分别高达1tpa、100gpa。近年来，碳纳米管(cnt)被学术界广泛作为纳米强化相来改善材料的力学性能，并与钛粉能在烧结过程中原位形成tic纳米第二相，能起到细化钛合金晶粒(细晶强化)和弥散强化的效果，理论上能大
技术实现思路
1、本专利技术的目的是开发一种注射成形高强钛合金成分及其注射成形制备方法，以满足航空航天、消费电子等高
对于高强度钛合金材料使用要求的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
3、一种注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
4、步骤一，取适量球形tc4粉体和碳纳米管组成的混合粉体放入v型混料机中混合4～8h，转速为150r/min。步骤二，将步骤一所制得的粉末与相应装载量所对应的粘结剂在v型混料机内进行预混合28～32min；所述粘结剂是蜡基粘结剂或者塑基粘结剂；
5、步骤三，将步骤二混合后的粉末和粘结剂放入sh-2气氛式捏合机中捏合得到喂料；
6、步骤四，将捏合好的喂料，进行破碎，造粒；
7、步骤五，将步骤四造粒得到的喂料放入注射机，进行注射；
8、步骤六，当采用蜡基粘结剂时，则将步骤五注射制得的拉伸条放入三氯乙烯溶液中脱脂，得到溶剂脱脂坯；当采用塑基粘结剂时，则将步骤五注射制得的拉伸条放入草酸脱脂炉内脱脂；
9、步骤七，将步骤六的脱脂坯放入高真空烧结炉进行脱脂烧结。
10、进一步地，步骤一所述球形tc4粒径为0～25μm，碳纳米管纯度＞95％，内径3～5nm，外径8～15nm，长度3～12μm，比表面积＞233m2/g，实际密度2.1g/cm3；碳纳米管的添加量为所添加球形tc4粉体质量的1％～2.5％。
11、进一步地，步骤三所述捏合温度，蜡基粘结剂体系捏合温度160～170℃，塑基粘结剂体系捏合温度180～190℃，捏合时间是1.8～2h。
12、进一步地，步骤四所述造粒设备为cf-ф60双腕挤出造粒机；蜡基粘结剂体系造粒温度为150～165℃，塑基粘结剂体系造粒温度为175～185℃，挤出速度10～20hz，下料速度5～10hz，切割速度5～10hz，粒径3mm，粒径长度2～4mm。
13、进一步地，步骤五所述注射机为em120-svp/2震雄120吨注射机，注射模具为拉伸条模具。
14、进一步地，步骤六所述的三氯乙烯溶液脱脂温度范围为38～60℃，保温时间为8～24h；所述草酸脱脂温度范围为110～120℃，脱脂时间为7.5～8.5h。
15、进一步地，步骤七所述的真空烧结炉为bfzs1903111钼片式高真空烧结炉；所述热脱脂以5℃/min升温，在300℃、450℃、550℃三个不同温度段各保温1h；热脱脂后以10℃/min升温至烧结温度保温1～5h；烧结温度范围为1000～1300℃，真空无压烧结过程中真空度为0.01pa，随后进行随炉冷却至室温。
16、为了验证本专利技术方法制得的高强钛合金产品的效果，本专利技术将将按上述方法制备的烧结样品进行密度测试及室温拉伸力学性能测试。并将烧结样品制成金相试样，用su8100冷场发射扫描电子显微镜进行观察。
17、其中，密度测试方法按照gb/t1423-1996国家执行标准实施。
18、室温拉伸力学性能测试方法按照gb/t228.1-2010国家标准实施。
19、制备的烧结样品的制备方法是用800、1500、3000目砂纸将样品打磨，再用pg-1a抛光机抛光，使用kroll试剂(氢氟酸：浓硝酸：水体积比为1：3：15～30)对样品进行擦拭侵蚀50～80s。腐蚀后立刻放入酒精溶液，放置1min，然后用吹风机吹干即可得到金相试样。
20、所制金相试样用su8100冷场发射扫描电子显微镜进行观察。通过观察可以得到不同的工艺条件下的金相试样的显微组织形貌，从而从组织形态上判断出不同工艺条件的产品效果。
21、使用上述方法制备的注射成形高强钛合金与现有技术相比具有以下优点
22、1.本专利技术通过粉末无压真空烧结制备的注射成形高强钛合金致密度＞98.0％，抗拉强度＞1200mpa，屈服强度＞1110mpa，延伸率＞5.0％，具有十分优异的力学性能，是目前强度最高的无压真空烧结注射成形钛合金。
23、2.本专利技术采用的碳纳米管作为第二相进行增强钛合金，同样适用于钢、铝合金等其他金属领域，所述第二相也可采用石墨粉末、tic粉末和tib2粉末等。
24、3.本专利技术通过引入碳，并原位生成碳化物增强相，实现高强钛合金的制备，整个过程并未引入铌、铬、钼等昂贵稀有金属元素实现强化作用，既起到了降成本的目的，又可以不依赖稀有金属强化，保障了战略安全资源。
25、4.本专利技术制备的高强钛合金过程中无需后续的热处理，工艺简单、成本低、应用范围广、可批量生产。
26、下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述
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1.一种注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤一所述球形TC4粒径为0～25μm，碳纳米管纯度＞95％，内径3～5nm，外径8～15nm，长度3～12μm，比表面积＞233m2/g，实际密度2.1g/cm3；碳纳米管的添加量为所添加球形TC4粉体质量的1％～2.5％。
3.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤三所述捏合温度，蜡基粘结剂体系捏合温度160～170℃，塑基粘结剂体系捏合温度180～190℃，捏合时间是1.8～2h。
4.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤四所述造粒设备为CF-Ф60双腕挤出造粒机；蜡基粘结剂体系造粒温度为150～165℃，塑基粘结剂体系造粒温度为175～185℃，挤出速度10～20Hz，下料速度5～10Hz，切割速度5～10Hz，粒径3mm，粒径长度2～4mm。
5.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤五所述注射机为EM
6.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤六所述的三氯乙烯溶液脱脂温度范围为38～60℃，保温时间为8～24h；所述草酸脱脂温度范围为110～120℃，脱脂时间为7.5～8.5h。
7.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤七所述的真空烧结炉为BFZS1903111钼片式高真空烧结炉；所述热脱脂以5℃/min升温，在300℃、450℃、550℃三个不同温度段各保温1h；热脱脂后以10℃/min升温至烧结温度保温1～5h；烧结温度范围为1000～1300℃，真空无压烧结过程中真空度为0.01Pa，随后进行随炉冷却至室温。
...【技术特征摘要】
1.一种注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤一所述球形tc4粒径为0～25μm，碳纳米管纯度＞95％，内径3～5nm，外径8～15nm，长度3～12μm，比表面积＞233m2/g，实际密度2.1g/cm3；碳纳米管的添加量为所添加球形tc4粉体质量的1％～2.5％。
3.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤三所述捏合温度，蜡基粘结剂体系捏合温度160～170℃，塑基粘结剂体系捏合温度180～190℃，捏合时间是1.8～2h。
4.根据权利要求1所述的注射成形高强钛合金的制备方法，其特征在于，步骤四所述造粒设备为cf-ф60双腕挤出造粒机；蜡基粘结剂体系造粒温度为150～165℃，塑基粘结剂体系造粒温度为175～185℃，挤出速度10～20hz，下料速度5～1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，曲选辉，魏敬浩，秦明礼，章林，游志伟，刘畅，陈佳男，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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