本发明专利技术提供一种粉末冶金法制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的方法，属于粉末冶金技术领域，其包括以下步骤：a.将TiH2粉、Nb粉、Zr粉及Sn粉按质量比TiH2：Nb：Zr：Sn=66.1：24：4：7.9配置；b.将配置好的粉末干混5小时；c.将干混后的粉末在万能材料试验机中压制成形，其中压制压力为350Mpa，保压时间为7～8s；d.将压制成形的试样在真空烧结炉中烧结。相对现有技术，本发明专利技术所提供的制备方法具有烧结温度低、烧结时间短、所得产物致密度高、晶粒尺寸较细小均匀，杂质少，拉伸强度高，硬度大等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于粉末冶金
，特别涉及。
技术介绍
钛及其钛合金具有低密度、高比强度、良好的高温强度、卓越的耐腐蚀性等优异性能，广泛应用于汽车、生物工程和航空航天等领域。但是，钛及其合金的机加工性能差，硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削，成为大量生产复杂形状零件的障碍，因而用粉末冶金法生产钛部件备受注目。钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6A1-4V ELI合金，但会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害。美国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、 英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6A1-4V ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水平，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。β型钛合金是近年来钛合金重点研究领域，日本TKK公司采用Ti粉与 39A1-26V-17. 5Fe-17. 5Mo中间合金粉，通过混料、模压以及真空烧结制备了 SP-700钛合金，Ti-15Mo-3Nb是美国TIMET公司在Ti-15Mo-3Nb_3Al基础上发展的一种新型低弹性模量、高强度和具有更好抗腐蚀性能的一种亚稳定β型生物钛合金，Ti-MNb-4&-7. 9Sn合金是一类特殊的β型钛合金，中科院金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室工程合金研究部杨锐、郝玉琳等专家采用熔铸法研制成功并已在临床试用，此方法对实验材料，实验环境等要求比较高，而采用粉末冶金法制备Ti-24Nb-4&-7. 9Sn合金因其制备工艺简单，成本低，近年来已成为钛基复合材料研究领域的热点之一。粉末冶金是制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。粉末冶金新技术不同于传统烧结方法的特点(1)粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的铸造组织。 在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料(如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等)具有重要的作用。(2)可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。(3)可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。(4)可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。(5)可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。但现有的粉末冶金技术还存在着烧结温度较高，烧结时间较长，所制得的Ti-Nb-Zr-Sn合金杂质较多，在微观观察下晶粒尺寸不均勻，且空隙较多等缺陷。
技术实现思路
为解决现有Ti-Nb-Zr-Sn合金制备方法存在的上述技术问题，本专利技术提供，本专利技术所提供的制备方法具有烧结温度低、烧结时间短的优点，所得产物致密度高、晶粒尺寸较细小均勻，杂质少。本专利技术解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤a.将TH2粉、Nb粉、Zr粉及Sn粉按质量比TiH2 =Nb =Zr :Sn=66. 1 :24 :4 :7. 9配置；b.将配置好的粉末干混5小时； c.将干混后的粉末在万能材料试验机中压制成形，其中压制压力为350 Mpa，保压时间为 7 8 s;d.将压制成形的试样在真空烧结炉中烧结。上述步骤d中的烧结工艺步骤为首先以升温时间60min、真空烧结炉功率为30KW 功率的速度升温至300°C，在该温度下保温30min，再以升温时间90min、真空烧结炉功率为 50KW功率的速度升温至750°C，在该温度下保温20min，然后以升温时间20min、真空烧结炉功率为60KW功率的速度升温至1000°C，在该温度下保温20min，最后以升温时间30min、真空烧结炉功率为70KW功率的速度升温至烧结温度，在该温度下保温1-4小时后随炉冷却。进一步来说，上述步骤d中的烧结工艺步骤中，最后以升温时间30min、真空烧结炉功率为70KW功率的速度升温至烧结温度为1150°C _1350°C，在该温度下保温1_4小时后随炉冷却。本专利技术的技术效果在于1)与普通熔炼法比较，采用粉末冶金法制备能生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，且烧结致密化时间显著减少，烧结温度也显著降低。2)粉末冶金法制备制备的Ti-Nb-Zr-Sn合金致密度最高可达97. 7%，晶粒尺寸约为48 μ m，微观结构良好，孔隙很少，合金具备拉伸强度高，硬度大的优点。附图说明图1为实施例1所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。图2为实施例2所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。图3为实施例3所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。图4为实施例4所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。图5为实施例5所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。图6为实施例5所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。图7为实施例5所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。图8为实施例5所制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口形貌。 具体实施例方式下面借由实施例对本专利技术进行进一步的说明，但本专利技术不仅限于以下实施例，不能以此限定本专利技术的范围。实施例1将TiH2粉、Nb粉、Zr粉及Sn粉按质量比TiH2 =Nb =Zr :Sn=66. 1 :24 4 :7. 9配置，将配置好的粉末在四罐混料器内干混5小时，采用万能材料试验机，压制压力350 Mpa下，保压 7 8 s，将试样在真空钼丝炉中烧结。烧结工艺为首先以升温时间60min、真空钼丝炉功率为30KW功率的速度升温至300°C，在该温度下保温30min，再以升温时间90min、真空钼丝炉功率为50KW功率的速度升温至750°C，在该温度下保温20min，然后以升温时间20min、真空钼丝炉功率为60KW功率的速度升温至1000°C，在该温度下保温20min，最后以升温时间 30min、真空钼丝炉功率为70KW功率的速度升温至烧结温度1150°C，在该温度下保温浊后随炉冷却，得到致密度为93. 5%，晶粒平均尺寸为45 μ m的Ti-Nb-Zr-Sn合金。由图1可看出，制备的Ti-Nb-Zr-Sn合金的断口呈颗粒状，且孔隙较多，有韧窝。实施例2本实施例与实施例1的不同处仅在于，烧结工艺步骤中最后以升温时间为30min、真空钼丝炉功率为70KW功率的速度升温至烧结温度1200°C，在该温度下保温池后随炉冷却本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种粉末冶金法制备Ｔｉ－Ｎｂ－Ｚｒ－Ｓｎ合金的方法，包括以下步骤：ａ．将ＴｉＨ２粉、Ｎｂ粉、Ｚｒ粉及Ｓｎ粉按质量比ＴｉＨ２：Ｎｂ：Ｚｒ：Ｓｎ＝６６．１：２４：４：７．９配置；ｂ．将配置好的粉末干混５ 小时；ｃ．将干混后的粉末在万能材料试验机中压制成形，其中压制压力为３５０ Ｍｐａ，保压时间为７～８ ｓ；ｄ．将压制成形的试样在真空烧结炉中烧结。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭世柏，蔡春波，康启平，张勇强，肖勇，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：43
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