[發(fā)明專利]一種多孔制件的致密化方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110142696.8
• 申請(qǐng)日: 2011-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN102189261A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏青松;史玉升;薛鵬舉;陸恒;王基維;劉國(guó)承
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/16
• 分類號(hào): B22F3/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種多孔制件的致密化方法，該方法尤其適用于燒結(jié)多孔零件和鑄件的致密化。

技術(shù)背景

20世紀(jì)末以來(lái)，粉末直接成形零件的方法在加工制造業(yè)中所占的比重越來(lái)越大，這種方法擁有低成本，低能耗，能快速制造出零件等優(yōu)點(diǎn)，其產(chǎn)品廣泛用于機(jī)械結(jié)構(gòu)件、電器零件、磁性零件、耐熱零件和原子能反應(yīng)堆材料等領(lǐng)域。多孔是粉末直接成形零件的一個(gè)顯著特征，多孔會(huì)導(dǎo)致零件的致密度下降，力學(xué)性能、耐熱耐腐蝕能力顯著下降。提高這類零件的致密度，成為當(dāng)前粉末成形領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)。

幾種常見的粉末直接成形零件方法主要有：(1)粉末冶金方法壓制零件。該方法制得零件現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車、家用電器、農(nóng)機(jī)、辦公設(shè)備和電動(dòng)工具等行業(yè)。但是，粉末冶金工藝制件普遍存在著難以達(dá)到高致密化程度和期望的組織結(jié)構(gòu)的問題，制品內(nèi)部總有孔隙。材料不致密，大大降低了粉末冶金制件的各種性能，如普通粉末冶金制件的強(qiáng)度比相應(yīng)的鍛件或鑄件約低20％～30％。(2)激光快速成形零件的方法，目前主要有以下2種：①基于選擇性激光燒結(jié)(SLS)的間接方法；②選擇性激光熔化(SLM)的方法。上述2種方法可以獲得表面質(zhì)量和形狀、結(jié)構(gòu)比較精細(xì)、復(fù)雜的金屬制件，但其都存在各自的缺點(diǎn)。SLS件普遍存在致密度低(40％-50％)、力學(xué)性能較差等缺點(diǎn)。SLM件存在相對(duì)致密度低(50％-70％)、微觀缺陷多、殘余應(yīng)力大、機(jī)械強(qiáng)度不能滿足實(shí)際使用要求等缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)在很大程度上限制了制件的進(jìn)一步應(yīng)用，必須進(jìn)行一系列的后續(xù)工藝處理以提高制件的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

與多孔的粉末成形制件相比，鑄件的致密度要高很多。鑄造廣泛用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、螺旋槳和渦輪等的制造，其中用作螺旋槳和渦輪的鑄件必須保證很高的致密度，且不存在氣孔、縮孔和縮松等缺陷。但是液態(tài)金屬在鑄造過程中的凝固機(jī)理，決定了鑄件很難避免這些缺陷。

目前，國(guó)內(nèi)外提高多孔金屬零件(致密度在40％-90％之間)致密度的方法主要有：①熔滲：通過向金屬制件里滲入低熔點(diǎn)金屬(對(duì)多孔陶瓷件的致密則是通過滲入低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑)的方法提高制件的致密度，該方法的缺點(diǎn)是滲入的低熔點(diǎn)相會(huì)降低制件的高溫性能，如高溫強(qiáng)度、耐蠕變性、耐氧化性等，從而限制了材料在高溫下的用途。②復(fù)壓：利用冷等靜壓(CIP)的方法多次壓制多孔制件使其致密。用這種方法可以基本消除鑄件的縮孔、縮松等缺陷，但處理SLS制件時(shí)則需先進(jìn)行脫脂處理，工序比較復(fù)雜，實(shí)用價(jià)值不大。并且CIP因受最大壓力的限制，一般不能用于高熔點(diǎn)硬質(zhì)合金的致密。此外，這種方法不能處理包含有通孔的多孔制件。③再燒結(jié)：在保護(hù)氣氛或是真空中，將壓坯加熱到高溫，使壓坯內(nèi)部發(fā)生固態(tài)冶金反應(yīng)而改善粉末顆粒間界面的結(jié)合。此方法要求多孔制件中存在熔點(diǎn)較低的粘結(jié)相，因此不能提高SLM件和鑄件的致密度，應(yīng)用范圍比較窄。

此外，國(guó)內(nèi)外已有人用碎玻璃包覆不致密的毛坯制件，結(jié)合熱等靜壓(HIP，將制品放置到密閉的容器中，向制品施加各向同等壓力的同時(shí)施以高溫，在高溫高壓的作用下，使制品得以燒結(jié)或致密化)工藝處理，使制件坯達(dá)到要求的致密度。但是用這種方法致密多孔制件有一些缺點(diǎn)，如必須保證制件坯在熱等靜壓前的相對(duì)致密度達(dá)到92％以上，一般情況下很難達(dá)到，且制件里面不能有連通氣孔，否則玻璃融化后形成的玻璃包套里面會(huì)存在氣體，達(dá)不到熱等靜壓致密的效果。直接用玻璃包封多孔制件的另一個(gè)缺點(diǎn)是，玻璃脆性大，在搬運(yùn)過程中極易破碎，增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單的多孔制件的致密化方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，花費(fèi)時(shí)間短，可處理任意復(fù)雜的多孔制件，且只要求其初始致密度不小于40％，對(duì)于大多數(shù)鑄件、粉末燒結(jié)件和快速成形件尤為適用。

本發(fā)明提供的一種多孔制件的致密化方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

第1步將多孔制件置于金屬包套中，對(duì)金屬包套與端蓋連接處實(shí)施封焊；

第2步對(duì)金屬包套進(jìn)行檢漏，若金屬包套有漏氣現(xiàn)象，則需重新對(duì)金屬包套與端蓋連接處封焊，至不漏氣為止，若不漏氣，則直接進(jìn)行下一步；

第3步往金屬包套內(nèi)部充填玻璃粉，并震動(dòng)搖實(shí)；

第4步對(duì)金屬包套抽真空后，將抽氣管封焊，從而獲得壓坯；

第5步對(duì)壓坯進(jìn)行熱等靜壓處理；

第6步待熱等靜壓爐膛冷卻后將壓坯取出。

本發(fā)明采用包套材料加玻璃粉包封多孔制件，用熱等靜壓的方法使其致密，本方法擴(kuò)大了致密多孔制件的范圍，簡(jiǎn)化了工藝過程，且該方法生產(chǎn)成本相對(duì)較低，經(jīng)過處理后的制件具有很高的致密度和機(jī)械性能，能滿足實(shí)際使用需求。具體而言，這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：