[發明專利]鈦廢棄切屑循環固化的球磨?高壓扭轉方法

在審

• 申請號: 201611014536.4
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106694890A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 羅蓬
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: B22F8/00
• 分類號: B22F8/00;B22F9/04;B22F1/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司31227
• 代理人: 余晨波

技術領域

本發明涉及金屬材料加工技術，尤其涉及一種鈦廢棄切屑循環固化的球磨-高壓扭轉方法。

背景技術

廢棄金屬切屑循環處理的傳統技術是高溫熔鑄。然而，高溫熔鑄能耗大、污染重，效率低，且鑄造組織晶粒粗大，機械性能較差。為避免高溫熔鑄，發展了固相循環回收技術。通過對現有技術的文獻檢索發現，將等通道轉角擠壓(Equal channel angular pressing，簡稱ECAP)技術應用于處理金屬切屑，能夠細化晶粒，改善再制造材料的微觀組織形態，提高機械性能。Lapovok等在《Journal of Materials Science》2014年49卷1193-1204頁上發表“Multicomponent materials from machining chips compacted by equal-channel angular pressing(由等通道轉角擠壓切屑成形制備多組分材料)”一文，報道了通過鋁切屑及鎂切屑的相互混合，由ECAP循環再生多組分合金材料；Luo等在《Journal of Materials Science》2010年45卷4606-4612頁上發表“Recycling of titanium machining chips by severe plastic deformation consolidation(鈦切屑的劇烈塑性變形固態循環)”一文，提出通過回收廢棄的2級鈦(ASTM Grade 2)切屑，并由ECAP技術來循環再制造塊體材料。

高壓扭轉(High-pressure torsion，簡稱HPT)是另一種制備塊體納米金屬材料的劇烈塑性變形技術。Valiev和Langdon在《Advanced Engineering Materials》2010年12卷677-691頁上發表“The art and science of tailoring materials by nano-structuring for advanced properties using SPD techniques”(采用SPD技術實現材料納米結構調控及高性能化的科學與工藝)一文，指出HPT技術對于納米晶制備很有效。例如，采用HPT技術對純銅在6GPa的壓力及室溫下旋轉處理5道次，獲得小于100nm的超細微觀組織。相較之下，若采用ECAP技術處理純銅，在12道次之后微觀組織僅細化至～200nm。顯然，HPT技術的細化效率高于ECAP技術。而且，HPT在超高壓作用下可實現材料在低溫或室溫下的塑性加工。例如，高強度的密排六方鈦其塑性成形能力遠遜于銅，在室溫下難以塑性變形。Zhao等在《Scripta Materialia》2008年59卷542-545頁上發表“Microstructure and properties of pure titanium processed by equal-channel angular pressing at room temperature”(室溫等通道轉角擠壓制備純鈦的微觀結構與性能)一文，在室溫下用ECAP變形處理鈦材一道次。但為了減少變形抗力，ECAP模具夾角由90度增加到120度，且擠壓速率也較低(0.5mm/s)，這降低了ECAP的應變累積率和加工效率。相較而言，HPT技術能高效地實現鈦材的室溫加工。

球磨(Ball milling，簡稱BM)是一種廣泛用于制備超細粉體材料的劇烈塑性變形技術。對現有技術文獻的檢索發現，Mahboubi Soufiani等在《Materials and Design》2012年37卷152-160頁上發表“Formation mechanism and characterization of nanostructured Ti6Al4V alloy prepared by mechanical alloying(機械合金化制備Ti6Al4V合金納米結構的形成機制及表征)”一文，報道以鈦、鋁、釩的微米粉為原料，通過BM技術合成制備了具有納米尺度(小于100nm)的Ti-6Al-4V合金材料。此外，Zadra在《Materials Science and Engineering A》2013年583卷105-113頁上發表“Mechanical alloying of titanium(鈦的機械合金化)”一文，初始原料采用平均粒徑小于150μm的Ti粉末，首先通過BM處理，獲得小于25μm的純鈦超細粉末，并經過放電等離子燒結成功獲得塊體鈦材。