[發明專利]一種利用氫化鈦粉制備高致密度鈦制品的方法

在審

• 申請號: 201710149235.0
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN107034375A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 陳峰;閆志巧
• 申請（專利權）人: 廣東省材料與加工研究所
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所44216
• 代理人: 劉卉

技術領域

本發明涉及粉末冶金技術領域，具體是涉及一種利用氫化鈦粉制備高致密度鈦制品的方法。

背景技術

金屬鈦及其合金具有比強度高、抗腐蝕能力強、高溫性能優良等特點，在航空、航天、兵器以及汽車工業等領域的應用日益廣泛。然而，常規熔煉鑄造法工藝路線長，材料利用率低，且鈦冷加工性能較差，導致鈦材的生產成本較高，限制了鈦及鈦合金的進一步應用。

粉末冶金在零部件制造方面具有組織細小均勻、成分可控、節省原料等一系列優點，是制造低成本鈦合金的理想工藝之一。傳統的粉末冶金方法以氫化脫氫鈦粉及其與合金元素的混合粉末為原料，經壓制成形后，采用真空燒結制備鈦及鈦合金。由于鈦的化學活性高，氫化脫氫鈦粉表面存在一層氧化膜，阻礙了鈦的燒結致密化，燒結致密度通常在95%左右，導致制備的鈦及鈦合金力學性能差。此外，氫化脫氫鈦粉在壓制過程中容易發生加工硬化，壓縮性差，且容易造成模具表面拉傷，通常難以獲得高的生坯密度和良好的表面光潔度，同時燒結過程中燒結溫度較高，易生成粗大的魏氏體，導致產品性能大幅下降。若采用熱等靜壓燒結工藝等，不僅會顯著增加生產成本，也會在一定程度上喪失粉末冶金工藝的近凈形優勢。因此，以氫化脫氫鈦粉為原料，采用常規壓燒工藝，多用于制備低性能的鈦或鈦合金制品。

有研究以氫化鈦粉替代傳統的氫化脫氫鈦粉，利用氫的擴散解析作用和間隙固溶特性，使鈦晶格中的空位濃度和位錯濃度增加，增加了鈦的表面活性，降低了燒結過程中的自由能，從而使燒結體致密度增加。然而由于氫化鈦脆性大，采用模壓工藝難以壓制成形，通常需要添加高體積含量的成形劑，方可獲得一定形狀的坯體。成形劑的脫除不僅進一步增加了工藝流程，并且C、H、O等間隙元素也容易引起制品的污染，從而降低產品性能。因此，氫化鈦粉一直難以在粉末冶金鈦合金中獲得廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中氫化脫氫鈦粉和氫化鈦粉制備鈦制品的不足，提供一種工藝流程短、燒結活性好、成形容易的利用氫化鈦粉制備高致密度鈦制品的方法。

本發明所述的利用氫化鈦粉制備高致密度鈦制品的方法，其特點是包括部分脫氫、壓制成形和真空燒結，具體為：

1）部分脫氫：以氫化鈦粉為原料，置于氧化鋁燒舟內，然后在真空燒結爐中，抽真空至真空度低于1×10^-3Pa，以5～10℃/min 的升溫速率升至600～650℃，保溫1～5分鐘，實現部分脫氫，得到不飽和TiH_x（0＜X＜2）粉末；

2）壓制成形：采用模壓將不飽和TiH_x粉末進行壓制成形，或者將不飽和TiH_x粉末與單質金屬元素粉末或合金元素粉末混合均勻后再采用模壓進行壓制成形，成形壓強為550～600MPa；

3）真空燒結：將壓坯置于真空燒結爐內，抽真空至真空度低于1×10^-3Pa，進行真空燒結，燒結溫度為1150～1350℃，燒結時間為2～3h，爐冷得到高致密度鈦制品。

其中，上述氫化鈦粉部分脫氫后，質量減少1.25～3.66%。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：

本發明通過對氫化鈦粉進行部分脫氫處理，使之轉變為不飽和氫化鈦粉（TiH_x（0＜X＜2））。該不飽和氫化鈦粉由表面的純鈦層、中部的不飽和氫化物層及芯部的氫化鈦構成。采用傳統模壓成型，不僅可獲得高致密度的生坯，而且可獲得較高的生坯強度和較好的表面光潔度。同時，利用殘余的TiH₂/TiH_x在燒結過程中氫的可逆合金化作用，使高溫下鈦原子的擴散速率增大，有利于改善鈦的燒結活性。高的壓坯致密度和良好的燒結活性協同作用，有助于獲得高致密度的鈦制品。本發明克服了現有技術中氫化脫氫鈦粉燒結活性差和氫化鈦粉成形困難的難題，為短流程制備高致密度鈦制品提供了一種簡易可行的方法。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的詳細描述。

實施例1：