[發(fā)明專利]泡沫鈦及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710213301.6
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN106903316B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝波;穆天柱;范亞卓;李開華
• 申請（專利權(quán)）人: 攀鋼集團(tuán)研究院有限公司
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙) 51124
• 代理人: 梁鑫;高蕓

本發(fā)明屬于粉末冶金制備泡沫金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鈦及其制備方法和用途。針對現(xiàn)有技術(shù)制備泡沫鈦設(shè)備要求高、成本高、孔隙率和孔徑不可控制等問題，本發(fā)明提供一種泡沫鈦的制備方法：將鈦粉和造孔劑CaCl₂顆粒加入粘接劑混合后，壓實(shí)成坯，脫模干燥；預(yù)燒結(jié)；燒結(jié)；燒結(jié)后浸泡干燥得泡沫鈦。該方法制備流程簡單、性價比高、對環(huán)境無污染，且制備出來的泡沫鈦具有孔徑、孔隙率、孔形可控等優(yōu)點(diǎn)，在吸能減震和過濾分離方面具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金制備泡沫金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鈦及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

泡沫鈦是一種新型多孔金屬結(jié)構(gòu)功能材料，可用于過濾分離、流體控制、能量吸收、消聲降噪、熱管理、催化劑載體等領(lǐng)域。與不銹鋼、銅、鋁等材質(zhì)的多孔材料相比，金屬鈦因?yàn)楸葟?qiáng)度高、耐腐蝕、生物相容性好等特點(diǎn)，具有一系列獨(dú)特的應(yīng)用前景。例如，利用比泡沫鋁更耐高溫、強(qiáng)度更高的特點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域可部分取代泡沫鋁材料服役于航天器的著陸保護(hù)；利用鈦金屬高耐蝕性的特點(diǎn)，可以將泡沫鈦材料用作強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的催化劑載體或過濾網(wǎng)器件；利用其相容性和多孔性可以制備骨關(guān)節(jié)等生物人體植入材料。

目前泡沫鈦的制備工藝有纖維燒結(jié)法、凝固法、壓縮膨脹法、有機(jī)泡沫浸漬法、自蔓延高溫合成法、粉末冶金燒結(jié)法等。纖維燒結(jié)法能制備較高孔隙率的泡沫鈦，但是產(chǎn)品尺寸受限，成本較高；凝固法制備工藝簡單、易于批量生產(chǎn)，但是孔隙不具備三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且分布不均勻；壓縮膨脹法生產(chǎn)周期短、可以控制孔大小和連通性，但是工藝復(fù)雜設(shè)備要求較高；有機(jī)泡沫浸漬法工藝簡單，但是僅能制備開孔制品、有環(huán)境污染；自蔓延高溫合成法制備成本低，但是只能制備成分有限的泡沫鈦合金；粉末冶金法工藝簡單、成本低廉、設(shè)備要求低，能制備出孔隙率、孔徑可控的泡沫鈦，粉末冶金一般通過添加造孔劑的方法使金屬材料的內(nèi)部產(chǎn)生孔洞，常用的造孔劑有NaCl、NaF、碳酸氫銨、甲基丙烯酸甲酯、淀粉、K₂CO₃、尿素、精萘、sugar等。但是尿素等有機(jī)物的熔點(diǎn)低，在加熱過程中容易分解，金屬粒子之間還沒有形成結(jié)合，結(jié)構(gòu)因此會傾塌，不容易控制孔形，同時也不利于制備高熔點(diǎn)的泡沫金屬，而且尿素會釋放氨氣，對環(huán)境不利。碳酸鉀分解溫度雖然較高，但其化學(xué)性能不穩(wěn)定，高溫可能會與金屬反應(yīng)，釋放的CO₂有可能導(dǎo)致金屬基體的氧化。NaF有毒且其水溶液呈堿性，對金屬基體有腐蝕性。NaCl也存在造孔劑不易清除，殘留的NaCl會污染或者腐蝕基體，且孔形和孔的分布不容易控制等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)制備泡沫鈦設(shè)備要求高、成本高、孔隙率和孔徑不可控制等問題。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為：提供一種泡沫鈦的制備方法。該方法包括以下步驟：

a、按體積比1～3﹕7～9稱取鈦粉和造孔劑，再加入粘接劑混勻；

b、將步驟a混勻后物料置入模具中壓實(shí)成坯，壓力為100～300MPa，保壓時間1～3min，脫模干燥；

c、在惰性氣體保護(hù)下，將步驟b中干燥的坯料進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)爐內(nèi)升溫至780～830℃，保溫1～2h，隨后再升溫至1100～1300℃進(jìn)行燒結(jié)，保溫1～3h，隨爐冷卻到室溫；

d、將步驟c中冷卻后的坯料放入沸水中浸泡0.5～1h，干燥后即得到泡沫鈦。

其中，上述泡沫鈦的制備方法中，步驟a中所述鈦粉粒徑為100～300目，形狀為不規(guī)則鈦粉或球形鈦粉中的一種。

其中，上述泡沫鈦的制備方法中，步驟a中所述的造孔劑為CaCl₂，形狀為球形和不規(guī)則形。

其中，上述泡沫鈦的制備方法中，步驟a中所述的CaCl₂粒徑為0.3～3.2mm。

其中，上述泡沫鈦的制備方法中，步驟a中所述的粘結(jié)劑為無水乙醇。