[發明專利]一種添加改性劑的粉末冶金制備鈦材的方法

在審

• 申請號: 201711310915.2
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108034850A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 黃陸軍;姜山;安琦;張芮;王存玉;李陽;紀明;耿林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C14/00;C22C32/00;B22F1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

一種添加改性劑的粉末冶金制備鈦材的方法。本發明涉及一種粉末冶金制備鈦材的方法。本發明目的是為了解決現有粉末冶金法制備出的鈦材的由于組織不可控導致的組織粗大、塑性降低的問題。方法：一、機械攪拌混粉：將改性劑粉末和純鈦及鈦合金粉用攪拌混料機進行機械混粉，得到復合粉末；二、燒結：將復合粉末裝入抽真空的密閉容器中進行燒結，自然冷卻至室溫，得到組織可控的改性粉末冶金鈦材的。本發明用于制備鈦材的。

技術領域

本發明涉及一種粉末冶金制備鈦材的方法。

背景技術

鈦材與其它金屬材料相比，具有較高的比強度、高溫強度以及較好的耐腐蝕性等諸多優異的性能而在機械工程、生物醫學、海洋工程、化工、冶金、建材及一般民用工業中，尤其是航空航天領域以及武器裝備領域中得到了廣泛的應用。鈦材性質優良，儲量豐富。從工業價值和資源壽命的發展前景看，它僅次于鐵、鋁而被譽為正在崛起的“第三金屬”。具有非常高的強度-重量比、優秀的耐腐蝕性能、高熔點、較低的線膨脹系數等優異性能，被稱為21世紀最重要的金屬材料。然而鈦是一種熔點高、活性非常強的金屬，在高溫下極易與空氣中的C、O、N元素反應，大大增加了熔鑄法制備鈦材的困難程度。此外，熔鑄法制備鈦材及其構件，材料利用率低浪費大、組織粗大性能低、氣孔/縮孔等鑄造缺陷多。粉末冶金具有設備投入成本低、可實現產品近凈成形、節約原材料、產品性能高、生產周期短等優勢，克服了鈦材熔鑄的困難，成為了鈦材零部件生產的最重要的方法之一，在歐美市場很多重要構件都采用粉末冶金鈦材制備。燒結是粉末冶金制備鈦材中最重要的步驟，為了使燒結制得的鈦材具有較高的致密度，燒結過程往往選用較高的燒結溫度和較長的保溫時間，這就會使得材料組織的生長不受控制，最終導致制得鈦材的綜合性能較差。

發明內容

本發明是為了解決現有粉末冶金法制備出的鈦材由于組織不可控導致的組織粗大、塑性降低的問題，而提供一種添加改性劑的粉末冶金制備鈦材的方法。

本發明一種添加改性劑的粉末冶金制備鈦材的方法按以下步驟進行：

一、機械攪拌混粉：按質量百分比將0.05％～1％的改性劑粉末和99％～99.95％的鈦材粉用攪拌混料機進行機械混粉，混粉時間為1h～15h，得到復合粉末；所述鈦材為純鈦或鈦合金；所述改性劑粉末的粒度為0.1～5μm，所述鈦材粉的粒度為37～300μm；

二、燒結：將復合粉末裝入抽真空的密閉容器中進行燒結，在燒結溫度為850～1500℃和壓力為10～200MPa的條件下燒結0.5h～5h，自然冷卻至室溫，得到組織可控的改性粉末冶金鈦材。

本發明的有益效果：

本發明克服了粉末冶金制備鈦材晶粒粗大、組織不可控制導致的力學性能不足的問題，僅僅增加了簡單、低成本的機械攪拌混粉步驟，使所制得的鈦材的晶粒尺寸較直接燒結出的鈦材相比得到明顯的細化，抗拉強度和延伸率較傳統粉末冶金方法制得的鈦材得到了顯著的提升，具有十分優異的綜合力學性能，同時實現了材料的強化和韌化。本發明中，在機械攪拌混粉之后，將混合粉末裝入磨具中進行燒結。在燒結過程中，改性劑粉末與鈦材發生原位反應，從而實現較強的界面結合強度。改性劑的存在一方面可以作為鈦材晶粒的形核質點，另一方面可以作為晶粒長大的障礙限制晶粒長大，兩方面的作用對鈦材晶粒形貌均有細化作用，晶粒細化會帶來材料強度和塑性的同時提升，實現強韌化。此外，鑲嵌在鈦材中的改性劑可以通過阻礙位錯運動以發揮強化作用。分布于晶粒內部的晶須和顆粒還可以作為晶粒內位錯的捕獲點，使位錯限制在晶粒內部，限制位錯在晶界處的集中，從而提高鈦材均勻變形的能力，提高鈦材的塑性。對于使用粒徑為80～120μm球形TC4鈦合金粉末，直接粉末冶金燒結得到鈦合金的抗拉強度為889MPa，延伸率為11.31％。當加入質量分數為0.15％的TiB2改性劑后，燒結得到的鈦合金的抗拉強度為975MPa，延伸率為22.84％，較傳統粉末冶金制備鈦材均獲得了顯著提升，實現了材料的強韌化。