[发明专利]方法

说明书

本发明涉及控制粉末注模形成的材料中碳和/或氧含量的方法。具体地讲，本发明提供合金，优选钛合金，或具有提高纯度的金属陶瓷。

有很宽范围金属合金用于不同应用，各合金提供多种性质的具体组合，包括强度、延性、抗蠕变性、耐腐蚀性、抗疲劳性和可铸性。例如，虽然纯钛非常耐腐蚀，但其耐腐蚀性可通过用0.15%重量钯形成合金来改善。同样，Ti-6Al-4V是显示高强度、抗蠕变性、抗疲劳性和可铸性的常用钛合金。Ti-6Al-4V的耐腐蚀性也可类似地通过加入钯来改善。

与其它金属或合金比较，钛的全球产量小，目前生产的大部分钛用于航空航天工业。然而，其它工业，已遇到它们需要的材料的寻源方面的困难，并且已另外发现由于高钛价保持大量一定范围不同钛合金不合乎需要。

现已设计金属陶瓷，以便它们显示陶瓷和金属组分两者的特征。关于这一点，陶瓷组分可贡献耐高温性和硬度，而金属组分可贡献塑性变形。金属陶瓷已用于电子工业(制造电阻器和电容器)、陶瓷-金属接头和密封及医疗应用(例如牙科)。

粉末注模(PIM)是制备定制组合物的熟悉方法(参见，例如“Injection Molding of Metals and Ceramics”(金属和陶瓷的注模)，Randall M. German和Animesh Bose，MPIF Publishers，1997(ISBN No. 1-878-954-61-X)，所述文献出于所有目的全文通过引用结合到本文中)。通常，PIM包括将粉末和粘合剂混合成原料，然后将原料制粒，并注模成“绿”体。然后，通过去除粘合剂，使绿体转变成“棕”体。去粘合的方法可以为热方法，粘合剂可通过溶剂萃取或两种方法的组合去除。不考虑产生棕体的方法，方法的最终步骤包括熔结产生被称为“白”体的材料。

具有与流程气体(如，氢、氧或氮)反应的亲合力的粉末相关的PIM有关的一个缺点是需要在整个制造过程中保持高水平纯度。根据被处理的金属粉末，流程气体和温度偏移的不良控制可导致在熔结的金属体内形成不合乎需要水平的例如氧化物、氮化物或氢化物杂质。用钛PIM的情况作为实例，熟知在PIM处理期间使用的温度条件并且分别在氧、氮或氢存在下形成钛氧化物、氮化物或氢化物。已观察到，存在隙间掺杂元素可对合金性质具有大的影响，因此，在标准合金组合物内仔细确定(参见，例如“Titanium and Titanium Alloys”(钛和钛合金)，Kirk-Othmer：Encyclopaedia of Chemical Technology，4^th Edition，Vol. 24，pg 186-224，所述文献为了所有目的全文通过引用结合到本文中)。

与PIM相关的第二个缺点是，在绿体中存在相对大量有机物质(有效和可再现模压操作粘合剂作用需要)可导致在最终熔结体中不合乎需要水平的基于碳的杂质。在去粘合和熔结阶段使用不适合的粘合剂组合物和/或不良工艺控制可导致不完全去除粘合剂材料，这可变得残留在最终熔结体内。在钛和钛合金的情况下，例如，通常规定存在低水平碳杂质，一般小于0.1%，以避免在合金中大于0.2%水平出现脆的固体碳化物相(参见，例如，ASTM国际钛合金标准表，所述文献出于所有目的全文通过引用结合到本文中)。

除了在白体中产生基于碳的杂质的粘合剂制剂的可能性外，为去除粘合剂选择粘合剂制剂和工艺条件之间的相互影响也可导致在最终熔结体中另外的不合乎需要的基于氧、氢和氮的杂质的形成。例如，S. Froes的“Getting better：big boost for titanium MIM prospects”(越来越好：钛PIM希望的大提高)中表II和III(Metal Powder Report Volume 61, Issue 11, December 2006, Pages 20-23，所述文献出于所有目的全文通过引用结合到本文中)分别列出钛合金PIM粘合剂组合物的选择和主要在实验室规模方法中使用那些组合物制备的熔结合金的性质。多数去粘合方法包括基于热或溶剂的方法，或者有时两者的组合。虽然基于溶剂的方法已显示能够制备具有低杂质水平的熔结钛体，但产生大量污染溶剂，成为需要随后操作和处理的废流。从那些表的回顾明显看出，用ASTM标准杂质水平得到熔结合金组分对很多从业者仍是挑战。