[发明专利]一种多孔制件的致密化方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种多孔制件的致密化方法，该方法尤其适用于烧结多孔零件和铸件的致密化。

技术背景

20世纪末以来，粉末直接成形零件的方法在加工制造业中所占的比重越来越大，这种方法拥有低成本，低能耗，能快速制造出零件等优点，其产品广泛用于机械结构件、电器零件、磁性零件、耐热零件和原子能反应堆材料等领域。多孔是粉末直接成形零件的一个显著特征，多孔会导致零件的致密度下降，力学性能、耐热耐腐蚀能力显著下降。提高这类零件的致密度，成为当前粉末成形领域面临的一大挑战。

几种常见的粉末直接成形零件方法主要有：(1)粉末冶金方法压制零件。该方法制得零件现已广泛应用于汽车、家用电器、农机、办公设备和电动工具等行业。但是，粉末冶金工艺制件普遍存在着难以达到高致密化程度和期望的组织结构的问题，制品内部总有孔隙。材料不致密，大大降低了粉末冶金制件的各种性能，如普通粉末冶金制件的强度比相应的锻件或铸件约低20％～30％。(2)激光快速成形零件的方法，目前主要有以下2种：①基于选择性激光烧结(SLS)的间接方法；②选择性激光熔化(SLM)的方法。上述2种方法可以获得表面质量和形状、结构比较精细、复杂的金属制件，但其都存在各自的缺点。SLS件普遍存在致密度低(40％-50％)、力学性能较差等缺点。SLM件存在相对致密度低(50％-70％)、微观缺陷多、残余应力大、机械强度不能满足实际使用要求等缺点。这些缺点在很大程度上限制了制件的进一步应用，必须进行一系列的后续工艺处理以提高制件的各项性能指标。

与多孔的粉末成形制件相比，铸件的致密度要高很多。铸造广泛用于汽车发动机缸体、缸盖、螺旋桨和涡轮等的制造，其中用作螺旋桨和涡轮的铸件必须保证很高的致密度，且不存在气孔、缩孔和缩松等缺陷。但是液态金属在铸造过程中的凝固机理，决定了铸件很难避免这些缺陷。

目前，国内外提高多孔金属零件(致密度在40％-90％之间)致密度的方法主要有：①熔渗：通过向金属制件里渗入低熔点金属(对多孔陶瓷件的致密则是通过渗入低熔点的烧结助剂)的方法提高制件的致密度，该方法的缺点是渗入的低熔点相会降低制件的高温性能，如高温强度、耐蠕变性、耐氧化性等，从而限制了材料在高温下的用途。②复压：利用冷等静压(CIP)的方法多次压制多孔制件使其致密。用这种方法可以基本消除铸件的缩孔、缩松等缺陷，但处理SLS制件时则需先进行脱脂处理，工序比较复杂，实用价值不大。并且CIP因受最大压力的限制，一般不能用于高熔点硬质合金的致密。此外，这种方法不能处理包含有通孔的多孔制件。③再烧结：在保护气氛或是真空中，将压坯加热到高温，使压坯内部发生固态冶金反应而改善粉末颗粒间界面的结合。此方法要求多孔制件中存在熔点较低的粘结相，因此不能提高SLM件和铸件的致密度，应用范围比较窄。

此外，国内外已有人用碎玻璃包覆不致密的毛坯制件，结合热等静压(HIP，将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等压力的同时施以高温，在高温高压的作用下，使制品得以烧结或致密化)工艺处理，使制件坯达到要求的致密度。但是用这种方法致密多孔制件有一些缺点，如必须保证制件坯在热等静压前的相对致密度达到92％以上，一般情况下很难达到，且制件里面不能有连通气孔，否则玻璃融化后形成的玻璃包套里面会存在气体，达不到热等静压致密的效果。直接用玻璃包封多孔制件的另一个缺点是，玻璃脆性大，在搬运过程中极易破碎，增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单的多孔制件的致密化方法，该方法工艺简单，花费时间短，可处理任意复杂的多孔制件，且只要求其初始致密度不小于40％，对于大多数铸件、粉末烧结件和快速成形件尤为适用。

本发明提供的一种多孔制件的致密化方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步将多孔制件置于金属包套中，对金属包套与端盖连接处实施封焊；

第2步对金属包套进行检漏，若金属包套有漏气现象，则需重新对金属包套与端盖连接处封焊，至不漏气为止，若不漏气，则直接进行下一步；

第3步往金属包套内部充填玻璃粉，并震动摇实；

第4步对金属包套抽真空后，将抽气管封焊，从而获得压坯；

第5步对压坯进行热等静压处理；

第6步待热等静压炉膛冷却后将压坯取出。

本发明采用包套材料加玻璃粉包封多孔制件，用热等静压的方法使其致密，本方法扩大了致密多孔制件的范围，简化了工艺过程，且该方法生产成本相对较低，经过处理后的制件具有很高的致密度和机械性能，能满足实际使用需求。具体而言，这种方法具有以下优点：