[发明专利]一种制备高致密度钛及钛合金的粉末冶金方法

说明书

技术领域

本发明属于钛及钛合金制品的加工技术领域，具体涉及一种采用粉末冶金工艺制备钛及钛合金制品的方法。

背景技术

金属钛及其合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、焊接性能好等优点，广泛应用于航空航天、汽车、化工、电力、手表、医疗等领域，但由于常规熔炼铸造法工艺路线长，材料的利用率低，且钛机加工性能差，制备成本高，故钛及钛合金的应用受到了限制。粉末冶金成为生产钛及钛合金的一种适用可行的新工艺，传统的粉末冶金方法以钛粉及合金的金属粉末为原料，采用真空烧结或惰性气氛保护制备的钛及钛合金的致密度仅能达到95%左右，导致制备的钛及钛合金制品力学性能差，一般需要后续热等静压处理方可提高材料烧结致密度，从而提高材料性能，增加了生产成本。因此，研制开发一种制备高致密度的钛及钛合金的方法尤为重要。

发明内容

本发明的在于提供一种制备高致密度钛及钛合金制品的粉末冶金方法。

本发明的目的的实现包括以下步骤：配料混粉、压制成型、气氛净化、气氛—真空烧结，具体为：

（1）配料混粉：根据拟制备的钛及钛合金成分比例，将钛粉和其他添加合金元素粉末在氩气气氛保护下将粉末混合均匀；

（2）压制成型：将混合配制好的粉末装入模具压制成所需要的制品形状，压制可采用冷等静压或者模压压制；

（3）气氛净化：将压坯装入气氛烧结炉后，炉内抽真空至真空度小于10^-3Pa，通入氩气，再抽真空，反复操作3次以上；

（4）气氛-真空烧结：完成炉内气氛净化后，开始气氛烧结，通入氢气和氩气混合气体，通入炉内氢气和氩气必须是高纯气体，升温至400~600℃，并在此温度下保温2～3h，保温结束后，关闭气体，打开真空系统，开始真空烧结，升温至1200~1350℃，保温时间4~6h，最后随炉冷却至室温20℃，真空烧结和冷却过程中一直抽真空，在烧结保温阶段，烧结炉的真空度应＜10^-3Pa。

本发明以钛粉或钛合金混合粉末为原料，压制成形后采用气氛-真空烧结，其中在400~600℃温度段采用气氛烧结，通入氢气和氩气的混合气体，保温2~3个小时，生成TiHx(0＜x≤2)，600~1350℃温度段采用真空烧结，并在1200~1350℃保温4~6个小时，利用氢的扩散解析作用和间隙固溶特性而致钛中的空位浓度和位错增加，增大了钛的表面活性，降低了烧结自由能作用制备致密钛及钛合金。此方法工艺制备的钛及钛合金产品致密度高，工艺路线短，可减少或缩短后续压力加工工序，降低加工成本。本发明克服了传统粉末冶金制备钛及钛合金成本高、致密度低的问题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不得以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如附图和实施例所示：本发明一种制备高致密度钛及钛合金制品的粉末冶金方法，包括以下步骤：配料混粉、压制成型、气氛净化、气氛—真空烧结，具体为：

（1）配料混粉：根据拟制备的钛及钛合金成分比例，将钛粉和其他添加合金元素粉末在氩气气氛保护下将粉末混合均匀；

（2）压制成型：将混合配制好的粉末装入模具压制成所需要的制品形状，压制可采用冷等静压或者模压压制；

（3）气氛净化：将压坯装入气氛烧结炉后，炉内抽真空至真空度小于10^-3Pa，通入氩气，再抽真空，反复操作3次以上；

（4）气氛-真空烧结：完成炉内气氛净化后，开始气氛烧结，通入氢气和氩气混合气体，通入炉内氢气和氩气必须是高纯气体，升温至400~600℃，并在此温度下保温2~3h，保温结束后，关闭气体，打开真空系统，开始真空烧结，升温至1200~1350℃，保温时间4~6h，最后随炉冷却至室温20℃，真空烧结和冷却过程中一直抽真空，在烧结保温阶段，烧结炉的真空度应＜10^-3Pa。

步骤（4）中所述的混合气体，纯度达到99.999%以上，混合气体中氢气的含量为体积比13~20%。

步骤（4）中，气氛烧结过程中保持炉内压力为1.1×10⁵~1.2×10⁵Pa。

步骤（1）所述的钛粉平均粒度为≤48μm。

步骤（1）中，所述的合金元素粉末为Al60V40粉末、铌粉末、锆粉中的一种或几种。