[发明专利]钛粉末材料、钛材以及氧固溶钛粉末材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛粉末材料以及钛材，特别涉及固溶了氧的高强度钛粉末材料、钛材以及它们的制备方法。

背景技术

钛是有着钢的大约1/2的低比重的轻质原材，具有耐腐蚀性和强度优异的特征，因此，被利用于对轻质化有较高需求的飞机、铁路车辆、二轮车、汽车等的部件、家电产品或建筑用材料。另外，从优秀的耐腐蚀性的观点出发，也作为医疗用原材使用。

但是，比较钢铁材料或铝合金，由于钛的材料成本较高，因此，其使用对象受到了限制。特别是钛合金虽然具有超出1000MPa的较高的拉伸强度，但其存在没有充分的延展性(断裂伸长率)、以及缺少在常温或低温范围内的塑性加工性能的问题。另一方面，纯钛在常温下具有超出25％的较高的断裂伸长率，并且在低温范围内具有优异的塑性加工性，但其存在拉伸强度为较低的400～600MPa左右的问题。

由于对钛的高强度和高延展性的兼容、以及材料成本的降低的要求十分强烈，因此进行了各种研究。特别是从低成本化的观点出发，作为现有技术，研究了许多以氧这样比较廉价的元素而不是钒、钪、铌等高价的元素进行的高强度化。

例如，日本特开2012-241241号公报(专利文献1)提出了以下工序作为用于得到氧固溶钛材料的方法。

(a)准备钛粉末和TiO₂粒子的工序。

(b)调整TiO₂粒子的添加量，使其相对于混合粉末整体按照质量基准为0.5％～3.0％，并混合钛粉末和TiO₂粒子的工序。

(c)在从700℃到低于TiO₂的熔点的温度范围内且在真空气氛中，烧结上述混合物，使TiO₂粒子热分解，使解离后的氧原子固溶于钛中的工序。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-241241号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

日本特开2012-241241号公报公开的方法、也就是使用TiO₂粒子通过粉末冶金法制作的钛材与溶解制法材相比较，能够维持较高的强度和较高的延展性。

但是，本申请的发明人进行了进一步的研究，其结果，发现了上述还存在需要改进的地方。由于TiO₂粒子的粒径较小，因此容易形成凝聚体。具体来说，当增加TiO₂粒子的添加量时，形成TiO₂粒子的凝聚体，TiO₂的分解无法完全进行，残留的TiO₂粒子将成为损坏的起点，引起延展性的降低。

考虑到上述问题，在利用TiO₂粒子的粉末冶金法中，为了维持合理的延展性，存在TiO₂粒子的添加量的上限，换言之，存在氧固溶量的上限。

本发明的目的在于提供一种维持合理的延展性并且能够使大量的氧固溶于钛粉末材料中的氧固溶钛粉末材料的制备方法。

本发明的其他目的在于提供一种维持合理的延展性并且固溶有大量氧的钛粉末材料以及钛材。

解决技术问题的手段

根据本发明的氧固溶钛粉末材料的制备方法包括以下工序：

(a)在含氧的气氛中加热包含钛粉末粒子的钛粉末材料，使在上述钛粉末粒子的表面形成钛氧化皮膜的工序；

(b)在不含氧的气氛中加热具有上述钛氧化皮膜的钛粉末材料，分解形成于各钛粉末粒子表面的钛氧化皮膜、并使此时解离后的氧原子固溶于各钛粉末粒子的基质中的工序。

优选以形成钛氧化皮膜以及紧接着的钛氧化皮膜的分解为一循环，通过进行多次循环，增加向各钛粉末粒子的基质中的氧固溶量。

用于形成钛氧化皮膜的加热温度优选为160℃以上且低于600℃，用于分解钛氧化皮膜的加热优选为450℃以上且熔点以下。

优选通过将所述钛粉末材料收容于回转窑式加热炉内，进行有利于钛氧化皮膜的形成以及钛氧化皮膜的分解的热处理。

根据任一上述揭示的方法制备的氧固溶钛粉末材料具有以下特征。即，各钛粉末粒子在其表面具有在大气中自然形成的氧化膜，向各钛粉末粒子的基质中固溶的氧量比自然形成的氧化膜中的氧量多。

优选各钛粉末粒子的含氧量按照质量基准为0.4％～4.7％，进一步优选为1.15％～1.9％。

在一实施方式中，构成钛粉末材料的钛粉末粒子由纯钛构成，钛粉末粒子的基质的显微维氏硬度的平均值为200～600。