[发明专利]一种粗钛或粗钛合金粉末注射成型专用料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子粘结剂材料与粉末冶金领域，具体涉及一种钛合金粉末注射成型专用料及其制备方法。仅需要对粗钛或钛合金粉末进行表面修饰，使用简单的层层自组装技术，将二氧化钛颗粒和聚电解质引入到现有的粗钛或钛合金粉末颗粒表面，制备得到核壳结构的粗钛或钛合金粉末颗粒；再通过与高分子粘结剂混炼、粉末注射成型、催化脱脂以及真空烧结制备低成本、低收缩率、低烧结密度以及多孔结构的钛合金产品。

技术领域

本发明属于高分子粘结剂材料与粉末冶金领域，具体涉及一种粗钛或粗钛合金粉末注射成型专用料及其制备方法。

背景技术

金属粉末注射成型(MIM)是一种宏量制备具有复杂形状的微型金属部件的生产技术。现代MIM技术的研究开始于20世纪70年代初期，20世纪80年代中期，由于原料生产成本下降以及粘结剂设计理论和脱脂理论的不断研究改进， MIM技术得到迅速发展并成为当今最热门的注型加工技术，广泛应用于航空航天、汽车、计算机、仪器仪表等多种行业。我国MIM技术的研究及应用起步较晚，从20世纪80年代末期开始，并取得了一系列的研究成果。

金属粉末注射成型具有设计灵活性，可以减少材料浪费，这些优点使得MIM 成为生产钛合金零件最受关注的工艺之一。在制备钛合金零件时存在一些技术问题，例如用于制备钛合金零件的细粉末原料的成本较高；钛及钛合金在较高温度下具有非常高的反应活性，容易与在热脱脂和烧结期间粘合剂的分解产物发生反应，使得一部分钛或钛合金相当于被侵蚀掉，导致高的间隙含量；通常在注射成型中使用粒径低于45μm的粉末，以便在样品内产生最小的孔隙率和接近理论值的密度以改善机械性能，但是钛合金粉末粒径越小，表面积越高，钛及钛合金在加工、脱脂和烧结过程中易于受到污染和吸氧越多；此外，使用细粉末可导致更多的收缩，因为使用的颗粒越小，烧结速率越大，烧结越致密。

发明内容

本发明提供了一种粗钛或粗钛合金粉末注射成型专用料，其中，专用料中的粗钛或粗钛合金粉末为核壳型结构，具体为聚电解质/二氧化钛多层膜修饰的粗钛或粗钛合金粉末颗粒，壳层由式A1所示的支化聚乙烯亚胺、式A2所示的聚阴离子电解质和二氧化钛颗粒层层自组装而成，

式A1为

式A2为

粗钛或粗钛合金粉末颗粒的粒径为60-75μm，

支化聚乙烯亚胺的重均分子量Mw在10000-100000，

聚阴离子电解质为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚对苯乙烯磺酸钠中的一种或两种以上的混合物，其中各成分的重均分子量为10000、 16000、70000或75000，

二氧化钛颗粒的粒径为20nm～50nm。

本发明还提供了一种上述粗钛或粗钛合金粉末注射成型专用料的制备方法，不需要使用成本较高的细钛合金粉末(<45μm)，仅需要对粗钛或粗钛合金粉末进行表面修饰，使用简单的层层自组装技术，将二氧化钛颗粒和聚电解质引入到现有的粗钛或粗钛合金粉末颗粒表面，制备得到核壳结构的粗钛或粗钛合金粉末颗粒，在水溶液中进行，不产生环境污染；再通过与高分子粘结剂混炼、粉末注射成型、催化脱脂以及真空烧结制备低成本、低收缩率、低烧结密度以及多孔结构的钛合金产品，实现用作生物医用植入物，应用到骨骼生长以及细胞粘附等领域，

具体步骤为：

(1)通过静电力驱动的层层自组装技术对粗钛或粗钛合金粉末颗粒进行表面修饰，

先将式A1所示的支化聚乙烯亚胺化学吸附到粗钛或粗钛合金粉末颗粒表面，再于该支化聚乙烯亚胺表面利用静电作用吸附式A2所示的聚阴离子电解质，随后于该带负电的聚阴离子电解质表面吸附带正电的二氧化钛颗粒，经过多次交替沉积聚阴离子电解质和二氧化钛颗粒后得到多层薄膜修饰的核壳型粗钛或粗钛合金粉末颗粒，