[发明专利]一种Ti-N-O合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ti‑N‑O合金及其制备方法，涉及新型金属材料与先进制造的技术领域和粉末冶金领域，一种Ti‑N‑O合金，通过一种Ti‑N‑O合金的制备方法制备而成，此方法包括：将纯钛粉作为原材料在氨气和氧气气氛的井式炉中进行气体共渗处理，得到Ti‑N‑O合金粉末，其中，Ti‑N‑O合金粉末的主要成分按重量百分比计为：Ti：75‑85％，N：5‑15％，O：5‑15％。将Ti‑N‑O合金粉末进行预压成型后进行烧结。通过本发明制备得到的致密块体Ti‑N‑O合金具备优异的硬度，强度等力学性能，同时赋予其光催化性能和生物相容性能等。并且。此方法工艺简单，成本低廉，具有较高的工业化前景。

技术领域

本发明涉及新型金属材料与先进制造的技术领域，具体涉及一种Ti-N-O合金材料及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金以其比强度高，耐高温等特点广泛应用于航空航天领域，同时其具有优异的耐腐蚀性能和良好的生物相容性，又成为航海，石油，化工和医药等行业的理想材料。高强度多功能钛合金一直是钛基材料的发展方向。相较于普通钛合金材料，钛基复合材料具有更高的比强度和硬度以及耐高温和耐腐蚀性能，可用于高温高压等严酷的环境下的结构材料，被认为是提高钛合金性能的新材料，并拥有更广阔的应用前景。

Ti-N-O合金材料已经被证明是一种兼备力学性能，光催化性能和血液相容性的新型钛基功能材料。并在光催化和生物医学等领域被广泛的研究。目前对Ti-N-O合金的制备于性能展开了广泛的研究。

目前Ti-N-O合金材料的制备方法主要有化学气相沉积，磁控溅射和过滤弧沉积等，这些制备方法制备成本高，生产效率低，远远达不到工业需求。以磁控溅射为例，溅射镀膜采用Ar、O₂、N₂混合气体,其中Ar分压固定为2.0×10^-1Pa,N₂分压固定为2.0×10^-2Pa,通过氧分压在0-0.8×10^-2Pa之间改变制备出一系列不同氧含量的Ti-N-O涂层。制备过程中Ti靶的溅射功率为0.5A,溅射时间为1h,基片不加热,亦不施加负偏压，各涂层厚度仅约为3μm。

其次，目前的Ti-N-O合金材料的制备技术均为制备一层Ti-N-O涂层，以达到具备高硬度，高耐磨，生物相容性和光催化性能。但是在零件表面制备Ti-N-O涂层存在诸多不利影响，比如薄膜存在较大内应力导致表面脆性提升，以及表面缺陷导致表面性能不均匀，薄膜在沉积形成成长过程中由于入射的气相原子的无规律性导致表面具有一定的粗糙度，并且容易出现成分偏析问题等等。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种Ti-N-O合金材料及其制备方法，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种Ti-N-O合金材料，其特征在于，该合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Ti：75-85％；N：5-15％；O：5-15％。

优选的，所述的合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Ti：77-83％；N：7-12％；O：8-10％。

一种Ti-N-O合金材料的制备方法，具体步骤如下：

S1，称取粒径为50-100微米的球形纯Ti粉末，平铺在装有圆环形不锈钢网的工装上；

S2,将逐层铺好粉末的工装放入室温条件下的井式气体热处理炉中，然后向炉中分别通入氨气和空气，并升温加热；

S3，待温度升至650-750℃后，对粉末进行氮氧共渗处理，共渗处理后，并持续通入氨气和空气，粉末随炉冷却至室温，取出粉末，该粉末为Ti-N-O合金粉末；