[发明专利]一种注射成形钛合金除氧工艺及应用

说明书

本发明涉及注射成形钛合金除氧工艺；特别涉及一种用于生产高性能低氧注射成形钛合金零件的方法及应用。本发明首次可用高氧含量低廉的钛粉和/或钛合金粉末为原料；通过常规注射成型工艺，配合后期特殊的还原方法；得到性能优越的产物。本发明原料价格低廉、制备工艺简单可控；所得产品尺寸稳定且性能优良。本发明所设计的工艺特别适用于薄壁件的制备。

技术领域

本发明涉及注射成形钛合金除氧工艺；特别涉及一种用于生产高性能低氧注射成形钛合金零件的方法及应用。

背景技术

钛合金有密度低、比强度高、耐蚀、可焊、中温性能好、无磁等一系列的优点，在航空航天、核能化工等领域有着广泛用途。注射成型是一种以金属粉末为原料的近净成形技术，通常包括粉末制备，喂料制备，注射，脱脂，烧结，后处理等工艺流程，该技术无需加工即可实现钛制品近净成形，相较传统加工工艺而言，具有产品形状灵活度大，批量生产效率高，成本低廉，材料利用率高等优点。

制约钛合金注射成形的关键因素之一是氧含量。由于金属钛与氧的化学亲和力强，钛粉氧含量难以有效控制，特别是产品在脱脂过程中极易增氧，严重影响钛制品的机械性能。

目前用于钛合金注射成形用的钛粉一般采用气体雾化的方法生产，粉末粒度要求低于45微米。由于注射成形要求粉末较细，使得低氧粉末生产难度较大，因此注射成形用的钛合金粉价格居高不下，限制了钛合金注射成形的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，首次提出一种首先利用低成本钛粉原料，通过注射成形得到高氧含量的成形产品，然后通过一种除氧工艺的得到低氧钛产品的方法。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；将注射成形工艺所得钛合金产品与还原剂混合，加热，还原剂反应脱除钛合金产品中的氧杂质，然后酸洗后得到低氧含量的高性能钛合金产品。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；所述注射成形工艺包括：以钛粉为原料或以钛粉为原料之一或以钛合金粉为原料，按传统工艺进行混炼、制粒、注射、脱脂、烧结，所得钛合金产品。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；所述钛粉的氧含量大于等于0.3wt.％；所述钛合金粉的氧含量大于等于0.3wt.％。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；所述钛粉或钛合金粉的粒度小于30 微米。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；所述钛粉选自：氢化脱氢钛粉、海绵钛微粉、氢化钛粉、电解法还原钛粉、镁热或钙热法还原钛粉中的至少一种。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；所述原料还包括钛粉和其他合金元素粉末混合所得混合粉末，其他合金元素选自Al、V、Nb、Fe、Zr中的至少一种；其他合金元素所构成粉末的粒度小于等于20微米。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；所述钛粉的氧含量高于0.4wt％，但小于等于2.0wt％。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；所述还原剂中含有还原性金属；所述还原性金属包括但不限于镁、钙、钾、钠、稀土中的至少一种。还原性金属能在高温下与钛中的氧反应生成氧化物。还原性金属在还原剂中的含量不低于10％。还原剂中还可含有盐类还原助剂：包括但不限于氯化镁、氯化钙、氯化钠、氯化钾的一种或多种。还原助剂在高温下为熔融态，可促进还原反应进行。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；钛合金产品与还原剂装入坩埚内，多个钛合金产品层叠摆放但不相互接触，还原剂要完全覆盖装载的钛合金产品。

本发明一种注射成形钛合金除氧工艺；加热温度为600-1000摄氏度；在 600-1000摄氏度的高温还原过程，钛内部的杂质氧，扩散至表层并与还原剂反应，还原时间大于10小时。高温还原过程之后，然后是酸洗过程，采用但不限于醋酸、盐酸稀溶液，对钛合金产品进行洗涤，去除氧化物(反应产物)和过量的还原剂。优选地，高温还原过程，温度高于750度，还原时间超过40小时