CN101572362A - 一种耐环境钛合金电连接器壳体及其制造方法 - Google Patents

一种耐环境钛合金电连接器壳体及其制造方法 Download PDF

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一种耐环境钛合金电连接器壳体及其制造方法,涉及一种电连接器壳体及其制造方法。它解决了现有电连接器壳体不适用于恶劣环境的问题。电连接器壳体由钛合金材料制成,钛合金材料中含钛87.5wt%~99.8wt%,余量为Ni、Pd、Ta、Mo、Ru、Zr、V、Sn中的一种或多种组合。电连接器壳体可采用粉末冶金的方法制造,将钛和其它金属元素粉末混合后添加入模具,通过加压制备出粉末毛坯,然后采用真空烧结炉进行加压烧结或无压烧结,最后根据电连接器壳体的形状进行精加工。电连接器壳体还可以通过熔模精密铸造的方法制造,在离心铸钛机上进行钛合金的熔炼和浇铸,然后对铸件进行喷砂、热等静压处理,再根据电连接器壳体的形状进行精加工出质量合格的钛合金电连接器壳体。

Description

一种耐环境钛合金电连接器壳体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种适于高温、高腐蚀气氛下的耐环境钛合金电连接器壳体及制造方法。
背景技术
随着航空、航天、海洋工业的发展, 一方面对包括电连接器在内的电子元器件的需求量增加,另一方面也提出了更加苛刻的性能要求,如耐腐蚀、耐高温及高低温交变、耐冲击和振动、阻燃、小型化、轻量化等。电连接器广泛用于各种电缆的连接。传统的电连接器壳体常用材料有硬铝(LY12)、铸铝 (ZL102)和锻铝(LD2)、不锈钢等材料。常见加工方法为硬铝板(棒)机械加工或用铸铝压铸成形和锻铝冷挤压。铸铝压铸成形和锻铝冷挤压方法生产效率较高、成本较低,但不适于特殊腐蚀要求的场合,而且硬铝退火状态的强度水平较低,切削角共性差,难以加工出表面粗糙度要求高的壳体。LD2锻铝的强度比LY12硬铝低,其淬火实效状态的抗拉强度仅相当于硬铝的屈服强度水平,在受力状态下易于变形。铝合金电连接器不能通过高温下1000h盐雾实验。 采用不锈钢及复合材料,机加性能差,不能满足航空航天以及船舶工业等复杂环境条件下轻质、耐高温、耐腐蚀的需求。钛合金具有重量轻、高比强度、耐高温、阻燃、高耐腐蚀性能等优异的性能,可广泛应用于航空、航天、航海及化工等工业领域。 发明内容为解决现有电连接器壳体不能够满足恶劣环境的问题,本发明提供了一种耐环境钛合金电连接器壳体及其制造方法。
本发明的耐环境钛合金电连接器壳体是由一种钛合金材料制成,所述钛合金材料中钛的含量为87.5wt%〜99.8wt°/^余量为Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中的一种或多种的组合。
当所述余量是由Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中的多种的组合时, 其中各种成分的比例为任意比。
本发明的耐环境钛合金电连接器壳体的制造方法,具体过程为:首先根据电连接器的形状制作模具;
将钛粉末和其它金属元素粉末进行混粉,其中钛粉末及其它金属元素粉末的颗粒直径为10nm〜120um,所述其它金属元素粉末是Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中一种金属粉末或者多种金属粉末的混和物;其中钛粉末的含量为87.5wt%〜99.8wt%;混粉时间持续0.5小时〜20小时,使所有粉末混合均匀;将混合均匀的粉料加入模具中,施加30MPa〜400MPa压力制备出粉末毛坯;将粉末毛坯放入真空烧结炉中进行加压烧结或无压烧结,所述真空烧结炉中的真空度控制在lxlO"Pa〜lxl(T,a之间,烧结温度控制在80(TC〜130(TC 之间,烧结1小时〜10小时后取出;对烧结完成的粉末毛坯进行精加工,获得符合尺寸精度要求的电连接器壳体。
上述方法为一种粉末冶金的方法。.
本发明还提供另一种耐环境钛合金电连接器壳体的制造方法,具体过程为:钛合金的熔炼和浇铸是在离心铸钛机上进行,原材料为海绵钛及合金元素。
根据电连接器壳体的形状制作型壳;放料工序:将原料放入离心铸钛机熔炼室坩埚内,所述混合原料包括 87.5wt。/。〜99.8wt。/。钛元素,余量为Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中一种金属元素或者多种金属元素的混合物;氩气冲洗工序:对坩埚进行充氩气冲洗,即:将坩埚的抽真空至10—5 mbar〜 l(T2mbar,然后向坩埚内充入氩气至坩埚内真空度为(10±5) —3 rribar,然后再抽真空至10'5 mbar〜l(T2mbar,再充入氩气,如此反复2次〜6次,最后坩埚内为氩气环境,真空度为(10±5) ^mbar;
熔化工序:采用离心铸钛机的高频感应加热,坩埚内的原料熔化成熔体, 加热到所述熔体的温度达到1650'C〜185(TC时,保温3min〜15min,使各种金属元素混合均匀;离心浇铸工序:将型壳预热至200°C〜600nC,然后将坩埚内的熔体采取离心浇铸的方法浇铸到所述型壳中,离心转速200rpm〜500rpm,浇铸过程在
10s〜30s内完成,浇铸后3min〜10min取出随炉冷却;铸件喷砂工序:清除铸件外的型壳,将浇铸系统切除,并对所述铸件进行喷砂处理;热等静压处理工序:采用热等静压处理铸件上的密封气孔、縮孔、縮松等缺陷,热等静压的温度为850°C〜1250°C,热等静压的压力为50 MPa〜 170MPa,保压力不变持续0.5小时〜6小时;精加工工序:对热等静压后的铸件进行精加工获得电连接器的壳体。
上述方法为一种熔模精密铸造的方法。
电连接器壳体的型壳为复合型壳,采用耐火材料制作,其中面层为 100-300jam厚的氧化钇,并采用钇溶胶作为粘结剂,背层为铝矾土,并采用硅溶胶作为粘结剂。
本发明的电连接器壳体选用耐环境钛合金作为材料,能够在保证设计强度和刚度的前提下,具有良好的耐环境性能。本发明的电连接器壳体在常温下的强度达到850-卯0MPa,延伸率大于5%,并且能通过1000小时盐雾试验。本发明的制备工艺具有近净成形的特点,并且工艺简单,材料利用率高、生产成本低,适于批量生产。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式所述的耐环境钛合金电连接器壳体是由一种钛合金材料制成,所述钛合金材料中钛的含量为87.5wt%〜99.8wt%,余量为 Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中的一种或多种的组合。
当所述余量是由Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中的多种的组合时, 其中各种成分的比例为任意比。
所述钛合金材料中各种成分的比例可以为:Ti-6Al-2Sn-lMo-lV 、 Ti-0.05Ni-0.05Ru 、 Ti-2Al-4Mo-4Zr 、 Ti-4Al画3Mo-lV 、 Ti-5Ta-0.4Mo國0.3Al 、 Ti-6.5Al-5Zr-lV或Ti-0.3Mo-0.8Ni。
具体实施方式
二:本实施方式所述的是具体实施方式一所述的耐环境钛合金电连接器壳体的制作方法,它的具体过程为:制模:首先根据电连接器的形状制作模具;混料工序,将钛粉末和其它金属元素粉末进行混粉,其中钛粉末及其它金属元素粉末的颗粒直径为10um〜120um,所述其它金属元素粉末是Ni、 Pd、
Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中一种金属粉末或者多种金属粉末的混和物;其中钛粉末的含量为87.5wt%〜99.8wt%;混粉时间持续0.5小时〜20小时,使所有粉末混合均匀;压制工序,将混合均匀的粉料加入模具中,室温下,施加30MPa〜400MPa 压力并持续1-10小时,制备出粉末毛坯;烧结工序,将装有粉末毛坯的模具放入真空烧结炉中进行加压烧结或无压烧结,所述真空烧结炉中的真空度控制在lxlO"Pa〜lxlO,a之间,烧结温度控制在80(TC〜130(TC之间,烧结1小时〜10小时后取出;精整工序,对烧结完成的粉末毛坯从模具中取出进行精加工,获得符合尺寸精度要求的电连接器壳体。
本实施方式所述的耐环境钛合金电连接器壳体的制作方法是一种粉末冶金的方法。
本实施方式中的钛粉末及其它金属元素粉末的颗粒直径的最佳范围为10 ti m〜60y m。
在压制工序中,施加的压力比较大的时候,压力持续时间可以相对短一些。 所述压力的最佳范围是200MPa〜400Mpa。
在烧结工序中,烧结温度的最佳范围是90(TC〜120(TC之间,真空度的最佳范围是lxl0'3pa〜lxl0—4pa之间。
具体实施方式
三:本实施方式是具体实施方式二的一个具体实施例。
本实施例中采用的原材料是:Ti-0.3Mo-0.8Ni,具体工艺过程为: 制模,首先根据电连接器的形状制作模具;混料工序,将颗粒尺寸为10um〜5Gum钛粉、Mo粉和Ni粉进行混粉, 混粉时间持续12小时〜14小时,使所有粉末混合均匀;压制工序:将混合均匀的粉料加入模具中,室温下,施加300MPa〜400MPa 压力并持续2小时〜8小时,制备出粉末毛坯;在此道工序中,实现提高坯料密度和强度的目的;烧结工序:将装有粉末毛坯的模具放入真空烧结炉中进行烧结,所述真空烧结炉中的真空度控制在lxl(T4Pa,烧结温度控制在900。C〜100(TC之间,烧结2小时〜3小时后取出;精整工序:对烧结完成的粉末毛坯从模具中取出并进行精加工,如磨外圆或平面至电连接器要求的外形尺寸,然后巧开磨、抛光,获得符合尺寸精度要求的电连接器壳体。
具体实施方式
四:本实施方式是具体实施方式二的一个具体实施例。
本实施方式釆用的原材料是:Ti-5Ta-0.4Mo-0.3Al,具体工艺过程为无压烧结 _制模,首先根据电连接器的形状制作模具;混料工序:将颗粒尺寸为10um〜50um的钛粉、Ta粉、Mo粉、Al粉进行混粉,混粉时间持续7小时〜11小时,使所有粉末混合均匀;压制工序:将混合均匀的粉料加入模具中,室温下,施加250MPa〜350MPa 压力并持续1小时〜8小时,制备出粉末毛坯;烧结工序:将装有粉末毛坯的模具放入真空烧结炉中进行无压烧结,所述真空烧结炉中的真空度控制在lxl{T4Pa,烧结温度控制在100(TC〜120(TC之间,烧结4小时〜9小时后取出。
精整工序:对烧结完成的粉末毛坯从模具中取出并进行精加工,如磨外圆或平面至电连接器要求的外形尺寸,然后研磨、抛光,获得符合尺寸精度要求的电连接器壳体。
具体实施方式
五:本实施方式所述的是具体实施方式一所述的耐环境钛合金电连接器壳体的制作方法,采用熔模精密铸造的方法,所述钛合金的熔炼和浇铸是在离心铸钛机上进行的,它的具体过程为: 根据电连接器壳体的形状制作型壳;放料工序:将原料放入离心铸钛机熔炼室坩埚内,所述混合原料包括 87.5wt。/。〜99.8wt。/。钛元素,余量为Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中一种金属元素或者多种金属元素的混合物;氩气冲洗工序:对坩埚进行充氩气冲洗,即:将坩埚的抽真空至10'5mbar〜 10-2mbar,然后向坩埚内充入氩气至坩埚内真空度为(10±5) —3 mbar,然后再抽真空至l(T5 mbar〜10-2mbar,再充入氩气,如此反复2次〜6次,最后坩埚内为氩气环境,真空度为(10±5) ^mbar;
熔化工序:采用离心铸钛机的高频感应加热,坩埚内的原料熔化成熔体, 加热到所述熔体的温度达到165(TC〜185(TC时,保温3min〜15min,使各种金属元素混合均匀;
离心浇铸工序:将型壳预热至200°C〜600°C,然后将坩埚内的熔体采取离心浇铸的方法浇铸到所述型壳中,离心转速200 rpm〜500rpm,浇铸过程在10s〜30s内完成,浇铸后3min〜10min取出随炉冷却;铸件喷砂工序:清除铸件外的型壳,将浇铸系统切除,并对所述铸件进行喷砂处理;热等静压处理工序:采用热等静压处理铸件上的密封气孔、縮孔、縮松等缺陷,热等静压的温度为850°C〜1250°C,热等静压的压力为50 MPa〜170MPa,保压力不变持续0.5小时〜6小时;精加工工序:对热等静压后的铸件进行精加工获得电连接器的壳体。 上述方法为一种熔模精密铸造的方法。 在氩气冲洗工序中,最终坩埚内的真空度最佳为l(r3mbar。 在熔化混合工序中,加热后的熔体温度的最佳范围是1700°C〜1800°C。 在离心浇铸工序中,型壳的预热温度的最佳范围是40(TC〜50(TC,浇铸过程的时间根据型壳的大小选择合适的时间,浇铸后持续的最佳时间是7min〜10min。
在热等静压处理工序中,热等静压的温度最佳范围为90(TC〜120(rC,热等静压的压力最佳范围为100MPa〜150MPa。
本实施方式中的电连接器壳体的型壳为复合型壳,采用耐火材料制作,其中面层为100^im〜30(^m厚的氧化钇,并采用钇溶胶作为粘结剂,背层为铝矾土,并采用硅溶胶作为粘结剂。
本实施方式中的型壳采用表1所述的材料的配比制作。 表l
具体制作过程为:将氧化钇粉按比例放入钇溶胶中,并加入消泡剂正辛醇和润湿剂JFC (具体成分配比见表l),搅拌3-8小时后,配制成面层涂料。将面层涂料均匀地涂挂在蜡模上,用100-120目氧化钇砂进行撒砂,充分干燥后再重复1-2次。之后进行型壳背层的涂挂。背层撒砂分别用24-50目铝矾土砂,
重复5-8次。待型壳充分干燥后,使用微波炉对型壳脱蜡。脱蜡后的型壳在焙烧炉中加热至800-90(TC保温l-2h,随炉冷却,制得质量合格的电连接器壳体精铸用型壳。
本实施方式中钛合金可以采用:Ti-O.O5Ni-0.05Ru、 Ti-2Al-4Mo-4Zr、 Ti-4Al-3Mo-lV、 Ti-6Al-2Sn-lMo-lV、 Ti-6.5Al-5Zr-lV等。

Claims (6)

1. 一种耐环境钛合金电连接器壳体,其特征在于它是由一种钛合金材料 制成,所述钛合金材料中钛的含量为87.5wt%〜99.8wt°/。,余量为Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中的一种或多种的组合。 2、 根据权利要求1所述的耐环境钛合金电连接器壳体,其特征在于所述 钛合金材料为Ti-6Al-2Sn-lMo-lV、 Ti-0.05Ni-0.05Ru 、 Ti-2Al-4Mo-4Zr 、 Ti-4Al-3Mo-lV、 Ti-5Ta-0.4Mo-0.3Al、 Ti-6.5Al-5Zr-lV或Ti-0.3Mo-0.8Ni中的 任意一种。 3、 权利要求1所述的耐环境钛合金电连接器壳体的制作方法,它的具体 过程为: 制模工序:首先根据电连接器的形状制作模具; 混料工序,将钛粉末和其它金属元素粉末进行混粉,其中钛粉末及其它金 属元素粉末的颗粒直径为10um〜120uiii,所述其它金属元素粉末是Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中一种金属粉末或者多种金属粉末的混和物;其中 钛粉末的含量为87.5wt%〜99.8wt%;混粉时间持续0.5小时〜20小时,使所 有粉末混合均匀; 压制工序,将混合均匀的粉料加入模具中,室温下,施加30MPa〜400MPa 压力并持续1-10小时,制备出粉末毛坯; 烧结工序,将装有粉末毛坯的模具放入真空烧结炉中进行加压烧结或无压 烧结,所述真空烧结炉中的真空度控制在lxlO"Pa〜lxlO"Pa之间,烧结温度 控制80(TC〜130(TC之间,烧结1小时〜10小时后取出; 精整工序,对烧结完成的粉末毛坯从模具中取出进行精加工,获得符合尺 寸精度要求的电连接器壳体。 4、 权利要求1所述的耐环境钛合金电连接器壳体的制作方法,它的具体 过程为: 根据电连接器壳体的形状制作型壳; 放料工序:将原料放入离心铸钛机熔炼室坩埚内,所述混合原料包括87.5wt。/o〜99.8wt。/。钛元素,余量为Ni、 Pd、 Ta、 Mo、 Ru、 Zr、 V、 Sn中一种 金属元素或者多种金属元素的混合物; 氩气冲洗工序:对坩埚进行充氩气冲洗,即:将坩埚的抽真空至10—5 mbar〜 10々mbar,然后向坩埚内充入氩气至坩埚内真空度为(10±5) —3 mbar,然后再抽真空至10'5 mbar〜10'2mbar,再充入氩气,如此反复2次〜6次,最后坩埚 内为氩气环境,真空度为(10±5) ^mbar; 熔化工序:采用离心铸钛机的高频感应加热,坩埚内的原料熔化成熔体, 加热到所述熔体的温度达到1650。C〜185(TC时,保温3min〜15min,使各种 金属元素混合均匀; 离心浇铸工序:将型壳预热至200°C〜600°C,然后将坩埚内的熔体采取 离心浇铸的方法浇铸到所述型壳中,离心转速200rpm〜500rpm,浇铸过程在 10s〜30s内完成,浇铸后3min〜10min取出随炉冷却; 铸件喷砂工序:清除铸件外的型壳,_将浇铸系统切除,并对所述铸件进行 喷砂处理; 热等静压处理工序:采用热等静压处理铸件上的密封气孔、縮孔、縮松等 缺陷,热等静压的温度为85(TC〜125(TC,热等静压的压力为50 MPa〜 170MPa,保压力不变持续0.5小时〜6小时; 精加工工序:对热等静压后的铸件进行精加工获得电连接器的壳体。
5. 根据权利要求4所述的耐环境钛合金电连接器壳体的制作方法,其特 征在于,所述电连接器壳体的型壳为复合型壳。
6. 根据权利要求5所述的耐环境钛合金电连接器壳体的制作方法,其特 征在于,所述型壳采用耐火材料制作,其中面层为100-300nm厚的氧化钇, 并采用钇溶胶作为粘结剂,背层为铝矾土,并采用硅溶胶作为粘结剂。
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