CN106984809A - 一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺 - Google Patents

一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，涉及粉末冶金模压生产工艺技术领域。本发明以下工艺步骤：S1.配料，将钛金属粉末与粘合剂均匀混合；S2.压制成型，将混合好的钛金属粉末充填入粉末成型机的压制模具中进行常温下的压制成型，得到特定形状的钛金属件生坯；S3.烧结成型，将特定形状的钛金属件生坯放入真空烧结炉中的金属钼载体中进行真空烧结成型，烧结温度为1200℃～1350℃，烧结时间为2h～4h，得到高强度的钛金属件；S4.烧结成型之后，取出钛金属件，将钛金属件进行研磨表面处理。本发明生产工艺无切削加工工序，加工效率高、精度高、钛金属材料无变性、强度高、可直接制成多孔半致密或全致密材料和制品。

Description

一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺
技术领域
本发明涉及粉末冶金模压生产工艺技术领域，特别涉及一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺。
背景技术
目前，金属件的成型方式包括冲压成型、裁切成型、拉延成型、铣削成型、钻孔成型、模压成型等方式，其中，模压成型工艺方法对照中国专利201110285178.1复合金属的一体成型方法，其包含：一制备步骤，制备至少二种金属或合金粉末；一成型步骤，利用压制成型方式将其中一种金属或合金粉末压制成一单胚料，再将该单胚料与其他金属或合金粉末压制成一复合金属胚料；及一烧结步骤，将该复合金属胚料烧结形成一复合金属成品。其能简化金属件制成工序，提高金属件的生产效率。
在现有技术中，对钛金属件的加工方式仍然以冲压成型、裁切成型、拉延成型、铣削成型等传统加工方式为主，由于钛金属件的强度大，密度小，硬度大，熔点高，抗腐蚀性很强，因此，一直以来，这些加工方式加工钛金属件都比较困难，特别是形状较为复杂的钛金属件加工起来就非常困难。但是，由于金属钛提炼比较困难，钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合所成型，因此，采用普通金属件的粉末冶金模压生产工艺加工的钛金属件材料变性严重，且生产出来的钛金属件强度很差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是根据上述现有技术的不足，提供一种无切削加工工序，加工效率高、精度高、钛金属材料无变性、强度高、可直接制成多孔半致密或全致密材料和制品的钛金属件粉末冶金模压生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，包括以下工艺步骤：
S1.配料，将钛金属粉末与粘合剂均匀混合；
S2.压制成型，将混合好的钛金属粉末充填入粉末成型机的压制模具中进行常温下的压制成型，得到特定形状的钛金属件生坯；
S3.烧结成型，将特定形状的钛金属件生坯放入真空烧结炉中的金属钼载体中进行真空烧结成型，烧结温度为1200℃～1350℃，烧结时间为2h～4h，得到高强度的钛金属件；
S4.烧结成型之后，取出钛金属件，将钛金属件进行研磨表面处理。
优选地，所述钛金属粉末的粉末粒度为100～200目，通过海绵钛经过氢化脱氢法工艺生产而成。进一步，所述氢化脱氢法工艺包括以下步骤：
S1.以块状海绵钛为原料，采用渗氢方法制备出氢含量为3.80±0.20wt.%的TiH2；
S2.采用高能球磨对TiH2进行破碎，球磨时间为20～30分钟；
S3.将过饱和NaCl水溶液与TiH2粉均匀混合，过滤、干燥，使NaCl对TiH2粉末的均匀包覆；
S4.将NaCl包覆的TiH2粉末在真空炉中进行真空高温脱氢处理，获得NaCl包覆的脱氢钛金属粉末，脱氢温度范围为580℃～680℃；
S5.采用高能球磨对NaCl包覆的脱氢钛金属粉末进行球磨分散，球磨时间为20～30分钟；
S6.对NaCl包覆的脱氢钛金属粉末进行去离子水淋洗，去除NaCl，真空干燥，得到粉末粒度为100～200目的钛金属粉末。
优选地，所述钛金属粉末与粘合剂的重量配比为20：1～28：1，优选为24：1。
优选地，所述压制成型步骤中，压制成型的压力为3～5Mpa/cm2，所述钛金属件生坯的密度为3.5g/cm3以上。
优选地，所述烧结成型步骤中，烧结温度为1250℃～1300℃，烧结时间为2.8～3.2h，烧结炉的真空度为1*10-3pa～10*10-3pa。
优选地，所述烧结成型步骤中，所述金属钼载体包括金属钼盒体，所述钛金属件置放于封闭的金属钼盒体中，金属钼盒体之外再安设包围金属钼盒体的钼片加热器。
优选地，所述钛金属件烧结成型之后，充入氩气对钛金属件进行冷却。
优选地，所述钛金属件进行研磨表面处理之后，根据钛金属件的形状及公差要求，进行切削或钻孔或攻牙机械加工处理。
本发明的有益效果是：其一、本发明采用压制成型与烧结成型的工艺加工钛金属件，简化了钛金属件的制成工序，具有无切削加工的技术优势，精度高，生产效率高，并且，在压制成型步骤中，能压制成各种形状的钛金属件，因而使得形状较为复杂的钛金属件加工起来也非常容易；其二、本发明粉末冶金零部件具有独特的化学组成和机械、物理性能，运用粉末冶金技术，可直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品；其二、本发明在烧结成型步骤中，将钛金属件生坯放入真空烧结炉中的金属钼载体中进行真空烧结成型，在高温下，钛金属件在钼载体中状态稳定，不会发生钛金属材料变性，避免了钛金属件与钢、碳、氮、氧等金属和非金属材料的化合反应、氧化反应等反应；其三、本发明在烧结成型步骤中，将烧结温度设定为钛金属熔点的70%-80%，即1200℃～1350℃，为最佳的烧结温度，将烧结时间设定为2h～4h，能达到非常好的烧结效果，最终获得高强度的钛金属件。
具体实施方式
下面对本发明的工作原理作进一步详细说明。
本发明为一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，包括以下工艺步骤：
S1.配料，将钛金属粉末与粘合剂均匀混合；钛金属粉末的纯度要求在97%以上，余下杂质部分为钛与铝、镁等金属材料组成的钛合金，粘合剂可以采用传统金属粉粘合剂，在此不再详细说明；
S2.压制成型，将混合好的钛金属粉末充填入粉末成型机的压制模具中进行常温下的压制成型，得到特定形状的钛金属件生坯；
S3.烧结成型，将特定形状的钛金属件生坯放入真空烧结炉中的金属钼载体中进行真空烧结成型，烧结温度为1200℃～1350℃，烧结时间为2h～4h，得到高强度的钛金属件；
S4.烧结成型之后，取出钛金属件，将钛金属件进行研磨表面处理。
钛金属粉末的粉末粒度为100～200目，通过海绵钛经过氢化脱氢法工艺生产而成。100～200目是钛金属粉末的最佳粉末粒度，即粉末颗粒直径为75～165μm之间，这一直径范围的钛金属粉末，一方面，不能掉入压制模具间隙中，防止破坏压制模具，另一方面，具有良好的流动性，便于压制成型，再一方面，能保证钛金属件达到较好的密度（3.5g/cm3以上）和强度。所述所述氢化脱氢法工艺包括以下步骤：
S1.以块状海绵钛为原料，采用渗氢方法制备出氢含量为3.80±0.20wt.%的TiH2；
S2.采用高能球磨对TiH2进行破碎，球磨时间20～30min，球磨转速60-80r/min为佳；
S3.将过饱和NaCl水溶液与TiH2粉均匀混合，过滤、干燥，使NaCl对TiH2粉末的均匀包覆；
S4.将NaCl包覆的TiH2粉末在真空炉中进行真空高温脱氢处理，获得NaCl包覆的脱氢钛金属粉末，脱氢温度范围为580℃～680℃；
S5.采用高能球磨对NaCl包覆的脱氢钛金属粉末进行球磨分散，球磨时间为20～30分钟；
S6.对NaCl包覆的脱氢钛金属粉末进行去离子水淋洗，去除NaCl，真空干燥，得到粉末粒度为100～200目的钛金属粉末。
球磨并经包覆NaCl处理后的TiH2粉末细小均匀，避免了TiH2脱氢让顾客烧结成硬块。
钛金属粉末与粘合剂的重量配比为20：1～28：1，优选地为24：1。这一重量配比能保证最佳的粘结稳定性，在烧结成型之后，粘合剂挥发排出。
所述压制成型步骤中，压制成型的压力为3～5Mpa/cm2，所述钛金属件生坯的密度为3.5g/cm3以上。
优选地，所述烧结成型步骤中，烧结温度为1250℃～1300℃，烧结时间为2.8～3.2h，烧结炉的真空度为1*10-3pa～10*10-3pa。
优选地，所述烧结成型步骤中，所述金属钼载体包括金属钼盒体，所述钛金属件置放于封闭的金属钼盒体中，金属钼盒体前后分别开门，方便放入或取出钛金属件，金属钼盒体之外再安设包围金属钼盒体的钼片加热器。
优选地，所述钛金属件烧结成型之后，充入氩气对钛金属件进行冷却，氩气不会与钛金属件在高温下反应，避免了钛金属材料变性，为最好的冷却气体。
优选地，所述钛金属件进行研磨表面处理之后，根据钛金属件的形状及公差要求，进行切削或钻孔或攻牙机械加工处理。
以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
S1.配料，将钛金属粉末与粘合剂均匀混合；
S2.压制成型，将混合好的钛金属粉末充填入粉末成型机的压制模具中进行常温下的压制成型，得到特定形状的钛金属件生坯；
S3.烧结成型，将特定形状的钛金属件生坯放入真空烧结炉中的金属钼载体中进行真空烧结成型，烧结温度为1200℃～1350℃，烧结时间为2h～4h，得到高强度的钛金属件；
S4.烧结成型之后，取出钛金属件，将钛金属件进行研磨表面处理。
2.根据权利要求1所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述钛金属粉末的粉末粒度为100～200目，通过海绵钛经过氢化脱氢法工艺生产而成。
3.根据权利要求2所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述氢化脱氢法工艺包括以下步骤：
S1.以块状海绵钛为原料，采用渗氢方法制备出氢含量为3.80±0.20wt.%的TiH2；
S2.采用高能球磨对TiH2进行破碎，球磨时间为20～30分钟；
S3.将过饱和NaCl水溶液与TiH2粉均匀混合，过滤、干燥，使NaCl对TiH2粉末的均匀包覆；
S4.将NaCl包覆的TiH2粉末在真空炉中进行真空高温脱氢处理，获得NaCl包覆的脱氢钛金属粉末，脱氢温度范围为580℃～680℃；
S5.采用高能球磨对NaCl包覆的脱氢钛金属粉末进行球磨分散，球磨时间为20～30分钟；
S6.对NaCl包覆的脱氢钛金属粉末进行去离子水淋洗，去除NaCl，真空干燥，得到粉末粒度为100～200目的钛金属粉末。
4.根据权利要求1所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述钛金属粉末与粘合剂的重量配比为20：1～28：1。
5.根据权利要求4所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述钛金属粉末与粘合剂的重量配比为24：1。
6.根据权利要求1所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述压制成型步骤中，压制成型的压力为3～5Mpa/cm2，所述钛金属件生坯的密度为3.5g/cm3以上。
7.根据权利要求1所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述烧结成型步骤中，烧结温度为1250℃～1300℃，烧结时间为2.8～3.2h，烧结炉的真空度为1*10-3pa～10*10-3pa。
8.根据权利要求1所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述烧结成型步骤中，所述金属钼载体包括金属钼盒体，所述钛金属件置放于封闭的金属钼盒体中，金属钼盒体之外再安设包围金属钼盒体的钼片加热器。
9.根据权利要求1所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述钛金属件烧结成型之后，充入氩气对钛金属件进行冷却。
10.根据权利要求1所述的钛金属件的粉末冶金模压生产工艺，其特征在于：所述钛金属件进行研磨表面处理之后，根据钛金属件的形状及公差要求，进行切削或钻孔或攻牙机械加工处理。
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