CN110814352A - 空心梯度管件的热压烧结方法 - Google Patents

空心梯度管件的热压烧结方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110814352A
CN110814352A CN201911121052.3A CN201911121052A CN110814352A CN 110814352 A CN110814352 A CN 110814352A CN 201911121052 A CN201911121052 A CN 201911121052A CN 110814352 A CN110814352 A CN 110814352A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipe fitting
powder
gradient
blank
hollow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911121052.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110814352B (zh
Inventor
张仲仁
雷丽文
张金咏
张帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201911121052.3A priority Critical patent/CN110814352B/zh
Publication of CN110814352A publication Critical patent/CN110814352A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110814352B publication Critical patent/CN110814352B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/005—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/14—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B22F2007/042—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal characterised by the layer forming method

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种空心梯度管件的热压烧结方法。通过喷涂工艺形成空心梯度管件，为了保持中空管件的形状和成分分布，先使用含有低熔点玻璃体的料浆喷涂在最内层的梯度管件上，形成内包套；再用高熔点的陶瓷粉末填充模具的空心位置；在热压烧结中，采用特制的压头，依靠高熔点粉末的流动性传递压力对梯度管件实现热压烧结，同时在烧结过程中保持管件的形状和梯度分布。本发明在基于离心喷涂的工艺方法上，采用内包套及及高熔点粉末的填充，实现梯度复合材料坯体的致密化及形状的维持，不仅工艺简单，而且极大的提高梯度薄壁管件的制备效率。

Description

空心梯度管件的热压烧结方法
技术领域
本发明涉及梯度复合材料领域，更具体地，涉及空心梯度管件的热压烧结方法。
背景技术
功能梯度材料(Functional Graded Material，FGM)是将两种或两种以上物理和化学性质不同的固体材料，通过采用先进的合成技术来改变材料内部的微观要素(包括组成、结构和空隙在内的形态与结合方式等)在某特定方向呈连续的梯度变化，从而使材料的宏观性能也在同一方向呈连续梯度变化的一种非均质复合材料。FGM是集各种单一组相(金属、陶瓷、高分子等)的最佳优点，其两相变化是均匀过渡的，与传统复合材料和层状复合材料有本质区别。FGM的最大优点能够根据构件的工况条件和性能要求，对组分和结构进行设计和优化，所以其在各种对材料有特殊要求的领域有着广阔的应用前景。
对于特殊形状的梯度材料，目前报道的只有采用离心喷涂的方法和离心烧结的方法，但是离心烧结的压力分布不均及压力太小而很难实现材料的致密化。采用热压烧结是目前最常用的加压烧结方式，可是单一的轴向加压方式对这种中空的管件是无法实现加压和致密化的。基于离心烧结/离心喷涂和热压烧结都不能实现很大程度的致密化，所以本发明在加工方式上加以改进，保留传统热压烧结和离心喷涂的基础，通过高熔点粉末的流动性使更多来自特制压头的压力传递给由内包套保护的坯体，可以有效提高坯体的致密性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了空心梯度管件的热压烧结方法，可以有效提高坯体的致密性。
本发明所采用的方案是：
一种空心梯度管件的热压烧结方法，包括以下步骤：
1)采用离心喷涂的方法，依次将梯度材料各层料浆均匀喷涂于模具的内壁，形成管件坯体；
2)配制内包套料浆，采用离心喷涂的方法将内包套料浆喷涂于管件坯体的内壁，形成内包套层；
3)将高熔点粉末密实填充于管件坯体的中空区域，并采用压头密封管件坯体的两端，使管件坯体的中空区域完全充填高熔点粉末；
4)将模具放入热压炉中，烧结坯体；
5)将坯体从模具中取出，掏出高熔点粉末，打碎内包套，即得到所述空心梯度管件。
优选地，所述梯度材料各层料浆包括粉体原料、溶剂、分散剂、粘结剂，所述溶剂为水、无水乙醇中的一种，所述分散剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、三聚磷酸钠中的一种或多种；所述粘结剂包括聚乙烯醇。
优选地，所述梯度材料各层料浆粘度小于10Pa·s。
优选地，所述内包套料浆由低熔点的玻璃体粉与水混合而成，所选低熔点玻璃粉作为内包套对梯度材料的烧结过程产生影响较小且起到了阻隔梯度材料与粉末接触的作用。
优选地，步骤2)所得的内包套层须完全润湿坯体的最内层并形成一层连续的薄层。
优选地，步骤3)采用离心力使填充于管件坯体的中空区域的高熔点粉末密实，所述管件中心位置添加的高熔点粉末具有流动性，能将压力均匀的传递给坯体，使制得的管件材料结构均匀致密。
优选地，步骤3)所述压头前端设置有用于向高熔点粉末提供压力的压头凸起。
优选地，步骤3)所述高熔点粉末的熔点高于管件坯体烧结温度。
优选地，步骤3)所述的高熔点粉末为氮化硼粉末或者碳化钨粉末。
本发明通过增加内包套、高熔点粉末的使用和采用特制压头的方式，所得坯体致密均匀，从而为制备均匀致密的薄壁管件提供另一途径。本发明适用于制备金属/陶瓷薄壁管件、金属/金属基薄壁管件和陶瓷、陶瓷基薄壁管件，同时具有操作方便，成型技术容易掌握的特点，有极大的实际推广应用价值。
附图说明
图1为本发明空心梯度管件的热压烧结方法的流程图；
图2为本发明所使用的模具的模型。
图中的附图标注为：
1，压头；2，压头凸起；3，管件坯体；4，石墨模具；5，内包套。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
设计一种TiB2-Ti功能梯度材料，该梯度材料共有五层，每层的原材料中TiB2与Ti的含量各不相同，两种组分的质量百分比之和为100％，五层分别为100％Ti-0％TiB2(钛金属管)，80％Ti-20％TiB2，50％Ti-50％TiB2，20％Ti-80％TiB2，0％Ti-100％TiB2。
首先按照设计的每层成分称取适量的D50TiB2粉末和D50Ti粉末放入混料罐中，再加入足量无水乙醇、适量的聚乙烯醇缩丁醛和PVA，将混料罐密封之后放入滚筒混料机中旋转混料6h，旋转速度为60rpm，制备不同成分的浆料；
由于第一层为纯钛，直接将钛金属管与石墨模具紧密贴合，再将制得的料浆经喷浆机均匀的喷涂到钛金属管的内壁上，多次喷涂形成坯体。
将低熔点玻璃粉D250与水混合放入混料罐中，将混料罐密封之后放入滚筒混料机中旋转混料3h，转速为60rpm，制备内包套所需的浆料。
将内包套浆料喷涂在梯度材料上，使之完全润湿坯体的最内层并形成一层连续的薄层，起到对高熔点粉末的阻隔作用。
将足量的BN粉末填满管件的中心位置，使用特制的压头充分压实粉末，该压头呈圆柱形，前端设置有压头凸起。压头的直径与喷涂机石墨模具的内径相同，以使压头完全将管件坯体覆盖，形成密封，压头凸起的直径不大于管件坯体的内径，以伸入坯体中空区域向BN粉末提供压力。
将整个模具置于热压炉中，完成烧结，得到坯体，将内包套打碎，即得所述管件。利用阿基米德排水法测试其实际密度，算的其致密度为98.6％。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种空心梯度管件的热压烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用离心喷涂的方法，依次将梯度材料各层料浆均匀喷涂于模具的内壁，形成管件坯体；
2)配制内包套料浆，采用离心喷涂的方法将内包套料浆喷涂于管件坯体的内壁，形成内包套层；
3)将高熔点粉末密实填充于管件坯体的中空区域，并采用压头密封管件坯体的两端，使管件坯体的中空区域完全充填高熔点粉末；
4)将模具放入热压炉中，烧结坯体；
5)将坯体从模具中取出，掏出高熔点粉末，打碎内包套，即得到所述空心梯度管件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度材料各层料浆包括粉体原料、溶剂、分散剂、粘结剂，所述溶剂为水、无水乙醇中的一种，所述分散剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、三聚磷酸钠中的一种或多种；所述粘结剂包括聚乙烯醇。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度材料各层料浆粘度小于10Pa·s。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内包套料浆由低熔点的玻璃体粉与水混合而成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所得的内包套层须完全润湿坯体的最内层并形成一层连续的薄层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)采用离心力使填充于管件坯体的中空区域的高熔点粉末密实。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述压头前端设置有用于向高熔点粉末提供压力的压头凸起。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述高熔点粉末的熔点高于管件坯体烧结温度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述的高熔点粉末为氮化硼粉末或者碳化钨粉末。
CN201911121052.3A 2019-11-15 2019-11-15 空心梯度管件的热压烧结方法 Active CN110814352B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911121052.3A CN110814352B (zh) 2019-11-15 2019-11-15 空心梯度管件的热压烧结方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911121052.3A CN110814352B (zh) 2019-11-15 2019-11-15 空心梯度管件的热压烧结方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110814352A true CN110814352A (zh) 2020-02-21
CN110814352B CN110814352B (zh) 2022-04-01

Family

ID=69555972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911121052.3A Active CN110814352B (zh) 2019-11-15 2019-11-15 空心梯度管件的热压烧结方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110814352B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113652569A (zh) * 2021-08-20 2021-11-16 山东交通学院 一种梯度增强的钛基复合材料制备方法
CN115446309A (zh) * 2022-08-29 2022-12-09 华南理工大学阳江研究院 一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3834003A (en) * 1972-11-02 1974-09-10 Airco Inc Method of particle ring-rolling for making metal rings
US4065302A (en) * 1975-12-29 1977-12-27 The International Nickel Company, Inc. Powdered metal consolidation method
DE19526576A1 (de) * 1994-07-27 1996-02-01 Thyssen Industrie Verfahren zur Herstellung von endkonturnahen metallischen Bauteilen
CN1422717A (zh) * 2001-12-03 2003-06-11 北京有色金属研究总院 由元素粉末直接制备TiNi形状记忆合金管接头的方法
CN101579741A (zh) * 2009-06-04 2009-11-18 航天材料及工艺研究所 一种大尺寸薄壁钛合金筒形件制造方法及筒形模具
CN104831245A (zh) * 2015-05-29 2015-08-12 西北有色金属研究院 一种管状钼合金溅射靶材的热等静压制备方法
CN109396447A (zh) * 2018-11-21 2019-03-01 武汉理工大学 一种基于粒度级配二硼化钛和钛梯度复合材料的空心管件成型方法
CN109550961A (zh) * 2018-12-20 2019-04-02 武汉理工大学 一种薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3834003A (en) * 1972-11-02 1974-09-10 Airco Inc Method of particle ring-rolling for making metal rings
US4065302A (en) * 1975-12-29 1977-12-27 The International Nickel Company, Inc. Powdered metal consolidation method
DE19526576A1 (de) * 1994-07-27 1996-02-01 Thyssen Industrie Verfahren zur Herstellung von endkonturnahen metallischen Bauteilen
CN1422717A (zh) * 2001-12-03 2003-06-11 北京有色金属研究总院 由元素粉末直接制备TiNi形状记忆合金管接头的方法
CN101579741A (zh) * 2009-06-04 2009-11-18 航天材料及工艺研究所 一种大尺寸薄壁钛合金筒形件制造方法及筒形模具
CN104831245A (zh) * 2015-05-29 2015-08-12 西北有色金属研究院 一种管状钼合金溅射靶材的热等静压制备方法
CN109396447A (zh) * 2018-11-21 2019-03-01 武汉理工大学 一种基于粒度级配二硼化钛和钛梯度复合材料的空心管件成型方法
CN109550961A (zh) * 2018-12-20 2019-04-02 武汉理工大学 一种薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113652569A (zh) * 2021-08-20 2021-11-16 山东交通学院 一种梯度增强的钛基复合材料制备方法
CN115446309A (zh) * 2022-08-29 2022-12-09 华南理工大学阳江研究院 一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法
CN115446309B (zh) * 2022-08-29 2024-04-23 华南理工大学阳江研究院 一种同心圆结构的带钢芯多层复合不锈钢件制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110814352B (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110814352B (zh) 空心梯度管件的热压烧结方法
CN103878346B (zh) 一种陶瓷颗粒多尺度增强金属基体复合材料的制备方法
CN108396165B (zh) 一种三维壳层陶瓷骨架-金属基复合材料及其制备方法
CN101580390A (zh) 一种碳化硅陶瓷管状制品及其制备方法
CN102151832B (zh) 一种挤压成形剂及其制备和应用
CN110655405B (zh) 一种陶瓷基复合材料结构的制备方法
CN105272260A (zh) 一种无粘结相碳化钨复合材料及其制备方法
CN101498549A (zh) 一种具有y2o3抗侵蚀涂层坩埚及其采用注浆成型工艺制y2o3抗侵蚀涂层的方法
CN106316369A (zh) 一种3d打印陶瓷坯体的排胶和烧结工艺
CN111943702B (zh) 一种原位自生β-SIALON晶须增韧碳化钨复合材料及其制备方法与应用
CN114213131B (zh) 一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法
CN101734920B (zh) 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法
CN110698207A (zh) 一种基于氮化硅的层状陶瓷复合材料及其制备方法
CN101551012A (zh) 含碳的碳化硅密封环及其制备方法
CN107214343A (zh) 一种梯度喷嘴的制备方法
CN104561628B (zh) 一种低温制备二硼化锆基陶瓷复合材料的方法
CN105665710B (zh) 一种硬质合金喷嘴的直接成形固结方法
CN107838428A (zh) 一种具有仿生结构的聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN102335950A (zh) 一种抗冲击结构陶瓷素坯的成型方法
CN109550961B (zh) 一种薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法
CN110845249B (zh) 一种弹性模量提升的氮化硅复合材料及其制备方法
CN104493138A (zh) 一种连续互穿陶瓷金属复合材料的制备方法
CN106116618B (zh) 一种低膨胀性复合陶瓷模具材料的制备方法
CN112893848B (zh) 一种MoFeB金属陶瓷螺纹元件的制备方法
CN102039412B (zh) 一种金属零部件的凝胶离心成型方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant