CN110947971A - 采用粉末注射成型制备tc4钛合金零件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种采用粉末注射成型制备TC4钛合金零件的方法，包括以下步骤：S1、将TC4钛合金粉末与粘结剂经过混练、制粒得到喂料；S2、将所述喂料注射成型，得到坯料；S3、将所述坯料浸入脱氧蒸馏水或乙醇中进行溶剂脱脂，得到溶剂脱脂坯；S4、将所述溶剂脱脂坯放入烧结炉内，并在其上方扣置罩状体，保持烧结炉内惰性气体流通，在500‑700℃下进行热脱脂得到热脱脂坯；S5关闭惰性气体流通，在一定真空下降温至400‑500℃，保持10‑60分钟；S6、将S5处理后的热脱脂坯进行烧结得到成品。本发明制备TC4钛合金零件的方法，能有效控制烧结段杂质气体残留，提升TC4钛合金制品的力学机械性能。

Description

采用粉末注射成型制备TC4钛合金零件的方法
技术领域
本发明涉及钛合金零件加工技术领域，具体涉及一种采用粉末注射成型制备TC4钛合金零件的方法。
背景技术
TC4属于(α+β)双相钛合金，具有比重轻、耐腐蚀性强、生物相容性好、比强度高及韧性好等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车、医疗等领域有着广泛的应用，但TC4钛合金加工性差，切屑加工困难，成本昂贵。
粉末注射成型技术是一种近净形制造技术，在复杂零件的制造方面，具有精度高、产能高、成本低等特点，适用材料包含金属材料、陶瓷等。因此使用粉末注射成型技术制备高性能钛及钛合金零件具有重大意义。但目前粉末注射成型TC4钛合金制品存在杂质含量高、塑性较差等缺陷，制约了该材料及技术的应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用粉末注射成型制备TC4钛合金零件的方法。
具体来说，本发明提供了如下技术方案：
一种采用粉末注射成型制备TC4钛合金零件的方法，其包括以下步骤：
S1、将TC4钛合金粉末与粘结剂经过混练、制粒得到喂料；
S2、将所述喂料注射成型，得到坯料；
S3、将所述坯料浸入脱氧蒸馏水或乙醇中进行溶剂脱脂，得到溶剂脱脂坯；
S4、将所述溶剂脱脂坯放入烧结炉内，并在其上方扣置罩状体，保持烧结炉内惰性气体流通，在500-700℃下进行热脱脂得到热脱脂坯；
S5、关闭惰性气体流通，在一定真空下降温至400-500℃，保持10-60分钟；
S6、将S5处理后的热脱脂坯进行烧结得到成品。
优选的，上述制备方法中，步骤S1中，所述粘结剂为PEG/PMMA体系，优选的，所述TC4钛合金粉末与所述粘结剂的体积比为60-65:35-40。
优选的，上述制备方法中，步骤S1中，所述混练是将所述TC4钛合金粉末与粘结剂置于150-190℃下混练2-5h。
优选的，上述制备方法中，步骤S2中，所述注射成型的条件为：注射温度160-190℃，注射压力1000-2000bar，保压600-1000bar，冷却时间3-6s。
优选的，上述制备方法中，步骤S3中，所述溶剂脱脂的温度为30-70℃，溶剂脱脂的时间为6-12h。
优选的，上述制备方法中，步骤S4中，所述罩状体通过将包含Al2O3的原料粉末经造粒、70-200MPa下压制成型、1450-1550℃下烧结制得，优选的，所述原料粉末中Al2O3的质量分数不小于92％，更优选的，所述罩状体的材料致密度为80％-90％。
优选的，上述制备方法中，步骤S4中，所述惰性气体的流速为10-40L/min。
优选的，上述制备方法中，步骤S5中，所述一定真空是气压为20-60KPa的真空。
优选的，上述制备方法中，步骤S6中，所述烧结是将步骤S5降温处理后的热脱脂在气压100Pa以下的真空下升温至1000-1200℃，然后保持流通惰性气体，升温至1250-1350℃，保持2-3h。
本发明还提供一种TC4钛合金零件，其根据上述的制备方法制备得到。
本发明所取得的有益效果：
本发明提供了一种采用粉末注射成型制备TC4钛合金零件的方法，通过使用罩状体减少炉腔内粘结剂挥发物与产品接触，以及脱脂后在一定真空下降温处理一段时间，有效控制了烧结段杂质气体残留，提升了TC4钛合金制品的力学机械性能，实现高性能TC4钛合金零件的制备，同时制作精度高、成本低，利于批量生产。
附图说明
图1为实施例1中罩状体及拉伸棒的摆放示意图。
图中标记说明如下：1-罩状体、2-拉伸棒、3-承烧板。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种TC4钛合金拉伸棒的制作方法，具体包括以下步骤：
步骤一：先将聚乙二醇(PEG)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硬脂酸(SA)按体积比70:28:2混合制成粘结剂，再将D90为0.045mm的TC4钛合金粉末与粘结剂按体积比65:35装入密炼机并充入氩气，在170℃下以40r/min的速度混炼2小时并造粒，制成喂料；
步骤二：使用注塑机将上述喂料注入模具，制成拉伸棒坯料，注射参数为：模具温度40℃，注塑机料管1、2、3、4区温度分别为160℃、175℃、180℃、185℃，射嘴温度190℃，注射压力1500bar，保压1000bar，冷却时间6s；
步骤三：将拉伸棒坯料浸入脱氧蒸馏水浴中，温度70℃，浸泡时间12小时，测量重量损失6.5％；
步骤四：将溶剂脱脂后拉伸棒放入烧结炉内，并在其上方扣置开口朝下的罩状体(见图1)，在40L/min氩气流通环境中，以2℃/min升温至600℃热脱脂2小时，得到热脱脂坯；其中，所述罩状体通过将Al2O3、MgO、GaO和Li2O按质量比92:4:3:1混合后造粒，经100MPa压制成型，再经1500℃烧结制得，其致密度为90％，厚度为5mm；
步骤五：热脱脂完成后，停止加热，关闭氩气流通，在气压为30KPa的真空下，将热脱脂坯随炉冷却降温至400℃并保持10分钟；
步骤六：在气压为5.0×10-2Pa的真空下，以5℃/min升温至1000℃，保温10分钟，而后通入氩气40L/min，继续升温至1250℃烧结，保压2小时后随炉冷却至室温，得到TC4钛合金拉伸棒。
参照GJB 493-1988对实施例1制作的TC4钛合金拉伸棒力学性能进行检测，结果表明，其致密度为97％，抗拉强度936Mpa，屈服强度865Mpa，伸长率11％。
实施例2
实施例2采用与实施例1相同的方法制备TC4钛合金拉伸棒，区别仅在于：实施例2步骤五中在气压为30KPa的真空下，将热脱脂坯随炉冷却降温至500℃并保持10分钟
对实施例2制作的TC4钛合金拉伸棒力学性能进行检测，结果表明，其致密度为97％，抗拉强度932Mpa，屈服强度870Mpa，伸长率10％。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于：对比例1未经过步骤五的处理，热脱脂完成后直接进行步骤六的烧结处理。
检测对比例1制作的TC4钛合金拉伸棒的力学性能，结果表明，其致密度为96％，抗拉强度980Mpa,屈服强度918Mpa，伸长率6.5％。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于：对比例2在步骤五中在40L/min氩气流通环境中降温至400℃并保持10分钟。
检测对比例2制作的TC4钛合金拉伸棒的力学性能，结果表明，其致密度为97％，抗拉强度939Mpa,屈服强度905Mpa，伸长率4.8％。
对比例3
对比例3与实施例1的区别仅在于：对比例3在步骤四中未使用罩状体。
检测对比例3制作的TC4钛合金拉伸棒的力学性能，结果表明，其致密度为96％，抗拉强度937Mpa,屈服强度912Mpa，伸长率7.5％。
对比例4
对比例4与实施例1的区别仅在于：对比例4在步骤四中未使用罩状体且未经过步骤五的处理。
检测对比例4制作的TC4钛合金拉伸棒的力学性能，结果表明，其致密度为96％，抗拉强度760Mpa,屈服强度750Mpa，伸长率0.5％。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种采用粉末注射成型制备TC4钛合金零件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将TC4钛合金粉末与粘结剂经过混练、制粒得到喂料；
S2、将所述喂料注射成型，得到坯料；
S3、将所述坯料浸入脱氧蒸馏水或乙醇中进行溶剂脱脂，得到溶剂脱脂坯；
S4、将所述溶剂脱脂坯放入烧结炉内，并在其上方扣置罩状体，保持烧结炉内惰性气体流通，在500-700℃下进行热脱脂得到热脱脂坯；
S5、关闭惰性气体流通，在一定真空下降温至400-500℃，保持10-60分钟；
S6、将S5处理后的热脱脂坯进行烧结得到成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S1中，所述粘结剂为PEG/PMMA体系，优选的，所述TC4钛合金粉末与所述粘结剂的体积比为60-65:35-40。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤S1中，所述混练是将所述TC4钛合金粉末与粘结剂置于150-190℃下混练2-5h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤S2中，所述注射成型的条件为：注射温度160-190℃，注射压力1000-2000bar，保压600-1000bar，冷却时间3-6s。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，步骤S3中，所述溶剂脱脂的温度为30-70℃，溶剂脱脂的时间为6-12h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，步骤S4中，所述罩状体通过将包含Al2O3的原料粉末经造粒、70-200MPa下压制成型、1450-1550℃下烧结制得，优选的，所述原料粉末中Al2O3的质量分数不小于92％，更优选的，所述罩状体的材料致密度为80％-90％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中，步骤S4中，所述惰性气体的流速为10-40L/min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，步骤S5中，所述一定真空是气压为20-60KPa的真空。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中，步骤S6中，所述烧结是将步骤S5降温处理后的热脱脂在气压100Pa以下的真空下升温至1000-1200℃，然后保持流通惰性气体，升温至1250-1350℃，保持2-3h。
10.一种TC4钛合金零件，其特征在于，根据权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。
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