CN114888290A - 一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，采用如下步骤：制粉、喂料、注射成型、脱脂、烧结、以及后处理，根据该方法制造的钛合金天线单元零件的密度≥4.2g/cm³，抗拉强度≥820MPa，断后伸长率≥10％，密度及力学性能满足了天线单元减重及服役要求；烧结毛坯的翅片的曲线方程精度及其他尺寸精度均为±0.05mm，相较于机加工成型时间缩短约500％，生产周期由预期的18个月缩短为3个月，制造周期满足了装备产品的总装周期，保证了产品计划。

Description

一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法

技术领域

本发明主要涉及金属粉末注射成型技术领域，特别是涉及一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法。

背景技术

某电子装备产品中的钛合金天线单元数量高达十万件，需要满足集成度高、加工精度高、生产周期紧、轻量化、低成本等要求，而传统技术成熟度高机加工成型方式，存在生产效率低、成本高等劣势，亟需一种低成本、高精度快速成型的方式。

金属粉末注射成型是将粉末冶金技术与塑料注射成型技术相结合而形成的一种净成形工艺，突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制，具有原料利用率高、生产效率高及净成形或近净成形等优点。但钛合金粉末注射成型在钛合金粉末制备、注射成型、脱脂及烧结工艺参数控制等方面存在一定的问题和限制，主要涉及到含氧量控制、变形控制、粘结剂的选择、注射成型及烧结的温度控制等，如烧结温度下杂质元素(氧)溶解于基体钛，会导致钛合金的力学性能下降，故需降低制粉、脱脂及烧结等各个工艺工序中的增氧量；烧结后的零件成品相较于注射成型的毛坯会有10～18％的收缩，对于天线单元高的整体尺寸精度要求在±0.05mm的高要求，对粘结剂选择、注射模具设计、脱脂及烧结温度控制以及尺寸收缩仿真计算等都面临着巨大的挑战。正是这些问题，导致高精度的注射成型钛合金批量零件尚未形成产业化的生产。因此，亟需克服钛合金金属粉末注射成型中的成型技术难题，保证钛合金的力学性能以及零件的尺寸精度，形成钛合金天线单元批量生产能力。

发明内容

本发明为了克服现有技术中钛合金金属注射成型技术中粉末制备、脱脂、烧结中技术难题，提供一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，通过对工艺过程中含氧量控制、脱脂和烧结中过程中的温度控制等，实现了净成型的钛合金天线单元的批量化生产，保证了零件高精度的技术要求。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，采用如下步骤：

步骤一、制粉：制备的钛合金TC4粉末，粉末振实密度不低于2.9g/cm³，粉末含氧量不得高于0.18％；

步骤二、喂料：将钛合金TC4与粘结剂按一定比例配比，在密炼机上于150℃下混炼1h，粉末装载量为60％(体积分数)，形成胚料，再将坯料放入造粒机中进行强力剪切、混合；

步骤三、注射成型：将喂料加热至150℃，充入模具内部，形成毛坯，冷却后打开模具，取出毛坯；

步骤四、脱脂：将注射成型的毛坯摆放到氧化锆板上，再铺在钼料板上，放入脱脂炉内，通入草酸等气氛下进行脱脂，毛坯温度再升温至600℃，保温时间8h；

步骤五、烧结：将脱脂后的毛坯放入烧结真空炉中，抽真空至1×10^-3Pa以下，毛坯温度升温至1400℃，保温时间13h，再将毛坯温度降温至650℃，保温时间1h，再冷却至100℃下取出，毛坯表面形成一层薄薄闪亮的结晶层；

步骤六、后处理：包括整形、喷砂、以及机加工。

进一步的，步骤一中采用电极感应气体雾化(EIGA)方法制备钛合金TC4材料粉末。

进一步的，步骤六中的整形，是将烧结后的毛坯放入专用设计的整形工装中去，采用压机矫正翅片的形位。

进一步的，步骤六中的喷砂，将烧结毛坯放入喷砂机，根据零件表面状态，喷砂1～3h，去除表面结晶层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)根据该方法制造的钛合金天线单元零件的密度≥4.2g/cm3，抗拉强度≥820MPa，断后伸长率≥10％，密度及力学性能满足了天线单元减重及服役要求；

(2)根据该方法制造的钛合金天线单元烧结毛坯的翅片的曲线方程精度及其他尺寸精度均为±0.05mm，尺寸精度满足天线单元复杂的结构要求。

(3)按十万件零件计算，钛合金天线单元金属粉末注射成型制造时间相较于机加工成型时间缩短约500％，生产周期由预期的18个月缩短为3个月，制造周期满足了装备产品的总装周期，保证了产品计划。

(4)该方法突破了钛合金金属粉末注射成型批量件生产的技术瓶颈，完成了十万件复杂结构天线单元电子装备关键零件的批量稳定生产，成功地在产品中实现了应用及服役。

附图说明

图1是本发明的天线单元模型示意图；

图2是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的优选的机构和运动实现的方法做进一步的说明。

本实施例的一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，以钛合金(TC4)天线单元为例，见附图1，通过该方法对钛合金(TC4)金属粉末进行注射成型制造，其工艺流程如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤一、钛合金粉末制粉：天线单元采用采用电极感应气体雾化(EIGA)方法制备的钛合金TC4粉末【电极感应气体雾化(EIGA)可制出超细钛合金粉末】，粉末振实密度不低于2.9g/cm³，粉末含氧量不得高于0.18％；

步骤二、喂料：将钛合金TC4粉末与粘结剂按一定比例配比，在密炼机上于150℃下混炼1h，粉末装载量为60％(体积分数)，形成胚料，再将坯料放入造粒机中，进行强力剪切、混合，使得配方物料充分分散、强化；

步骤三、钛合金天线单元毛坯注射成型：根据天线单元形状尺寸及精度，进行模具设计及加工；将喂料加热至150℃，充入模具内部，形成毛坯，冷却后打开模具，取出毛坯；

步骤四、钛合金天线单元毛坯脱脂：将注射成型的毛坯摆放到氧化锆板上，再铺在钼料板上，放入脱脂炉内，通入草酸等气氛下进行脱脂，毛坯温度再升温至600℃，保温时间8h，粘接剂在该过程去除90％以上；

步骤五、钛合金天线单元毛坯烧结：将脱脂后的毛坯放入烧结真空炉中，抽真空至1×10^-3Pa以下，毛坯温度升温至1400℃，保温时间13h，再将毛坯温度降温至650℃，保温时间1h，再冷却至100℃下取出，毛坯表面形成一层薄薄闪亮的结晶层；

步骤六、钛合金天线单元后处理：包括整形、喷砂、以及机加工；

整形：将烧结后的天线单元毛坯放入专用设计的整形工装中去，采用压机矫正翅片的形位；

喷砂：将烧结毛坯放入喷砂机，根据零件表面状态，喷砂时间1～3h，去除表面结晶层；

机加工：加工安装孔槽，完成最终零件成品检验。

通过上述步骤可以采用金属粉末注射成型的方式制备出钛合金天线单元。

本实施根据烧结炉膛大小，每烧结炉次可完成1000件～3000件左右天线单元的制造，全流程生产总时间在36h左右，批产金属粉末注射成型流水线生产时间在24h左右；对钛合金天线单元样件进行性能测试，经测量，零件的密度为4.3g/cm³，抗拉强度为860MPa，断后伸长率为12％，满足性能指标；对钛合金天线单元成品进行尺寸检测，天线单元翅片曲线方程实测精度为±0.03mm，壁厚、孔深等其他尺寸及位置精度在±0.05mm以内，尺寸检验合格；对钛合金天线单元组成12×12小阵面以及多个小阵面组成的大阵面进行电讯性能测试，对水平极化及垂直极化单元的法向驻波、扫描驻波等电讯指标进行测试，指标均满足电子装备性能要求，且数据稳定性较好，完成了单位相关的鉴定，在国家某重点电子装备产品上实现了应用。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，其特征在于，采用如下步骤：

步骤一、制粉：制备的钛合金TC4粉末，粉末振实密度不低于2.9g/cm³，粉末含氧量不得高于0.18％；

步骤二、喂料：将钛合金TC4与粘结剂按一定比例配比，在密炼机上于150℃下混炼1h，粉末装载量为60％(体积分数)，形成胚料，再将坯料放入造粒机中进行强力剪切、混合；

步骤三、注射成型：将喂料加热至150℃，充入模具内部，形成毛坯，冷却后打开模具，取出毛坯；

步骤四、脱脂：将注射成型的毛坯摆放到氧化锆板上，再铺在钼料板上，放入脱脂炉内，通入草酸等气氛下进行脱脂，毛坯温度再升温至600℃，保温时间8h；

步骤五、烧结：将脱脂后的毛坯放入烧结真空炉中，抽真空至1×10^-3Pa以下，毛坯温度升温至1400℃，保温时间13h，再将毛坯温度降温至650℃，保温时间1h，再冷却至100℃下取出，毛坯表面形成一层薄薄闪亮的结晶层；

步骤六、后处理：包括整形、喷砂、以及机加工。

2.根据权利要求1所述的钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，其特征在于，步骤一中采用电极感应气体雾化(EIGA)方法制备钛合金TC4材料粉末。

3.根据权利要求1所述的钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，其特征在于，步骤六中的整形，是将烧结后的毛坯放入专用设计的整形工装中去，采用压机矫正翅片的形位。

4.根据权利要求1所述的钛合金天线单元金属粉末注射成型方法，其特征在于，步骤六中的喷砂，将烧结毛坯放入喷砂机，根据零件表面状态，喷砂1～3h，去除表面结晶层。

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