[发明专利]废弃钛切屑的球磨-等通道转角挤压再制造方法

说明书

本发明提供一种废弃钛切屑的球磨‑等通道转角挤压再制造方法，依次包括：钛切屑回收预处理步骤、钛切屑的球磨处理步骤、装填入等通道转角挤压模具步骤、等通道转角挤压室温预加工步骤、高温固化加工步骤及淬火步骤。本发明提供的球磨‑等通道转角挤压复合技术操作简单实用，可控性强。通过再制造，既能获得全致密化的纳米(<200nm)块体钛材，又能消除较大片状氧化物的连续分布与聚集这一冶金缺陷。此外，钛切屑形态得以细化与重整，抑制了密排六方钛材中由变形织构所导致的各向异性。再制造纳米钛材的屈服强度达到5级钛的水平，氧化物纳米颗粒的分布呈弥散均匀状态，且材料性能各向同性，实现了低成本废弃钛资源的增值再制造。

技术领域

本发明涉及废弃钛切屑的固态循环与再制造技术，特别涉及采用球磨-等通道转角挤压法回收处理废弃钛切屑的方法。

背景技术

废弃金属资源的循环与再制造是实现可持续发展的关键因素之一。钛(Ti)是非常重要，但冶炼成本较高的金属资源，其生物相容性优异、耐蚀性好、力学性能适宜，是制造医疗器械、人工关节、大型能源化工容器等的重要材料。但是，为了制造高精度钛结构，需设计较大的加工余量。相当比例的原材料将转化为废弃的切屑。传统的切屑处理技术是高温熔铸，能耗大、污染重，效率低，且铸造组织晶粒粗大，性能较差。目前，固态循环与再制造技术的研发，因避免高温熔铸，是实现资源高效、清洁循环的一个有效途径。

通过剧烈塑性变形对金属材料施加高水平应变，以显著细化晶粒，从而开发高强度材料，目前已有系列报道。值得注意的是，作为一种典型的剧烈塑性变形技术，等通道转角挤压(Equal channel angular pressing，简称ECAP)已被应用于制备大尺寸块体超细晶金属材料。借助于ECAP，可固化粉末等离散原料，使其转变为全致密化的块体材料。Xia和Wu在《Scripta Materialia》2005年53卷11期1225-1229页上发表“Back pressure equalchannel angular consolidation of pure Al particles(纯Al颗粒的背压等通道转角固化)”一文中，提出从纯铝(Al)微米颗粒原料出发，通过ECAP模具来固化粉末，制备出全致密化的块体材料。同时，Wu和Xia在《Journal of Materials Processing Technology》2007年192-193卷355-359页上发表“Back pressure equal channel angular consolidation-Application in producing aluminium matrix composites with fine flyashparticles(背压等通道转角固化在制备铝基细粉煤灰颗粒复合材料中的应用)”一文，以Al粉和超细粉煤灰颗粒为原材料，通过ECAP技术制备出含粉煤灰第二相的Al基复合材料。

除了上述以粉体作为原料并通过ECAP制备块体超细晶金属材料，应用ECAP技术也能实现废弃金属切屑的循环与再制造。Luo等在《Scripta Materialia》2012年66卷785-788页上发表“A modified Hall-Petch relationship in ultrafine-grained titaniumrecycled from chips by equal channel angular pressing(由切屑通过等通道转角挤压循环超细晶钛中的修正Hall-Petch关系)”一文，报道通过回收废弃的2级Ti(ASTM Grade2)切屑，由ECAP技术再制造块体材料。其后的相关工作包括：Lapovok等在《Journal ofMaterials Science》2014年49卷1193-1204页上发表“Multicomponent materials frommachining chips compacted by equal-channel angular pressing(由等通道转角挤压切屑成形制备多组分材料)”一文，报道了通过Al切屑及Mg切屑的相互混合，由ECAP制备多组分合金材料。