[发明专利]钛废弃切屑循环固化的球磨‑高压扭转方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术，尤其涉及一种钛废弃切屑循环固化的球磨-高压扭转方法。

背景技术

废弃金属切屑循环处理的传统技术是高温熔铸。然而，高温熔铸能耗大、污染重，效率低，且铸造组织晶粒粗大，机械性能较差。为避免高温熔铸，发展了固相循环回收技术。通过对现有技术的文献检索发现，将等通道转角挤压(Equal channel angular pressing，简称ECAP)技术应用于处理金属切屑，能够细化晶粒，改善再制造材料的微观组织形态，提高机械性能。Lapovok等在《Journal of Materials Science》2014年49卷1193-1204页上发表“Multicomponent materials from machining 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，报道了通过铝切屑及镁切屑的相互混合，由ECAP循环再生多组分合金材料；Luo等在《Journal of Materials Science》2010年45卷4606-4612页上发表“Recycling of titanium machining chips by severe plastic deformation consolidation(钛切屑的剧烈塑性变形固态循环)”一文，提出通过回收废弃的2级钛(ASTM Grade 2)切屑，并由ECAP技术来循环再制造块体材料。

高压扭转(High-pressure torsion，简称HPT)是另一种制备块体纳米金属材料的剧烈塑性变形技术。Valiev和Langdon在《Advanced Engineering Materials》2010年12卷677-691页上发表“The art and science of tailoring materials by nano-structuring for advanced properties using SPD techniques”(采用SPD技术实现材料纳米结构调控及高性能化的科学与工艺)一文，指出HPT技术对于纳米晶制备很有效。例如，采用HPT技术对纯铜在6GPa的压力及室温下旋转处理5道次，获得小于100nm的超细微观组织。相较之下，若采用ECAP技术处理纯铜，在12道次之后微观组织仅细化至～200nm。显然，HPT技术的细化效率高于ECAP技术。而且，HPT在超高压作用下可实现材料在低温或室温下的塑性加工。例如，高强度的密排六方钛其塑性成形能力远逊于铜，在室温下难以塑性变形。Zhao等在《Scripta Materialia》2008年59卷542-545页上发表“Microstructure and properties of pure titanium processed by equal-channel angular pressing at room temperature”(室温等通道转角挤压制备纯钛的微观结构与性能)一文，在室温下用ECAP变形处理钛材一道次。但为了减少变形抗力，ECAP模具夹角由90度增加到120度，且挤压速率也较低(0.5mm/s)，这降低了ECAP的应变累积率和加工效率。相较而言，HPT技术能高效地实现钛材的室温加工。

球磨(Ball milling，简称BM)是一种广泛用于制备超细粉体材料的剧烈塑性变形技术。对现有技术文献的检索发现，Mahboubi Soufiani等在《Materials and Design》2012年37卷152-160页上发表“Formation mechanism and characterization of nanostructured Ti6Al4V alloy prepared by mechanical alloying(机械合金化制备Ti6Al4V合金纳米结构的形成机制及表征)”一文，报道以钛、铝、钒的微米粉为原料，通过BM技术合成制备了具有纳米尺度(小于100nm)的Ti-6Al-4V合金材料。此外，Zadra在《Materials Science and Engineering A》2013年583卷105-113页上发表“Mechanical alloying of titanium(钛的机械合金化)”一文，初始原料采用平均粒径小于150μm的Ti粉末，首先通过BM处理，获得小于25μm的纯钛超细粉末，并经过放电等离子烧结成功获得块体钛材。