[发明专利]一种钛切屑的球磨电场压力辅助烧结再制造方法与装置

说明书

技术领域

本发明是属于金属材料加工领域，涉及废弃金属资源的固相循环与再利用，特别是针对高冶炼成本的钛资源，研发一种高效清洁的钛切屑再制造新技术，尤其涉及到一种废弃钛切屑的球磨-电场-压力辅助烧结再制造方法。

背景技术

电场激发与压力辅助烧结(Field-activated and pressure-assisted sintering,简称FAPAS)是近些年发展起来的一种新型烧结技术。其利用脉冲电场产生的焦耳热，并施加压力，在瞬时高温中实现烧结和致密的一体化。FAPAS技术具有加热均匀，升温速度快，烧结时间短，生产效率高等特点，其产物微观晶粒细小均匀，可有效制备高致密度的金属及其复合材料。FAPAS技术的发明对于实现材料的高效、低成本的制备具有重要意义，现已于金属间化合物、陶瓷及复合材料的制备，尤其对于低放热体系的反应合成以及难烧结材料更具独特的价值。通过对现有技术的文献检索发现，Hu等在《International Journal ofRefractoryMetals and Hard Materials》2011年29卷第4期470-477页上发表“Microstructure evolution and wearproperties ofbulk MoSi2fabricatedby field-activated sintering(电场激发烧结制备块体MoSi2的微观组织演变及磨损特性)”一文中，提出从纯Mo和Si粉末原料出发，通过75kVA的脉冲直流电场，并在30MPa的压强作用下固化粉末，由FAPAS工艺制备出全致密化的块体MoSi2材料。该材料具有微米级晶粒组织和良好的高温耐磨性质。同时，Hu等在《Journal ofAlloys and Compounds》2009年468卷第1-2期136-142页上发表“Microstructures and densification of MoSi2-SiC composite by field-activated and pressure-assisted combustion synthesis(电场激发与压力辅助燃烧合成块体MoSi2-SiC复合材料的微观组织及致密化)”一文，以纯Mo、Si粉以及超细C粉末为原材料，通过FAPAS技术成功制备出以SiC为第二相的全致密化块体MoSi2基复合材料。然而，目前尚未发现应用FAPAS技术实现废弃金属切屑循环与再制造的相关工作的报道。

与此同时，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 ofnanostructured Ti6Al4V alloy preparedby 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Ti、Al、V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 EngineeringA》2013年583卷105-113页上发表“Mechanical alloying oftitanium(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Ti超细粉末，并经过放电等离子烧结成功获得块体Ti材，其含氧量(质量百分比)～0.25wt.％；屈服强度大于600MPa，实际具备4级(ASTM Grade4)的强度水平(500-600MPa)。

废弃金属切屑循环处理的传统技术是重熔+铸造。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，可采用固相烧结方式。但是，Ti是一种易于氧化的活泼金属，其切屑表面氧化物以TiO2形式存在，其质地坚韧，若采用FAPAS技术直接处理Ti切屑，再制造Ti材中氧化物无法破碎、弥散，氧化物连续分布将形成微观组织中的冶金缺陷，削弱材料的机械性能。该技术问题目前尚未很好地解决。

因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

发明内容