[发明专利]一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺

说明书

一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺。本发明涉及一种利用钛合金粉吸氢膨胀实现粉末近净成形的方法。将钛粉末或钛合金粉末A或含钛混合粉末B装入刚性模具，模具内腔根据产品几何形状设计；将胚体放入烧结炉中通入氢气，使钛合金粉末吸氢；钛合金粉末吸氢的体积膨胀效应使粉末互相挤压，从而得到较高强度的粉末胚体；然后将坯体连同模具在真空坏境下脱氢，脱氢后粉末坯体能够方便地取出；最后对粉末坯体烧结得到目标形状的成品。本发明提供了一种新型钛合金粉末冶金的近净成形方法。本方法可以获得复杂形状的制品，适用于压制性能差的各种钛粉、钛合金粉，并且本方法得到的粉末坯体和烧结成品密度高、均匀性好、性能提升。

技术领域

本发明涉及一种钛合金粉末近净成形的方法；特别涉及一种利用钛合金粉吸氢膨胀促进粉末近净成形的方法。

背景技术

钛合金以及钛基复合材料因密度低、比强度高、耐蚀、中温性能好、无磁、生物相容性好等优点，在航空、航天、舰船、兵器、核能、生物医用等领域有着广泛用途，是一种重要的金属材料。钛合金的制备方法有多种，有精铸、机加工、增材制造、粉末冶金，但钛的高昂成本限制其广泛应用。

钛合金及钛基复合材料存在的问题是加工难度大，加工成本高，导致最终的产品应用受限。粉末冶金成形技术可以制备尺寸精准、加工量少的近净成形的钛合金零部件。成形方法主要包括冷压、冷等静压、热等静压、注射成形。然而钛合金粉末的压制性能差、成型难，后续烧结容易产生缺陷，且致密度和力学性能低下。

粉末热等静压，热压烧结、放电等离子体烧结等成型技术可以制造性能良好的材料，但这些特种工艺技术成本高昂、推广难度大、对产品尺寸也有较大限制。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，首次提出一种利用钛合金粉吸氢膨胀促进粉末近净成形及后续烧结工艺。

本发明一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺；将钛粉末或钛合金粉末A或含钛混合粉末B装入刚性模具，得到组件C；将组件装入氢气炉升温通氢，使钛合金粉末或含钛混合粉末吸氢；利用钛合金粉末或含钛混合粉末的体积膨胀效应使钛合金粉末或含钛混合粉末相互挤压得到具有较高强度的粉末胚体；然后将粉末胚体在真空或惰性气氛下脱氢，脱氢后取出粉末坯体D；最后对粉末坯体D进行高温烧结得到目标形状的成品。所述高温烧结的温度大于吸氢时的温度。

本发明一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺；吸氢过程控制为：加热组件C，并且通入氢气；保温，然后降温，持续通入氢气，结束；在吸氢过程中的钛及钛合金粉末的吸氢体积膨胀必须达到有塑性变形使粉末坯体有良好结合强度的效果。

本发明一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺；脱氢过程控制为：在真空，或流动惰性气氛（包括氩气）中，将组件C加热至一定温度，保温，结束；在脱氢氢过程中钛及钛合金粉末坯体必须有一定程度的体积收缩，以达到粉末坯体D能够顺利脱模的效果。

本发明一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺；高温烧结过程控制为：将粉末坯体D置于烧结炉中，加热至烧结温度，保温，降温，结束；所述高温烧结的温度为1000-1300℃，烧结时，炉内的真空度低于10^-3 Pa。在烧结过程中，必须使粉末坯体达到较高的致密度以获得优良的力学性能。

本发明一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺；

钛粉末的化学成分为纯钛，

钛合金粉末A为含有摩尔百分含量40%以上钛元素的钛合金，

钛粉末、钛合金粉末A的平均粒度小于200微米；

所述钛粉末、钛合金粉末具有吸氢能力，所述钛粉末、钛合金粉末具有吸氢膨胀效应。

本发明一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺；

含钛混合粉末B中，含有具有吸氢膨胀能力的钛或钛合金粉；所述含钛混合粉末B中钛粉的平均粒度小于200微米。