[发明专利]一种利用金属吸氢膨胀促进金属坯体致密化的方法

说明书

本发明涉及一种利用金属的吸氢膨胀作用，促进金属坯体致密化的方法。所述吸氢膨胀作用是指某些金属块体或金属粉末在氢气气氛和一定温度条件下，吸收氢气产生体积膨胀效应。在刚性模套的约束下，将需要致密化处理的金属坯体周围填充吸氢金属。通过金属吸氢产生体积膨胀效应，从而向内部施压致使金属坯体内部孔隙闭合，进而致密度提升。本发明提供了一种在中低温度、氢气氛下制备高致密度或全致密金属材料的方法。本方法可作为一种新型粉末冶金致密化技术，也可用于消除金属材料内的残余孔隙的方法以提高材料各项性能。

技术领域

本发明涉及一种金属、合金、金属基复合材料的致密化方法；特别涉及一种利用金属氢化膨胀效应提高金属坯体致密度的方法。

背景技术

在金属材料加工过程中，材料内部常常会产生一定的孔隙。铸造合金中往往存在缩孔、气孔等。对于粉末冶金材料而言，许多材料体系的烧结坯体存在残余孔隙。据报道，增材制造的金属材料，由于原料和工艺的影响会有微小孔隙存在。金属焊接的过程中，焊缝处产生的微孔或气泡是严重的缺陷。此外，在金属复合材料的制备过程中，界面反应可能会导致孔隙产生。金属材料中的孔隙是影响制品性能的主要缺陷之一，直接影响其力学性能，导致材料失效。

传统金属材料(如钢铁、钛合金、铝合金等)中的孔隙缺陷可利用塑性加工方法加以去除。对于有近净成形要求的粉末冶金材料、增材制造金属材料等而言，需要采用高成本的热等静压、热压烧结、放电等离子烧结等技术除去制品中的孔隙缺陷。

热等静压是通过高温和高压气体共同作用的烧结方法，利用高压气体使材料各方向的均衡受力，能够制备组织均匀的全致密材料，但缺点是封装难度大、成本高、效率低。热压烧结是粉料充填入模具内，再从轴向同时加压和加热的一种烧结方法。热压烧结易导致制品的各向异性，生产效率和制品尺寸受限。放电等离子体烧结在热压烧结的基础上增加了脉冲电流，促进烧结致密化，能在很短的时间内完成全致密材料的烧结，缺点是制品尺寸受限，规模化难度大。因此以上技术均存在成本高、效率低、制品尺寸限制等缺点。

发明内容

研究发现：许多金属和合金能在一定条件下与氢气反应，具有存储和释放氢气的功能，被作为储氢功能材料使用。然而，在金属吸氢反应过程中，由于晶格参数变化，会产生明显的体积膨胀。例如：金属钛吸氢完全转化为氢化钛后，体积膨胀可达15％以上。金属吸氢导致的膨胀现象，可产生巨大的应力，在不受外界约束的情况下，严重时会导致块体材料的变形、开裂和粉化。

基于上述发现以及现有技术的不足，本发明提供一种利用金属吸氢膨胀促进金属坯体致密化的方法。

本发明一种利用金属吸氢膨胀促进金属坯体致密化的方法；在装填吸氢膨胀物质或装填吸氢膨胀物质与待致密化材料的刚性密闭模具内通入氢气，利用吸氢膨胀物质的体积膨胀效应对自身和/或待致密化材料进行致密化。作为优选方案，在敞开体系下，所装填的吸氢膨胀物质或装填吸氢膨胀物质与待致密化材料，吸氢后总的体积膨胀至V1；定义刚性密闭模具内腔的体积为V2；则V1必须大于V2。

在体积膨胀足够大的情况下，留有缝隙或不留缝隙均可实现致密化。

本发明一种利用金属吸氢膨胀促进金属坯体致密化的方法；所述吸氢膨胀物质包括具有吸氢能力的金属。

本发明一种利用金属吸氢膨胀促进金属坯体致密化的方法；包括下述步骤；

步骤一

将预致密金属坯件A放入模具内；封装、紧固并预留通气口；得到预处理组件，所述预致密金属坯件A中含有具有吸氢能力的金属；预处理组件中，预致密金属坯件A的外壁与模具内壁接触或致密金属坯件A的外壁与模具内壁间留有缝隙；所述缝隙小于预致密金属坯件A吸氢后的线膨胀；

或