[发明专利]一种烧结钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种烧结钛合金及其制备方法，该钛合金的制备原料包括0.2‑0.8wt.％稀土氮化物和余量的HDH钛粉，包括如下具体步骤：第一步：将上述原料进行混料，得到混合粉末；第二步：将第一步得到的混合粉末进行模压成型，得到生坯；或者是，将第一步得到的混合粉末与粘合剂混合制得喂料；将喂料进行注射成型，得到注射坯；将注射坯脱脂得到脱脂生坯；第三步：将第二步得到的生坯进行真空烧结，得到烧结钛合金。本发明通过在钛合金中添加稀土氮化物，既能起到夺取氧的效果，又不会产生副产物，无残留且相对安全。同时稀土氮化物具有价格低廉的优势，可降低成本，拓展其应用领域。

技术领域

本发明属于钛合金制备技术领域，尤其涉及一种烧结钛合金及其制备方法。

背景技术

采用粉末压制、烧结技术可以大批量制备小型复杂钛合金零部件，在很多领域有巨大的需求。但是，粉末注射成形钛合金一直面临成本和性能不能兼得的困境。如果采用高成本的雾化钛粉作为原料，会造成产品价格过高而没有竞争力。而采用低成本的氢化脱氢钛粉(Hydride and Dehydrogenated Titanium Powders，HDH)作为原料，则其中的氧含量偏高。再加上混料、压制、脱除添加剂、烧结等工艺过程的增氧，会造成最终产品中的氧含量过高。从而导致合金的塑性大幅降低，甚至出现脆性断裂。

近年来，通过添加稀土元素钕、铒、镧、铈等改善粉末钛合金的性能成为了研究热点。这些稀土元素能夺取钛合金中的氧，降低合金基体中的氧含量从而提升合金的塑性。同时稀土元素形成的氧化物又可以作为钛合金中的强化相，从而提升合金的强度。但是纯的稀土金属粉在实际应用中效果不佳。

目前的研究重点是使用稀土氢化物、硼化物或硅化物。其中氢化物的造成的副产物最少，但是其商业化程度低、价格昂贵、保存困难且安全性较差。硼化物的加入会形成TiB或TiB₂等副产物，其中TiB具有针状结构，脆性极大。当TiB含量较多时，钛合金的强度显著上升而塑性明显下降。稀土硅化物是更利于投入实际应用的化合物，但是过量的硅元素引入同样会对合金的组织性能造成不利的影响。因此亟待开发一种制备成本、合金脆性低，延伸率高，且不会引入新的不利副产物的烧结钛合金。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种制备成本低且性能好的烧结钛合金及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种烧结钛合金，该钛合金的制备原料包括0.2-0.8wt.％稀土氮化物和余量的HDH钛粉。

进一步的，所述稀土氮化物为CeN或NdN。

进一步的，所述HDH钛粉粒径大小为200-400目，所述稀土氮化物的粉末粒度为2-5μm。

进一步的，所述HDH钛粉中氧含量为0.25-0.40wt.％。

一种制备上述烧结钛合金的方法，包括如下具体步骤：

第一步：将上述原料进行混料，得到混合粉末；

第二步：将第一步得到的混合粉末进行模压成型，得到生坯；或者是，

将第一步得到的混合粉末与粘合剂混合制得喂料；

将喂料进行注射成型，得到注射坯；

将注射坯脱脂得到脱脂生坯；

第三步：将第二步得到的生坯进行真空烧结，得到烧结钛合金。

进一步的，真空烧结的工艺过程为：将生坯以2-10℃/min的升温速率升温至500℃-600℃，保温0.5-1h，再以5-10℃/min的升温速率升温至1250℃-1380℃之间，真空度控制在1×10^-3-5×10^-4Pa之间。