[发明专利]一种包覆烧结辅助剂的钛粉体及其制备方法

说明书

本发明属于粉末冶金钛合金零部件制造领域，主要涉及一种包覆烧结辅助剂的钛粉体及其制备方法。所述烧结辅助剂是一种均匀包覆在钛/钛合金粉体表面的纳米颗粒，在钛粉烧结过程中通过形成低温液相来强化钛粉的烧结致密化行为。本发明通过化学镀技术来实现，选择特定金属盐溶液，通过控制化学镀反应条件实现将烧结辅助剂均匀、定量、可控在钛粉表面，相比传统机械混合法在钛粉中引入的烧结辅助剂，该技术涉及的包覆型烧结辅助剂具有强化烧结效率高、引入需求量少、烧结组织均匀性高等优点。

技术领域

本发明属于粉末冶金钛合金零部件制造领域，主要涉及一种包覆烧结辅助剂的钛粉体及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强度和比刚度高、耐腐蚀性能优异等诸多优点，在航空航天、武器装备、汽车工业等诸多领域中都是提高使用性能、降低重量、提高效能的最佳候选材料之一。然而，与其他传统材料不同，钛合金复杂的熔炼工艺和极差的机械加工性能导致当前铸锻工艺生产的钛合金零部件的成本非常高，从原材料到最终零部件其有效使用率不到12％，高昂的成本导致钛合金在众多工程领域的应用和发展受到严重限制。

粉末冶金技术是一种将粉末直接加工成产品零部件的绿色工艺技术，可有效解决钛合金加工成本高、生产流程长等问题，因此已成为降低钛合金成本的必由之路。然而，钛合金粉末冶金技术目前发展缓慢，其主要原因是烧结密度低，难以达到工业应用标准。针对该问题，国内外研究团队开发了多种烧结辅助剂，其中包括镍、铁等单质烧结辅助剂，但是其添加量通常需要达到8wt.％以上时才能实现钛合金的高致密化烧结，烧结辅助剂的大量添加导致脆性共析体的行程，致使钛合金强度和塑性的大幅衰退。为了降低烧结辅助剂添加量并获得高致密化钛合金制品，研究学者开发了Ni-B，Fe-Si等二元烧结辅助剂，在较低添加量时即可实现钛合金的高致密化烧结，其原理是通过与钛反应形成低温液相来强化钛合金烧结致密化行为。

新型二元烧结辅助剂的开发虽然能够在一定程度上减少烧结辅助剂的添加量同时强化钛粉的烧结致密化行为，但是外部添加的烧结辅助剂其粒径尺寸一般在几十微米，强化烧结能力有限，仍然无法达到致密度98％的工业应用标准。对此，研究人员通过细化辅助剂粒径以期进一步提升烧结辅助剂的强化烧结性能，但是超细粉体之间存在强范德华力，导致传统机械混合法无法实现超细烧结辅助剂的均匀引入，导致强化烧结效果不佳、烧结组织均匀性低、烧结制品严重变形等问题的出现。因此，亟需开发一种能够在钛粉中得到均匀分散且具有高活性的超细二元烧结辅助剂，实现在少量或微量添加条件下使粉末冶金钛合金得到高致密化均匀烧结。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种包覆烧结辅助剂的钛粉体。本发明针对传统烧结辅助剂因尺寸限制或分散均匀性差等问题导致的强化烧结能力不足或烧结制品组织均匀性差等问题，采用化学镀技术制备了一种在钛粉体表面均匀包覆的二元烧结辅助剂，所述烧结辅助剂均匀尺寸细小活性高、分散均匀性好、杂质含量低等一系列优点，其制备方法突破了传统纳米烧结辅助剂无法在钛粉中均匀引入的技术瓶颈，解决了高效烧结辅助剂与其分散均匀性难以协调的矛盾问题。所述烧结辅助剂可以直接用于高致密、复杂形状的粉末冶金钛合金零部件的生产，但其应用并不仅限于此，也可以用于充当粉末冶金或3D打印技术制备的钛基复合材料中强化相反应原料。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种包覆烧结辅助剂的钛粉体，所述钛粉体的表面上均匀包覆烧结辅助剂，烧结辅助剂的尺寸为20nm～1μm，包覆量为0.05wt.％～10wt.％。

优选地，所述包覆型烧结辅助剂为V-B二元化合物、Ni-B二元化合物和Co-B二元化合物中的一种或多种。

优选地，所述钛粉体包括Ti粉、Ti-Al粉、Ti-Al-V粉、Ti-Fe-V粉、Ti-Mo-Sn-Zr粉和Ti-Al-Mo-V粉中的一种或多种，质量纯度≥99％。

一种上述包覆烧结辅助剂的钛粉体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：