[发明专利]一种全致密复杂形状钛合金薄壁零部件的制备方法

说明书

本发明公开一种全致密复杂形状钛合金薄壁零部件的制备方法，属于精密异形钛合金零件制备的技术领域。所述方法包括复杂形状的塑料零件制备、凝胶注模成形用的复杂模具制备、悬浮浆料的制备、凝胶注模、热脱脂+真空烧结、刷覆+热处理。其是通过将低熔点金属粉末刷覆在复杂形状零件的表面，利用真空负压热处理方式使得低熔点金属溶渗进入多孔钛合金零件的孔隙中，并在热处理过程中合金元素扩散至钛基体内部，使钛合金薄壁零件全致密且组织成分均匀，最终获得尺寸精确控制的全致密钛合金复杂薄壁零件。本发明的制备方法能够保证零件精密尺寸的精确控制，所制备的复杂形状钛合金薄壁零部件全致密且组织均匀，工艺简单，流程短，适用性强，低成本。

技术领域

本发明属于精密异形钛合金零件制备的技术领域，涉及一种全致密复杂形状钛合金薄壁零部件的制备方法。

背景技术

钛及其合金因为具有密度低、强度高、耐蚀性好等优良性能，已经成为航空航天以及海洋深潜等前沿领域的重要结构材料。

然而，钛合金难加工，对于大尺寸复杂形状的钛合金精密零部件来说，目前主要通过机加工、热等静压、3D打印等方式成形，其中热等静压技术制备的精密尺寸复杂零件，需采用钢制外包套，内制石墨模芯，只能精确控制内尺寸，无法控制外尺寸，对于精密尺寸零件的制备较为困难。

激光或电子束3D打印的方式，对粉末要求较高，打印用粉末须满足球形度高、流动性好、松装密度高、粒径细小和粒度分布较窄等要求。而且打印设备基础成本较高，加工周期长无法满足大批量生产。

传统机加工方式材料损耗率较高，加工周期长，加工步骤复杂，成本较高，同样无法满足快速大批量生产的要求。

凝胶注模成形是一种低成本近净成形技术，将金属粉末与凝胶体系均匀混合，得到悬浮浆料后，将浆料注入到闭合模具的模腔中，原位固化，获得复杂形状坯体，经脱脂烧结后，获得目标零部件。能加工复杂形状，带内部复杂结构的制品，适合制备大尺寸、复杂形状、薄壁的各类异形件，生产效率高。

相较于传统复杂成形工艺，凝胶注模成形技术优势明显，合金成分均匀，原材料利用率高，步骤简单，成本较低，大批量复杂形状零部件的生产能力强，大大推动复杂形状零部件的工业化生产和应用。

例如：中国专利CN 105543526 A公开了一种利用凝胶注模成形制备高致密度钛或钛合金的方法，其中并未对复杂形状薄壁零部件进行模具制备，致密度是通过脱脂烧结后的热等静压处理得到，而热等静压并不适合复杂形状薄壁零部件的形状制备，而且固化过程中未振动，产品成分并不均匀。

中国专利CN 103801696 A公开了一种利用3D打印模具制备粉末冶金复杂形状零件的方法，所制备的零件为复杂形状薄壁中空的零件，并未考虑产品烧结收缩比将零部件的主体按比例放大，后续的固化过程也未振动，且脱脂烧结并未对致密度进行提高，故而致密度不能达到全致密。

中国专利CN 113458399 A公开了一种短流程制备大尺寸钛合金螺旋桨的方法，为了实现大尺寸钛合金螺旋桨的凝胶注模成形并保证坯体质量和烧结性能，采用上下开模方式结合振动台振动，保证坯体成形质量，同时为了减少坯体孔隙，通过冷等静压成形实现坯体的进一步致密化；故而其中的致密度提高是通过将固化后的坯体进行冷等静压成形来实现，由于未脱脂就进行冷等静压，故而脱脂烧结后的大尺寸钛合金螺旋桨形状并不复杂，致密度也不能达到全致密。

综上，凝胶注模成形所制备得到的钛合金零部件往往存在一定的孔隙，制备的零件很难做到完全致密；尤其对于复杂形状的薄壁零部件来说，凝胶注模坯体的粉末固含量一般都是不超过70vol.％，致密化烧结过程中存在大幅度的烧结收缩技术缺陷；而烧结收缩越大，收缩变形就越严重，从而使得薄壁零部件的精确尺寸越难以保证，尺寸精确控制越难。

虽然存在通过热等静压和冷等静压等提高凝胶注模成形产品致密度的方法，但是并不适合复杂形状的钛合金薄壁零部件，特别是对薄壁零部件尺寸的精确控制更是难以实现。

发明内容