[发明专利]一种钛切屑的球磨电场压力辅助烧结再制造方法与装置

摘要

本发明提出一种钛切屑的球磨电场压力辅助烧结再制造方法与装置，包括如下步骤步骤(1)‑Ti切屑回收预处理；步骤(2)‑Ti切屑的BM加工；步骤(3)‑BM‑Ti切屑的FAPAS固化。本发明将BM和FAPAS工艺相结合，从2级Ti(ASTM Grade 2)切屑出发，成功实施废弃切屑的再制造，制备出大尺寸块体Ti材。利用BM‑FAPAS再制造技术，既制备了超细组织，又实现了氧化物弥散，抑制冶金缺陷的形成。在相似的含氧量水平上，再制造Ti材的强度优于2级Ti商业棒材，并具有良好的各向同性，本发明的BM‑FAPAS再制造技术避免了高温熔铸，是一种低成本，且高效清洁的金属资源回收处理技术，特别适用于高冶炼成本Ti资源的循环与再利用。

主权项

一种钛切屑的球磨电场压力辅助烧结再制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)‑Ti切屑回收预处理：以端铣2级Ti(ASTM Grade 2)所生成的切屑为原材料，搜集切屑后，采用电感耦合等离子体原子发射光谱(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，简称ICP‑AES)分析其化学成分(质量百分比，wt.％)，分析结果如下：初始Ti切削(质量百分比，wt.％)O＝0.15，N＜0.01，C＜0.01，Fe＝0.10；由分析结果可知，经铣削加工的2级Ti切屑其化学成分(含氧量)符合ASTM标准范围；同时，采用99.9％的乙醇在超声波振动槽内清洗Ti切屑，以去除原材料中的油污和杂质等；步骤(2)‑Ti切屑的BM加工：将由步骤(1)取得的Ti切屑置入钢制BM容器，切屑与钢球之间质量比为15:1；同时，加入1wt.％的硬脂酸作为过程控制剂，并将BM容器充入氩气作为保护氛围，以防止切屑在BM过程中过度氧化；行星式BM机器的转速为300rpm；BM运行总时长为15小时；在BM运行过程中，Ti切屑在钢球的撞击、搓碾下发生冷焊、硬化及破碎；通过BM加工，Ti切屑的外形尺寸及表面氧化物得以显著细化；同时，通过在容器外部通以液氮循环以降低切屑‑钢球的摩擦温度，且机器每运行1个小时将暂停12分钟；BM结束后，采用ICP‑AES分析切屑的化学成分，分析结果如下：BM‑Ti切削(质量百分比，wt.％)O＝0.17，N＜0.01，C＜0.22，Fe＝0.64，由分析结果可知，经BM加工的Ti切屑在氩气保护下，其氧含量仅略有上升(由0.15wt.％升至0.17wt.％)，而Fe含量由0.10wt.％升至0.64wt.％；步骤(3)‑BM‑Ti切屑的FAPAS固化：FAPAS固化工艺装置，将BM‑Ti切屑放入烘箱，在60℃温度下干燥30分钟，然后置入石墨制成的圆筒形FAPAS模具(其内壁垫以石墨纸，模具外径内径高度50mm)；将置入模具中的BM‑Ti切屑进行冷压以制取压坯；将含有压坯的模具放入FAPAS装置的上下电极之间，将烧结室抽真空(残余压力～5Pa)，通过液压系统由模具的上下冲头施加100kN的单轴压力，并通过15V、5000A(75kVA)的脉冲直流(12ms开、2ms关)对BM‑Ti切屑进行烧结，技术参数为，加热速率120℃/min，烧结温度～800℃，烧结时间20min；烧结完毕后试样自然冷却。