一種低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法技術

本發明專利技術公開一種低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法，屬于金屬注射成形的技術領域。所述方法包括原料稱量、密煉、造粒、注射成型、酸脫脂、熱脫脂+真空燒結、刷覆+熱處理。其是以粗不規則鈦合金粉末為35μm≤D90≤75μm的鈦合金粉末和成形粘結劑為原料進行注射成型，粗粉不易氧化，有利于實現注射成形鈦合金的低氧含量，且不規則鈦粉末的成本遠低于球形鈦粉，生產成本相對降低70％以上；真空燒結制備的多孔復雜形狀鈦合金零部件的燒結收縮系數控制在1.155

【技術實現步驟摘要】
一種低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法


[0001]本專利技術屬于金屬注射成形的
，涉及一種低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法。

技術介紹

[0002]我國是注射成形大國，2020年我國金屬注射成形的產值就將近達到80億元，占全球的40％，主要以不銹鋼零件為主。由于鈦合金具有密度低、強度高、無磁、生物相容性好、耐腐蝕等優點，被稱為“未來的鋼鐵”；世界各國政府都在競相發展鈦合金，尤其是注射成形得到復雜形狀的鈦合金零部件。
[0003]目前，注射成形鈦合金對粉末原料的要求較高，通常要求粉末近球形或球形，粉末裝載量一般要求60vol.％左右，燒結收縮率一般控制在1.155
?
1.175，故而微細低氧的球形鈦粉是現有發展注射成形鈦合金的核心原材料。
[0004]然而，鈦合金極其活潑，目前仍沒有盛放鈦液的坩堝，熔煉必須在高真空或高純惰性氣體保護下進行，難以通過傳統熔煉霧化的方式制備微細球形鈦粉，造成球形鈦粉的價格昂貴，達到1000元/kg，這些高成本低氧含量控制和鈦粉的近球形控制都限制了注射成形鈦合金的工業化發展。
[0005]例如：中國專利CN 108555278 A公開了一種用于鈦合金粉末注射成型的粘結劑以及注射成型鈦合金零件的方法，其中的鈦合金粉末為球形粉末，注射溫度分四段，粘結劑成分復雜，制備成本高，裝載量為60％
?
70％，裝載量高，熔煉過程需要真空環境控制。
[0006]中國專利CN 109909497 A公開了粉末表面處理劑、鈦或鈦合金粉末注射成形方法及制品，其中雖然鈦合金粉選擇可以為不規則的氫化脫氫鈦粉，但是需要額外的制備球形粉末的表面處理劑，加大了生產成本，且并未對裝載量和致密度、燒結收縮率進行控制。
[0007]中國專利CN 110935878 A公開了一種鈦合金零件的注射成形方法，其中采用熱等靜壓(HIP)燒結致密化得到鈦合金零件，鈦合金粉末為氣霧化粉末，制備成本高，不利于工業使用；且熱等靜壓(HIP)確實在一定程度上能夠控制燒結收縮率和燒結致密度，然而所制備得到的鈦合金零件并非全致密。
[0008]而氫化脫氫鈦粉是采用氫化脫氫工藝制備得到的，雖然形狀不規則，但是相對于近球形鈦粉成本較低，通常200
?
300元/kg；且現有的氫化脫氫鈦粉因形狀不規則，限制其裝載量一般不超過55vol.％，導致注射成形鈦合金的燒結收縮率大大超過1.2，致密度較低；如果有某種方法能夠采用不規則鈦粉進行注射成形，且不影響燒結收縮率的控制的基礎上進一步降低粉末裝載量和提高注射成型鈦合金零部件的致密度，能夠大幅度降低鈦合金的生產成本。

技術實現思路

[0009]本專利技術解決的技術問題是現有技術中的金屬注射成型過程中的粘結劑占比小而鈦合金粉末占比大，鈦合金粉末需要近球形的高成本和燒結收縮率、燒結致密度難以控制；
且傳統制備方式所制備得到的鈦合金零部件并非全致密，不適合復雜鈦合金零部件的工業大規模生產和推廣。
[0010]為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：
[0011]一種低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法，所述方法包括如下步驟：
[0012]S1、原料稱量：按不規則鈦粉末和成形粘結劑的體積百分比中不規則鈦粉末占45
?
53vol.％稱量；
[0013]S2、密煉：將所述步驟S1稱量的不規則鈦粉末或鈦合金粉末和成形粘結劑一起放到密煉倉內，進行密煉得到混合料；
[0014]S3、造粒：將所述步驟S2的混合料擠出造粒，從而獲得注射喂料；
[0015]S4、注射成型：將所述步驟S3得到的注射喂料倒入注射機的料倉中，之后注射進入模具中，隨后取出獲得復雜形狀的坯體；
[0016]S5、酸脫脂：將所述步驟S4中的坯體放入草酸或硝酸脫脂爐中進行酸脫，獲得酸脫坯體；
[0017]S6、熱脫脂+真空燒結：將所述步驟S5中的酸脫坯體放入金屬場脫脂燒結爐中進行脫脂燒結，之后進行真空燒結，冷卻后獲得多孔復雜形狀零部件；
[0018]S7、刷覆+熱處理：對所述步驟S6中的多孔復雜形狀零部件表面刷覆低熔點金屬粉末料漿，之后進行真空熱處理，冷卻后獲得全致密的復雜形狀鈦合金零部件。
[0019]優選地，所述步驟S1中的不規則鈦粉末或鈦合金粉末為各種市售牌號的純鈦或鈦合金粉末，粉末粒徑35μm≤D90≤75μm，氧含量＜0.1wt.％。
[0020]優選地，所述步驟S1中的成形粘結劑為丙烯酸十八酯0.2
?
4wt.％，乙撐雙硬脂酰胺0.1
?
0.5wt.％，乙烯
?
醋酸乙烯共聚物1
?
3wt.％，聚乙烯2
?
8wt.％，聚丙烯2
?
10wt.％，巴斯夫抗氧化劑0.1
?
1wt.％，余量為聚甲醛。
[0021]優選地，所述步驟S2中的密煉過程為打開密煉造粒一體機，在160
?
180℃下預熱30
?
60min后，將不規則鈦粉末或鈦合金粉末和成形粘結劑一起放到密煉倉內進行密煉，密煉溫度為160
?
170℃，滾軸轉速5
?
30r/min，密煉時間為30
?
60min。
[0022]優選地，所述步驟S3中的造粒過程的擠出溫度為160
?
170℃，擠出轉速為10
?
30r/min，切粒溫度為160
?
170℃，切粒轉速為200
?
400r/min。
[0023]優選地，所述步驟S4中的注射喂料倒入注射機的料倉需要先將模具溫度加熱至80
?
120℃，注射溫度為150
?
175℃。
[0024]優選地，所述步驟S5中的酸脫溫度為110
?
140℃，酸脫3
?
10h。
[0025]優選地，所述步驟S6中的熱脫脂溫度為250
?
650℃，保溫5
?
12h；燒結溫度為1100
?
1300℃，保溫2
?
5h，真空度為10
?3?
10
?1Pa。
[0026]優選地，所述步驟S6中的熱脫脂為三階段脫脂，其中：一階段脫脂的溫度為250
?
300℃，保溫2
?
3h；二階段脫脂的溫度為400
?
450℃，保溫1.5
?
3h；三階段脫脂的溫度為600
?
650℃，保溫2
?
4h。
[0027]優選地，所述步驟S7中的低熔點金屬粉末與酒精或丙酮溶劑配成低熔點金屬粉末料漿，粉末體積百分比為85
?
95vol.％；熱處理溫度為300
?...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：S1、原料稱量：按不規則鈦粉末或鈦合金粉末和成形粘結劑的體積百分比中不規則鈦粉末占45
?
53vol.％稱量；S2、密煉：將所述步驟S1稱量的不規則鈦粉末和成形粘結劑一起放到密煉倉內，進行密煉得到混合料；S3、造粒：將所述步驟S2的混合料擠出造粒，從而獲得注射喂料；S4、注射成型：將所述步驟S3得到的注射喂料倒入注射機的料倉中，之后注射進入模具中，隨后取出獲得復雜形狀的坯體；S5、酸脫脂：將所述步驟S4中的坯體放入草酸或硝酸脫脂爐中進行酸脫，獲得酸脫坯體；S6、熱脫脂+真空燒結：將所述步驟S5中的酸脫坯體放入金屬場脫脂燒結爐中進行脫脂燒結，之后進行真空燒結，冷卻后獲得多孔復雜形狀零部件；S7、刷覆+熱處理：對所述步驟S6中的多孔復雜形狀鈦合金零部件表面刷覆低熔點金屬粉末料漿，之后進行真空熱處理，冷卻后獲得全致密的復雜形狀鈦合金零部件。2.根據權利要求1所述的低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法，其特征在于，所述步驟S1中的不規則鈦粉末或鈦合金粉末為各種市售牌號的純鈦或鈦合金粉末，粉末粒徑35μm≤D90≤75μm，氧含量＜0.1wt.％。3.根據權利要求1所述的低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法，其特征在于，所述步驟S1中的成形粘結劑為丙烯酸十八酯0.2
?
4wt.％，乙撐雙硬脂酰胺0.1
?
0.5wt.％，乙烯
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醋酸乙烯共聚物1
?
3wt.％，聚乙烯2
?
8wt.％，聚丙烯2
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10wt.％，巴斯夫抗氧化劑0.1
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1wt.％，余量為聚甲醛。4.根據權利要求1所述的低成本注射成形制備全致密鈦合金零部件的方法，其特征在于，所述步驟S2中的密煉過程為打開密煉造粒一體機，在160
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180℃下預熱30
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60min后，將不規則鈦粉末或鈦合金粉末和成形粘結劑一起放到密煉倉內進行密煉，密煉溫度為160
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【專利技術屬性】
技術研發人員：楊芳，王海英，郭志猛，程志駿，
申請(專利權)人：江蘇金物新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：