[发明专利]一种利用凝胶注模成形制备高致密度钛或钛合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种利用凝胶注模成形 制备高致密度钛或钛合金的方法。

背景技术

钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、耐热性强等优异性能， 在航空航天、石油化工、电力、汽车等行业应用前景广阔。然而，高 成本成为限制其应用的关键因素，低成本制备工艺的开发成了钛合金 行业的研究热点。

与传统熔铸工艺比较，粉末冶金技术具有短流程、近净成形、材 料利用率高等优势，为低成本钛合金开辟出新方向。凝胶注模是一种 粉末近净成形工艺，该工艺基于传统浆料成形与高分子化学的有机结 合，利用可交联聚合的有机单体使浆料原位固化形成坯体，经脱脂、 烧结得到零件，特别适合于大尺寸、复杂形状钛合金零件的成型。由 于低成本要求，传统凝胶注模成形钛合金以氢化脱氢钛粉为原料，由 于粉末的形状不规则，浆料的固含量很低(325目钛粉的固含量约为 37vol.％)，烧结密度较低(相对密度<95％)，难以满足应用要求。如 中国专利号No.200610011526的发明专利提供了一种复杂形状多孔钛 的凝胶注模成型方法，以氢化脱氢钛粉为原料，适合于成型高孔隙率、 高开孔率、孔洞宏观分布均匀的多孔钛。因此，为了适应各行业对低 成本、大尺寸、复杂形状钛合金承载结构件的需求，需对凝胶注模成 型工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用凝胶注模成形制备高致密度钛或钛 合金的方法，解决氢化脱氢钛粉烧结密度低，无法应用于钛合金承载 结构件的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种利用凝胶注模成形制备高致密度钛或钛合金的方 法，包括如下步骤：

(1)配制预混液：预混液的化学成分按体积百分比为：有机单体 甲基丙烯酸β-羟乙酯30-60％、其余为溶剂甲苯；

(2)配制浆料：将氢化钛或氢化钛与合金元素粉末按照钛合金化 学成分混匀的粉料加入预混液中配制成低粘度浆料，浆料的固含量为4 8-52vol.％；

(3)注模成形：加入引发剂和催化剂后，将浆料注入模具中，有 机单体经交联固化形成坯体；

(4)干燥：坯体在真空干燥箱中干燥；

(5)脱脂烧结：坯体经流动氩气脱脂后，在1200-1300℃下真空烧 结得到烧结体；

(6)热等静压处理：将烧结体进行热等静压处理，得到相对密度> 99.5％的高致密度钛或钛合金零件。

所述步骤(2)中，氢化钛、合金元素粉末的平均粒度为30-50μm。

所述步骤(3)中，引发剂添加量为氢化钛或氢化钛与合金元素粉 末总质量的0.5-1％；催化剂添加量为预混液体积的1-1.5％。

所述步骤(4)中，干燥温度为50-70℃，干燥时间4-8h。

所述步骤(5)中，流动氩气脱脂温度为400-500℃，脱脂时间为3 -5h。

所述步骤(5)中，真空烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为2- 3h。

所述步骤(5)中，真空烧结所得烧结体的相对密度大于95％。

所述步骤(6)中，热等静压处理为在950-1000℃、120-200MPa 条件下的无包套热等静压处理。

所述步骤(6)中，制备得到的高致密度钛或钛合金零件的相对密 度为99.9％。

所述方法适合于大尺寸、复杂形状、高致密度钛或钛合金产品的 制备。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、与以钛粉为原料相比，氢化钛粉末浆料的固相含量高，有利于 获得高烧结密度，且在烧结过程中，氢化钛脱氢形成的新鲜钛表面活 性很高，益于表面原子的扩散，同样能够促进烧结密度的提高，因而 通过真空烧结可获得相对密度>95％的闭孔隙烧结体；

2、通过热等静压处理，可使烧结体中的残余孔隙闭合，达到致密 度高(相对密度大于99.5％)的钛或钛合金产品。且该热等静压处理过 程无需包套，成本低、适合于大规模工业化生产。

具体实施方式