基于多物理场活化烧结制备纯钛微型零件的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多物理场活化烧结制备纯钛微型零件的方法，该方法是将纯钛粉末称重后装填于模具中，然后在升温速度为25～125℃／s，真空度≤0.01Pa的烧结条件下，对装有钛粉末的模具通交流电进行急速加热，同时在模具两端施以10～200MPa的作用力，在电场和力场的持续作用下，当加热至800～1200℃时保温0～10分钟使钛粉末在模具中成型，最后断电空冷取出零件即可。本发明简化了工艺流程。成型过程易于控制、烧结过程无污染、缩短了烧结时间、降低了烧结温度、提高了产品质量。
【专利说明】基于多物理场活化烧结制备纯钛微型零件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于多物理场活化烧结制备纯钛微型零件的方法，属于快速烧结制备纯钛微型零件的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]20世纪80年代后期，国际上机械制造业掀起了一次技术革命，即产品向着微型化方向发展。微型产品的需求量迅猛增加使得微成形技术在生物科学、信息、航空航天、国防、工业、农业、交通、新能源以及家庭等具有广阔的应用前景。钛具有比强度高、耐腐蚀、无磁、超导、形状记忆、生物相容性好等优点，被誉为“太空金属”、“海洋金属”和“智慧金属”，特别适合作为结构材料和特种材料使用。在现代军事装备应用领域，应用的最多的是微型飞机、微型传感器、无线通讯信号处理器等，其中钛微型零件是制备这些微型装备的关键零件。在现代生物医疗学领域，微型钛板、微型钛螺钉和微型钛钉等成为人体骨骼治疗时必不可少的医疗器件。但是与不锈钢、铜、镍等材料相比，钛产品的价格明显偏高。目前针对钛及钛合金的制备方法众多，但是加工制备微型钛产品的方法鲜有报道，这极大地影响了微型钛零件在现代工业的推广和应用。
[0003]李宝干等人在中国专利CN102407337A中提供了一种钛及钛合金粉末冶金异型件制备方法，该方法解决了异型件制品内部气孔和密度偏低的问题，提高了异型件制品的物理性能和化学性能。但是工艺过程包括:选取原材料-氢化-球磨-制作橡胶软模具-将粉末装入橡胶软模具-冷等静压压铸成型-真空烧结等步骤。由于工艺过程复杂，对产品的精度控制难度加大。
[0004]哈尔滨实钛新材料科技发展有限公司在中国专利CN102294436A中通过精密铸造的方法制备钛合金及钛铝合金。该方法解决了现有的采用电熔氧化铝、硅溶胶降低钛合金及钛铝合金熔模精密铸造成本的方法的铸件表面及内部质量差的技术问题。但是在工艺过程中制备面层涂料时需要使用锆溶胶、硅溶胶、润湿剂JFC、正辛醇等化学试剂。还需要经过脱蜡、烧结后得到型壳，所以该方法在一定程度上污染了钛产品本身，对环境还有负面的影响。
[0005]魏强等人在中国专利CN102808102A中通过微波烧结制备了钛滤芯材料，所制备的多孔钛材料的孔隙率最高达60%。该方法虽然在一定程度上降低了烧结温度，缩短了烧结时间，降低了生产成本。但是I小时左右的烧结时间对产品批量化来说生产率依然较低，且工艺过程包含生坯的压制环节，胚体能否被良好烧结，在很大程度上依赖于压坯的初始密度，初始密度越低，试样最终烧结致密性越差，其相应的物理化学性能和力学性能也要大受影响。
[0006]目前，针对钛及钛合金的制备方法众多，但是对微型钛零件的制备方法鲜有报道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对目前钛微型零件制备方法鲜有报道的现状；以及钛及钛合金产品的制备现状，诸如工序复杂、制备周期长、成型温度高、产品合格率低，原材料对添加剂的依赖而导致产品纯度不高，对环境造成一定的污染等缺陷。而提供一种基于多物理场活化烧结制备纯钛微型零件的方法。
[0008]本发明的目的由以下技术措施实现:
[0009]一种基于多物理场活化烧结制备纯钛微型零件的方法，该方法是将纯钛粉末称重后装填于模具中，然后在升温速度为25-125°C / s，真空度≤0.0lPa的烧结条件下，对装有钛粉末的模具通交流电进行急速加热，同时在模具两端施以10-200MPa的作用力，在电场和力场的持续作用下，当加热至800-1200°C时保温O-10分钟使钛粉末在模具中成型，最后断电空冷取出零件即可。
[0010]所述的方法，该方法的升温速度为25-125°C / S。
[0011]所述的方法，该方法的烧结温度为900-1000°C。
[0012]所述的方法，该方法的外加力为50-lOOMPa。
[0013]所述的方法，该方法进行烧结后期保温是当烧结温度达到预设温度后对烧结体进行4-6分钟保温处理。
[0014]所述的方法，该方法采用交流电加热，其中电压为3-10V，电流为3000-30000A。
[0015]性能测试
[0016]1、相对密度获得方法。首先采用精度为0.0OOlg的TP-214分析天平进行测量，利 用公式
【权利要求】
1.一种基于多物理场活化烧结制备纯钛微型零件的方法，其特征在于，将纯钛粉末称重后装填于模具中，然后在升温速度为25~125°C / S，真空度≤0.0lPa的烧结条件下，对装有钛粉末的模具通交流电进行急速加热，同时在模具两端施以10~200MPa的作用力，在电场和力场的持续作用下，当加热至800~1200°C时保温O~10分钟使钛粉末在模具中成型，最后断电空冷取出零件即可。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述升温速度为50~100°C/ S。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结温度为900~1000°C。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外加作用力为50~lOOMPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的保温是当烧结温度达到预设温度后对烧结体进行4~6分钟保温处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法采用交流电加热，其中电压为3~10V,电流为 3000 ~30000A。
【文档编号】B22F3/14GK103447530SQ201310376878
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】杨屹, 杨刚, 黄坤兰, 尹德强 申请人:四川大学