1.本发明属于金属注射成形领域，提供了一种高品质钛合金注射喂料的生产方法。
背景技术：
2.金属注射成形(mim)是一种将塑料注射成形与新型粉末冶金技术结合的近净成形技术，在金属粉末中添加粘结剂以使其具有一定流动性，注射进模具后成形，再脱除粘结剂并烧结得到强度较高、耐磨性好的金属制品。金属注射成形兼具塑料注射成形与粉末冶金的优势，既可以生产形状复杂的金属零件，又可以最大限度地减少合金成分偏析，即形状与性能同时兼顾。
3.我国是注射成形大国，2018年我国注射成形的产值就以达到40亿美元，占全球的80％，主要以不锈钢零件为主。钛合金具有密度低、强度高、无磁、生物相容性好、耐腐蚀等优点，被称为“未来的钢铁”，世界各国政府都在竞相发展钛合金，尤其是注射成形钛合金。但是，我国注射成形钛合金发展较国外还存在较大差距，钛合金极其活波，对氧、碳等间隙元素高度敏感，而注射成形的粘结剂是含氧含碳的有机物，且在喂料密炼造粒过程中都需要加热，不可避免造成钛合金粉末氧化、碳化等问题，导致钛合金喂料品质不高，导致传统的密炼造粒设备不再适用于钛合金喂料的制备生产。目前市场上出现了针对钛合金专用的气氛保护密炼造粒机，在惰性气氛保护下进行钛粉末的密炼造粒，进而防止钛粉末在密炼造粒过程中的进一步氧化，此类设备与手套箱类似，但是此类操作极其不方便，不利于工业化生产，且在密炼过程中通过橡胶手套进行密炼操作，密炼仓温度高容易加速橡胶手套的老化，缩短使用寿命。因此，如何高效率实现高品质钛合金注射喂料的生产具有十分重要的研究意义。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提出了一种高品质钛合金注射喂料的生产方法，属于金属注射成形领域。本发明以无氧钝化的钛粉末和粘结剂为原料，按原料比例密炼造粒，得到高品质钛合金注射喂料。本发明中，以无氧钝化的钛粉末为原料，可实现钛合金密炼造粒在空气下进行，可防止钛粉末在密炼过程中与氧接触造成的剧烈氧化，即使钛粉末中有不规则的粉末，也可实现隔离控氧，无需繁复不易操作的气氛保护设备，操作简单方便。此外，以无氧钝化的钛粉末为原料，表面无氧钝化层降低了钛粉末的表面活性，可以防止密炼过程中，钛粉末颗粒与聚甲醛直接接触，避免了高活性的钛粉末导致聚甲醛分解产生甲醛。同时，提出采用粘结剂中同成分的pe或pp袋盛放钛粉末和粘结剂，粘结剂称量配重过程中减去相应的pe或pp重量，将装有粘结剂和钛粉末的pe或pp袋直接放到高温密炼仓中，既不影响产品的烧结收缩系数，又避免了钛粉末直接倾倒至密炼仓过程中钛粉末飞扬带来的易燃风险，操作方便安全。由于钛合金密炼造粒可在空气中进行，降低了对生产设备和环境的要求，简化了喂料制备工序，有利于实现注射成形钛合金的低成本化。
5.为了获得上述的一种高品质钛合金注射喂料的生产方法，其特征在于，具体制备
步骤如下：
6.(1)准备钛粉末原料，钛粉末为球形钛粉末与不规则钛粉末的混合粉末，其中不规则钛粉末的重量百分比为0
‑
30wt.％，余量为球形钛粉末；
7.(2)按质量百分比设计粘结剂配方，其中丙烯酸十八酯(sa)0.2～4wt.％，乙撑双硬脂酰胺(ebs)0.1～0.5wt.％，乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物(eva)1～3wt.％，聚乙烯(pe)2～8wt.％，聚丙烯(pp)2～10wt.％，巴斯夫抗氧化剂(basf)0.2～1wt.％，余量为聚甲醛(pom)；
8.(3)准备聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)塑料袋用来分别盛放钛粉末和粘结剂，并称量塑料袋的重量m1；
9.(4)按照产品烧结收缩系数要求分别计算称量步骤(1)中的钛粉末和步骤(2)中的粘结剂重量，并装入步骤(3)中的塑料袋中，其中钛粉末的装载量为58
‑
65vol.％，余量为粘结剂，粘结剂中pp或pe的重量为m
理
(理论质量)
‑
m1(塑料袋质量)；
10.(5)打开密炼造粒一体机，在150
‑
160℃下预热30
‑
60min后，将装有钛粉末和粘结剂的塑料袋放到密炼仓内，进行密炼，密炼温度为165
‑
180℃，滚轴转速5
‑
30r/min，密炼时间为30
‑
60min，随后进行挤出造粒，挤出温度为160
‑
170℃，挤出转速为10
‑
30r/min，切粒温度为160
‑
170℃，切粒转速为200
‑
400r/min，最终获得高品质的钛合金注射喂料。
11.进一步地，步骤(1)中所述的钛粉末为各种牌号的纯钛或钛合金粉末，粉末粒径d90＜45μm，氧含量＜0.12wt.％，且必须经过无氧钝化后方可进行后续的密炼造粒。
12.进一步地，步骤(4)中所述的烧结收缩系数控制在1.16
‑
1.18。
13.进一步地，步骤(5)中所述的密炼造粒一体机为市售普通的密炼造粒一体机，而非钛合金专用的气氛保护设备。
14.进一步地，步骤(5)中所述的密炼在空气中进行，不需要惰性气体保护。
15.本发明的技术关键点在于：
16.(1)粘结剂中各有机物的质量百分比及钛粉末中球形钛粉和不规则钛粉的质量百分比是经过大量实验优化获得，根据钛粉末的粉末特性及烧结特性，并结合产品的烧结收缩系数匹配获得的，无法根据常规实验操作，推算获得。
17.(2)密炼造粒在空气下进行，无需专用的钛合金浆料配制及注射过程可在常温下进行，省去了常规注射喂料和注射成形工艺需要反复高温加热的麻烦，极大降低了金属粉末氧化的机会。
18.(3)以无氧钝化的钛粉末为原料，即使钛粉末中添加有微细的不规则钛粉，也可保证注射喂料的低氧含量，无氧钝化层实现了钛粉末与氧的隔离控制，但是为了保证最终注射成形钛合金产品的工程意义，不规则钛粉末的含量不宜过高，在0
‑
30wt.％之间，最终可实现钛合金产品的烧结收缩系数在1.16
‑
1.18之间。
19.(4)以pp或pe袋盛放钛粉末及粘结剂实现直接投放到高温密炼仓中，避免了传统钛粉末倾倒造成的粉末飞扬引起的钛粉末着火、爆燃等危险，操作更简单方便；同时减去粘结剂中对应pp或pe的含量，不会引起产品烧结收缩系数偏大。
20.本发明的优点：
21.1、本发明以无氧钝化的钛粉末为原料，实现喂料制备在空气中密炼造粒而无需专用的设备，可保证喂料的低氧含量，获得高品质的钛合金喂料。
22.2、以少量不规则的钛粉末配合球形钛粉末使用以制备钛合金喂料，可大幅度降低钛合金喂料的生产成本，并保证产品的烧结收缩系数在1.16
‑
1.18之间，可避免高含量不规则钛粉末引起的装载量低造成的烧结收缩变形太大、复杂产品形状变形不易控制等问题，具有显著的工程意义。
23.3、提出以pe或pp袋盛放钛粉末及粘结剂直接投放至高温密炼仓中，操作简单方便，避免了传统钛粉末倾倒带来的粉末爆燃等危险。
24.4、以无氧钝化的钛粉末为原料，避免了活泼的钛粉末与聚甲醛直接接触导致聚甲醛分解产生甲醛，环境友好，安全无毒。
25.5、该方法简化了工艺流程，操作简单方便，更安全，降低了对生产设备和环境的要求，适合大规模低成本工业化生产。
具体实施方式
26.实施例1：
27.一种高品质钛合金注射喂料的生产方法，具体制备步骤如下：
28.(1)准备tc4钛合金粉末原料，其中球形钛合金粉占70wt.％，粉末粒径d90为40μm，氧含量为0.08wt.％，不规则钛合金粉占30wt.％，粉末粒径d90为15μm，氧含量为0.1wt.％，钛合金粉末表面被sncl2无氧钝化层钝化；
29.(2)设计粘结剂配方，其中sa占2wt.％，ebs占0.5wt.％，eva占2wt.％，pe占8wt.％，pp占5wt.％，basf占0.9wt.％，余量为pom；
30.(3)称量用来盛放钛合金粉和粘结剂的pe袋重量m1；
31.(4)按照粉末装载量59vol.％称量钛合金粉和各个粘结剂的重量，其中pe的实际重量为理论重量减去m1的重量，并将称量好的钛合金粉和粘结剂装入pe袋中；
32.(5)打开密炼造粒一体机，在155℃下预热40min后，将装有钛合金粉和粘结剂的pe袋直接放到密炼仓中，进行密炼，密炼温度为179℃，滚轴转速为20r/min，密炼45min，随后进行挤出造粒，挤出温度为160℃，挤出转速为28r/min，切粒温度为165℃，切粒转速为350r/min，最终获得高品质的钛合金注射喂料。
33.实施例2：
34.一种高品质钛合金注射喂料的生产方法，具体制备步骤如下：
35.(1)准备纯钛粉末原料，其中球形钛粉占80wt.％，粉末粒径d90为30μm，氧含量为0.09wt.％，不规则钛粉占20wt.％，粉末粒径d90为20μm，氧含量为0.11wt.％，纯钛粉末表面被ti
‑
sn
‑
cl无氧钝化层钝化；
36.(2)设计粘结剂配方，其中sa占0.2wt.％，ebs占0.25wt.％，eva占1.5wt.％，pe占5wt.％，pp占9wt.％，basf占0.6wt.％，余量为pom；
37.(3)称量用来盛放纯钛粉和粘结剂的pp袋重量m1；
38.(4)按照粉末装载量62vol.％称量钛粉和各个粘结剂的重量，其中pp的实际重量为理论重量减去m1的重量，并将称量好的钛粉和粘结剂装入pp袋中；
39.(5)打开密炼造粒一体机，在160℃下预热45min后，将装有钛粉和粘结剂的pp袋直接放到密炼仓中，进行密炼，密炼温度为175℃，滚轴转速为10r/min，密炼30min，随后进行挤出造粒，挤出温度为165℃，挤出转速为20r/min，切粒温度为160℃，切粒转速为300r/
min，最终获得高品质的纯钛注射喂料。
40.实施例3：
41.一种高品质钛合金注射喂料的生产方法，具体制备步骤如下：
42.(1)准备ta15钛合金粉末原料，其中球形钛合金粉占100wt.％，粉末粒径d90为20μm，氧含量为0.1wt.％，钛合金粉末表面被pw(石蜡)无氧钝化层钝化；
43.(2)设计粘结剂配方，其中sa占2.8wt.％，ebs占0.3wt.％，eva占2.5wt.％，pe占4wt.％，pp占9wt.％，basf占0.3wt.％，余量为pom；
44.(3)称量用来盛放钛合金粉和粘结剂的pe袋重量m1；
45.(4)按照粉末装载量65vol.％称量钛合金粉和各个粘结剂的重量，其中pe的实际重量为理论重量减去m1的重量，并将称量好的钛合金粉和粘结剂装入pe袋中；
46.(5)打开密炼造粒一体机，在150℃下预热60min后，将装有钛合金粉和粘结剂的pe袋直接放到密炼仓中，进行密炼，密炼温度为180℃，滚轴转速为5r/min，密炼50min，随后进行挤出造粒，挤出温度为170℃，挤出转速为10r/min，切粒温度为170℃，切粒转速为200r/min，最终获得高品质的钛合金注射喂料。