本發(fā)明涉及金屬粉末注射成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及成型劑、鈦合金基喂料及其制備方法、鈦合金基坯體及其制備方法。

背景技術(shù)：

鈦合金作為一種優(yōu)質(zhì)輕型金屬結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如密度小，比強(qiáng)度、比斷裂韌性高，疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好，生物相容性良好，抗氧性、低溫韌性良好，抗蝕性能優(yōu)異，無磁性、無毒、抗阻尼性能強(qiáng)，耐熱性能好，吸氣性能良好等。因此，鈦合金在航空航天、航海、石油、化工、冶金、汽車、發(fā)電、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域方面得到了廣泛應(yīng)用。但是由于其熔點(diǎn)和硬度高，熔煉困難，切削加工性能差，使得其成本一直比其他輕金屬高。

金屬粉末注射成型(mim)是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)和塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合的一種近凈成形技術(shù)，適合小型、形狀復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)，比較好地解決了鈦及鈦合金零件生產(chǎn)成本高的問題。然而，采用金屬粉末注射成型技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金仍存在致密度低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對金屬粉末注射成型技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金致密度低的問題，提供一種成型劑、鈦合金基喂料及其制備方法、鈦合金基坯體及其制備方法。

一種成型劑，用于鈦合金粉末的注射成型，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)包括：

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述高分子聚合蠟為pe蠟。

一種鈦合金基喂料，包括鈦合金粉末及上述的成型劑。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述成型劑與所述鈦合金粉末的質(zhì)量比為(18～22)：(78～92)。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，包括以下步驟：

在保護(hù)性氣體氣氛或真空條件下，將鈦合金粉末進(jìn)行加熱處理至溫度為155℃～165℃；

將所述鈦合金粉末與成型劑混合均勻得到混合物；

將所述混合物進(jìn)行塑化、擠出和造粒得到鈦合金基喂料。

一種鈦合金基坯體的制備方法，包括以下步驟：

將上述的鈦合金基喂料進(jìn)行成型得到鈦合金基坯件；

采用草酸對所述鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理；

對所述鈦合金基坯件進(jìn)行燒結(jié)處理得到鈦合金基坯體。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述脫脂處理的溫度為120℃～140℃；所述脫脂處理的時(shí)間為3h～5h。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述脫脂處理的步驟中所述草酸的加料速度為1g/min～2.5g/min。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)行所述燒結(jié)處理時(shí)的溫度為1230℃～1250℃，所述燒結(jié)處理的時(shí)間為90min～120min；及/或，所述燒結(jié)處理時(shí)環(huán)境壓力為0.5mpa～2mpa。

一種鈦合金基坯體，根據(jù)上述的鈦合金基坯體的制備方法制備。

上述成型劑，以聚甲醛樹脂為成型劑的主要成分，并加入高分子聚合蠟和巴西棕櫚蠟配合使用，用于鈦合金材料時(shí)，有利于鈦合金材料的收縮率的穩(wěn)定和致密度的提高。上述鈦合金基喂料采用上述成型劑制備，收縮率穩(wěn)定，致密度高。上述鈦合金基喂料的制備方法簡單，操作簡便，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。上述鈦合金基坯體的注射成型方法，采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理，也有利于鈦合金基坯體收縮穩(wěn)定性和致密度的提高。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的鈦合金基喂料的制備方法的流程圖；

圖2為一實(shí)施方式的鈦合金基坯體的制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對成型劑、鈦合金基喂料及其制備方法、鈦合金基坯體及其制備方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

一實(shí)施方式的成型劑，用于鈦合金粉末的注射成型，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)包括：

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，光熱穩(wěn)定劑為五華新材料的牌號為ky-1010的穩(wěn)定劑。光熱穩(wěn)定劑用于抑制聚甲醛等高分子材料在混煉時(shí)由于高溫發(fā)生分解。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，高分子聚合蠟為l型高分子蠟。優(yōu)選的，高分子聚合蠟為五華新材料的牌號為l912的pe蠟。在其中一個(gè)實(shí)施方式中，高分子聚合蠟的分子量為1500～5000，高分子聚合蠟在140℃時(shí)的黏度為300pa·s～500pa·s。

采用高分子聚合蠟和巴西棕櫚蠟配合使用，高分子聚合蠟和巴西棕櫚蠟均可以作為潤滑劑和增塑劑。加入巴西棕櫚蠟還可以提高鈦合金材料的光澤度，發(fā)揮光澤劑的作用。同時(shí)，兩者配合使用有利于鈦合金材料的收縮率的穩(wěn)定和致密度的提高。相較于巴西棕櫚蠟，高分子聚合蠟的價(jià)格相對較低，采用高分子聚合蠟和巴西棕櫚蠟配合使用也可以減少巴西棕櫚蠟的用量，從而降低鈦合金基喂料的成本。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，聚甲醛為共聚甲醛。

上述成型劑，以聚甲醛樹脂為成型劑的主要成分，并加入高分子聚合蠟和巴西棕櫚蠟配合使用，一方面有利于鈦合金材料的收縮率的穩(wěn)定和致密度的提高，另一方面可以降低鈦合金基喂料的成本。

一實(shí)施方式的鈦合金基喂料，包括鈦合金粉末及成型劑。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，成型劑與鈦合金粉末的質(zhì)量比為(18～22)：(78～92)。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，鈦合金為市售的鈦合金tc4粉末。鈦合金tc4的化學(xué)式為ti-6al-4v。在其中一個(gè)實(shí)施方式中，鈦合金tc4的成分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括fe≤0.30％，c≤0.10％，n≤0.05％，h≤0.015％，o≤0.20％，al為5.5％～6.8％，v為3.5％～4.5％，余量為ti。在其中一個(gè)實(shí)施方式中，鈦合金tc4粉末可以通過500目的篩網(wǎng)。優(yōu)選的，鈦合金tc4粉末的粒徑100％<20μm。當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中，鈦合金粉末還可以是鈦合金ta5或鈦合金tc11等。鈦合金tc4粉末的振實(shí)密度為2.40g/cm³。

請參閱圖1，一實(shí)施方式的鈦合金基喂料的制備方法，包括以下步驟：

s110、在保護(hù)性氣體氣氛或真空條件下，將鈦合金粉末進(jìn)行加熱處理至溫度為155℃～165℃。

在保護(hù)性氣體氣氛或真空條件下進(jìn)行鈦合金粉末的加熱處理主要是為了防止鈦合金粉末加熱被氧化。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)性氣體氣氛為氮?dú)鈿夥蘸蜌鍤鈿夥罩械闹辽僖环N。

s120、將鈦合金與成型劑混合均勻得到混合物。

將成型劑加入到加熱后的鈦合金中混合至泥團(tuán)狀得到混合物?；旌蠒r(shí)溫度保持在155℃～165℃。混合的轉(zhuǎn)速為25r/min～35r/min，混合的時(shí)間為10min～30min。在其中一個(gè)實(shí)施方式中，混合的步驟在密煉機(jī)中進(jìn)行。當(dāng)然，也可以手動(dòng)攪拌進(jìn)行。

s130、將混合物進(jìn)行塑化、擠出和造粒得到鈦合金基喂料。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，將混合物進(jìn)行塑化和擠出是在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行，對混合物進(jìn)行造粒是在造粒機(jī)中進(jìn)行。

上述鈦合金基喂料的制備方法簡單，操作簡便，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

請參閱圖2，一實(shí)施方式的鈦合金基坯體的制備方法包括以下步驟：

s210、將鈦合金基喂料進(jìn)行成型得到鈦合金基坯件。

選取產(chǎn)品模具安裝于注射設(shè)備中，進(jìn)行注射成型得到具有特定形狀的鈦合金基坯件。

s220、采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，草酸晶體濃度為>99.5％。草酸在100℃開始升華，升華后的草酸被導(dǎo)入放置產(chǎn)品的空間。鈦合金基坯件中的成型劑在120℃左右的溫度下與草酸發(fā)生催化反應(yīng)，迅速被分解為甲醛等氣體被排除。經(jīng)過脫脂處理可以脫去坯件中70％～75％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成型劑。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，將鈦合金基坯件放置在反應(yīng)器中，并進(jìn)行加熱處理，保持環(huán)境溫度為120℃～140℃。將草酸導(dǎo)入反應(yīng)器中后，草酸升華成草酸氣體，使得草酸氣體與鈦合金基坯件充分接觸。在其中一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)行脫脂處理時(shí)草酸的加料速度為1g/min～2.5g/min。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)行脫脂處理的時(shí)間為3h～5h。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，脫脂處理在脫脂爐中進(jìn)行。

采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理，一方面，有利于鈦合金產(chǎn)品的收縮穩(wěn)定性的提高及致密度的提高；另一方面，草酸對鈦合金的腐蝕性相對較小；而且，草酸具有還原性，不與甲醛氣體發(fā)生反應(yīng)，可以避免發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)；采用草酸進(jìn)行脫脂處理不會產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，甚至產(chǎn)生酸雨，造成環(huán)境的污染。

s230、對鈦合金基坯件進(jìn)行燒結(jié)處理。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，對鈦合金基坯件進(jìn)行燒結(jié)處理采用壓力燒結(jié)工藝。燒結(jié)處理的環(huán)境溫度為1230℃～1250℃；燒結(jié)的時(shí)間為90min～120min。燒結(jié)處理保持環(huán)境壓力在0.5mpa～2mpa。

上述鈦合金基坯體的制備方法，采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理，鈦合金產(chǎn)品收縮穩(wěn)定性好、致密度提高，草酸的腐蝕性小，且使用草酸不與甲醛氣體發(fā)生反應(yīng)，可以避免發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，也不會產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，甚至產(chǎn)生酸雨，造成環(huán)境的污染，具有更優(yōu)異的安全性和環(huán)保性。

一實(shí)施方式的鈦合金基坯體根據(jù)上述鈦合金基坯體的制備方法制備得到。

下面是具體實(shí)施例的說明，以下實(shí)施例如無特殊說明，則不含有除不可避免的雜質(zhì)以外的其他未明確指出的組分。

實(shí)施例1

稱取7kg的甲醛、0.1kg的硬脂酸、0.3kg的光熱穩(wěn)定劑、0.7kg的l型高分子聚合蠟、0.5kg的高密度聚乙烯、0.3kg的聚乙烯-乙酸酯和0.2kg的巴西棕櫚蠟混合均勻得到成型劑。稱取46kg的鈦合金粉末加入密煉機(jī)中，密煉機(jī)抽真空處理。對鈦合金粉末進(jìn)行加熱至溫度為165℃。向密煉機(jī)中加入上述成型劑，保持溫度在165℃進(jìn)行混煉至形成均勻的泥團(tuán)狀混合物。密煉機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為35r/min，在密煉機(jī)中混煉的時(shí)間為10min。將混合物放入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化和擠出，再在造粒機(jī)中進(jìn)行造粒得到鈦合金基喂料。

選取產(chǎn)品模具安裝于注射成型設(shè)備中，將鈦合金基喂料注入注射成型設(shè)備中注射成型得到鈦合金基坯件。采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理。將鈦合金基坯件置于脫脂爐中，保持脫脂爐中的溫度為120℃，以1g/min的加料速度向脫脂爐中加入草酸，草酸在脫脂爐中升華成草酸氣體。草酸氣體與鈦合金基坯件中的成型劑充分反應(yīng)。進(jìn)行脫脂處理的時(shí)間為5h。再對坯件進(jìn)行燒結(jié)處理得到鈦合金坯體。燒結(jié)處理的溫度為1230℃，燒結(jié)處理的時(shí)間為90min，燒結(jié)處理時(shí)的壓力為0.5mpa。

實(shí)施例2

稱取8.5kg的甲醛、0.25kg的硬脂酸、0.6kg的光熱穩(wěn)定劑、0.3kg的l型高分子聚合蠟、1kg的高密度聚乙烯、0.15kg的聚乙烯-乙酸酯和0.4kg的巴西棕櫚蠟混合均勻得到成型劑。稱取35kg的鈦合金粉末加入密煉機(jī)中，密煉機(jī)抽真空處理。對鈦合金粉末進(jìn)行加熱至溫度為155℃。向密煉機(jī)中加入上述成型劑，保持溫度在155℃進(jìn)行混煉至形成均勻的泥團(tuán)狀混合物。密煉機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為25r/min，在密煉機(jī)中混煉的時(shí)間為30min。將混合物放入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化和擠出，再在造粒機(jī)中進(jìn)行造粒得到鈦合金基喂料。

選取產(chǎn)品模具安裝于注射成型設(shè)備中，將鈦合金基喂料注入注射成型設(shè)備中注射成型得到鈦合金基坯件。采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理。將鈦合金基坯件置于脫脂爐中，保持脫脂爐中的溫度為140℃，以2.5g/min的加料速度向脫脂爐中加入草酸，草酸在脫脂爐中升華成草酸氣體。草酸氣體與鈦合金基坯件中的成型劑充分反應(yīng)。進(jìn)行脫脂處理的時(shí)間為3h。再對坯件進(jìn)行燒結(jié)處理得到鈦合金坯體。燒結(jié)處理的溫度為1250℃，燒結(jié)處理的時(shí)間為120min，燒結(jié)處理時(shí)的壓力為2mpa。

實(shí)施例3

稱取8kg的甲醛、0.2kg的硬脂酸、0.4kg的光熱穩(wěn)定劑、0.5kg的l型高分子聚合蠟、0.7kg的高密度聚乙烯、0.2kg的聚乙烯-乙酸酯和0.3kg的巴西棕櫚蠟混合均勻得到成型劑。稱取40kg的鈦合金粉末加入密煉機(jī)中，密煉機(jī)抽真空處理。對鈦合金粉末進(jìn)行加熱至溫度為160℃。向密煉機(jī)中加入上述成型劑，保持溫度在160℃進(jìn)行混煉至形成均勻的泥團(tuán)狀混合物。密煉機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為25r/min，在密煉機(jī)中混煉的時(shí)間為20min。將混合物放入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化和擠出，再在造粒機(jī)中進(jìn)行造粒得到鈦合金基喂料。

選取產(chǎn)品模具安裝于注射成型設(shè)備中，將鈦合金基喂料注入注射成型設(shè)備中注射成型得到鈦合金基坯件。采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理。將鈦合金基坯件置于脫脂爐中，保持脫脂爐中的溫度為130℃，以2g/min的加料速度向脫脂爐中加入草酸，草酸在脫脂爐中升華成草酸氣體。草酸氣體與鈦合金基坯件中的成型劑充分反應(yīng)。進(jìn)行脫脂處理的時(shí)間為4h。再對坯件進(jìn)行燒結(jié)處理得到鈦合金坯體。燒結(jié)處理的溫度為1240℃，燒結(jié)處理的時(shí)間為100min，燒結(jié)處理時(shí)的壓力為1mpa。

實(shí)施例4

稱取7.5kg的甲醛、0.15kg的硬脂酸、0.5kg的光熱穩(wěn)定劑、0.6kg的l型高分子聚合蠟、0.6kg的高密度聚乙烯、0.25kg的聚乙烯-乙酸酯和0.15kg的巴西棕櫚蠟混合均勻得到成型劑。稱取42kg的鈦合金粉末加入密煉機(jī)中，密煉機(jī)抽真空處理。對鈦合金粉末進(jìn)行加熱至溫度為160℃。向密煉機(jī)中加入上述成型劑，保持溫度在160℃進(jìn)行混煉至形成均勻的泥團(tuán)狀混合物。密煉機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為25r/min，在密煉機(jī)中混煉的時(shí)間為30min。將混合物放入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化和擠出，再在造粒機(jī)中進(jìn)行造粒得到鈦合金基喂料。

選取產(chǎn)品模具安裝于注射成型設(shè)備中，將鈦合金基喂料注入注射成型設(shè)備中注射成型得到鈦合金基坯件。采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理。將鈦合金基坯件置于脫脂爐中，保持脫脂爐中的溫度為140℃，以2.5g/min的加料速度向脫脂爐中加入草酸，草酸在脫脂爐中升華成草酸氣體。草酸氣體與鈦合金基坯件中的成型劑充分反應(yīng)。進(jìn)行脫脂處理的時(shí)間為5h。再對坯件進(jìn)行燒結(jié)處理得到鈦合金坯體。燒結(jié)處理的溫度為1250℃，燒結(jié)處理的時(shí)間為100min，燒結(jié)處理時(shí)的壓力為2mpa。

實(shí)施例5

稱取7kg的甲醛、0.1kg的硬脂酸、0.3kg的光熱穩(wěn)定劑、0.9kg的l型高分子聚合蠟、0.5kg的高密度聚乙烯和0.3kg的聚乙烯-乙酸酯混合均勻得到成型劑。稱取46kg的鈦合金粉末加入密煉機(jī)中，密煉機(jī)抽真空處理。對鈦合金粉末進(jìn)行加熱至溫度為165℃。向密煉機(jī)中加入上述成型劑，保持溫度在165℃進(jìn)行混煉至形成均勻的泥團(tuán)狀混合物。密煉機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為35r/min，在密煉機(jī)中混煉的時(shí)間為10min。將混合物放入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化和擠出，再在造粒機(jī)中進(jìn)行造粒得到鈦合金基喂料。

選取產(chǎn)品模具安裝于注射成型設(shè)備中，將鈦合金基喂料注入注射成型設(shè)備中注射成型得到鈦合金基坯件。采用草酸對鈦合金基坯件進(jìn)行脫脂處理。將鈦合金基坯件置于脫脂爐中，保持脫脂爐中的溫度為120℃，以1g/min的加料速度向脫脂爐中加入草酸，草酸在脫脂爐中升華成草酸氣體。草酸氣體與鈦合金基坯件中的成型劑充分反應(yīng)。進(jìn)行脫脂處理的時(shí)間為5h。再對坯件進(jìn)行燒結(jié)處理得到鈦合金坯體。燒結(jié)處理的溫度為1230℃，燒結(jié)處理的時(shí)間為90min，燒結(jié)處理時(shí)的壓力為0.5mpa。

實(shí)施例6

稱取7kg的甲醛、0.1kg的硬脂酸、0.3kg的光熱穩(wěn)定劑、0.7kg的l型高分子聚合蠟、0.5kg的高密度聚乙烯、0.3kg的聚乙烯-乙酸酯和0.2kg的巴西棕櫚蠟混合均勻得到成型劑。稱取46kg的鈦合金粉末加入密煉機(jī)中，密煉機(jī)抽真空處理。對鈦合金粉末進(jìn)行加熱至溫度為165℃。向密煉機(jī)中加入上述成型劑，保持溫度在165℃進(jìn)行混煉至形成均勻的泥團(tuán)狀混合物。密煉機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為35r/min，在密煉機(jī)中混煉的時(shí)間為10min。將混合物放入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行塑化和擠出，再在造粒機(jī)中進(jìn)行造粒得到鈦合金基喂料。

選取產(chǎn)品模具安裝于注射成型設(shè)備中，將鈦合金基喂料注入注射成型設(shè)備中注射成型得到鈦合金基坯件。采用98％濃度的硝酸對坯件進(jìn)行脫脂處理，濃硝酸的加料速度為2g/min。進(jìn)行脫脂處理的溫度為120℃，進(jìn)行脫脂處理的時(shí)間為5h。再對坯件進(jìn)行燒結(jié)處理得到鈦合金坯體。燒結(jié)處理的溫度為1230℃，燒結(jié)處理的時(shí)間為90min，燒結(jié)處理時(shí)的壓力為0.5mpa。

對實(shí)施例1～6制備的鈦合金坯體的性能進(jìn)行測試結(jié)果如表1所示。鈦合金坯體的尺寸為100mm*10mm*(1～3)mm。其中，熔融指數(shù)采用熔融指數(shù)儀測量得到；收縮系數(shù)采用標(biāo)件燒結(jié)前后尺寸比計(jì)算得到；密度采用比重計(jì)測量得到；硬度采用維氏硬度儀測量得到；致密度采用燒結(jié)后密度與標(biāo)準(zhǔn)密度比值得到。

表1

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)施例1～實(shí)施例4制備得到的鈦合金坯體相比于實(shí)施例5及實(shí)施例6收縮穩(wěn)定性更好，且得到的鈦合金坯體的硬度及致密度更高。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。