成型剂、钛合金基喂料及其制备方法、钛合金基坯体及其制备方法与流程

本发明涉及金属粉末注射成形技术领域，特别是涉及成型剂、钛合金基喂料及其制备方法、钛合金基坯体及其制备方法。

背景技术：

钛合金作为一种优质轻型金属结构材料和功能材料，具有诸多优点，例如密度小，比强度、比断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，生物相容性良好，抗氧性、低温韧性良好，抗蚀性能优异，无磁性、无毒、抗阻尼性能强，耐热性能好，吸气性能良好等。因此，钛合金在航空航天、航海、石油、化工、冶金、汽车、发电、生物医药等领域方面得到了广泛应用。但是由于其熔点和硬度高，熔炼困难，切削加工性能差，使得其成本一直比其他轻金属高。

金属粉末注射成型(mim)是传统粉末冶金技术和塑料注射成形技术相结合的一种近净成形技术，适合小型、形状复杂零件的批量生产，比较好地解决了钛及钛合金零件生产成本高的问题。然而，采用金属粉末注射成型技术生产的钛合金仍存在致密度低的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对金属粉末注射成型技术生产的钛合金致密度低的问题，提供一种成型剂、钛合金基喂料及其制备方法、钛合金基坯体及其制备方法。

一种成型剂，用于钛合金粉末的注射成型，按质量份数计包括：

在其中一个实施方式中，所述高分子聚合蜡为pe蜡。

一种钛合金基喂料，包括钛合金粉末及上述的成型剂。

在其中一个实施方式中，所述成型剂与所述钛合金粉末的质量比为(18～22)：(78～92)。

在其中一个实施方式中，包括以下步骤：

在保护性气体气氛或真空条件下，将钛合金粉末进行加热处理至温度为155℃～165℃；

将所述钛合金粉末与成型剂混合均匀得到混合物；

将所述混合物进行塑化、挤出和造粒得到钛合金基喂料。

一种钛合金基坯体的制备方法，包括以下步骤：

将上述的钛合金基喂料进行成型得到钛合金基坯件；

采用草酸对所述钛合金基坯件进行脱脂处理；

对所述钛合金基坯件进行烧结处理得到钛合金基坯体。

在其中一个实施方式中，所述脱脂处理的温度为120℃～140℃；所述脱脂处理的时间为3h～5h。

在其中一个实施方式中，所述脱脂处理的步骤中所述草酸的加料速度为1g/min～2.5g/min。

在其中一个实施方式中，进行所述烧结处理时的温度为1230℃～1250℃，所述烧结处理的时间为90min～120min；及/或，所述烧结处理时环境压力为0.5mpa～2mpa。

一种钛合金基坯体，根据上述的钛合金基坯体的制备方法制备。

上述成型剂，以聚甲醛树脂为成型剂的主要成分，并加入高分子聚合蜡和巴西棕榈蜡配合使用，用于钛合金材料时，有利于钛合金材料的收缩率的稳定和致密度的提高。上述钛合金基喂料采用上述成型剂制备，收缩率稳定，致密度高。上述钛合金基喂料的制备方法简单，操作简便，易实现工业化生产。上述钛合金基坯体的注射成型方法，采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理，也有利于钛合金基坯体收缩稳定性和致密度的提高。

附图说明

图1为一实施方式的钛合金基喂料的制备方法的流程图；

图2为一实施方式的钛合金基坯体的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对成型剂、钛合金基喂料及其制备方法、钛合金基坯体及其制备方法做进一步的详细说明。

一实施方式的成型剂，用于钛合金粉末的注射成型，按质量份数计包括：

在其中一个实施方式中，光热稳定剂为五华新材料的牌号为ky-1010的稳定剂。光热稳定剂用于抑制聚甲醛等高分子材料在混炼时由于高温发生分解。

在其中一个实施方式中，高分子聚合蜡为l型高分子蜡。优选的，高分子聚合蜡为五华新材料的牌号为l912的pe蜡。在其中一个实施方式中，高分子聚合蜡的分子量为1500～5000，高分子聚合蜡在140℃时的黏度为300pa·s～500pa·s。

采用高分子聚合蜡和巴西棕榈蜡配合使用，高分子聚合蜡和巴西棕榈蜡均可以作为润滑剂和增塑剂。加入巴西棕榈蜡还可以提高钛合金材料的光泽度，发挥光泽剂的作用。同时，两者配合使用有利于钛合金材料的收缩率的稳定和致密度的提高。相较于巴西棕榈蜡，高分子聚合蜡的价格相对较低，采用高分子聚合蜡和巴西棕榈蜡配合使用也可以减少巴西棕榈蜡的用量，从而降低钛合金基喂料的成本。

在其中一个实施方式中，聚甲醛为共聚甲醛。

上述成型剂，以聚甲醛树脂为成型剂的主要成分，并加入高分子聚合蜡和巴西棕榈蜡配合使用，一方面有利于钛合金材料的收缩率的稳定和致密度的提高，另一方面可以降低钛合金基喂料的成本。

一实施方式的钛合金基喂料，包括钛合金粉末及成型剂。

在其中一个实施方式中，成型剂与钛合金粉末的质量比为(18～22)：(78～92)。

在其中一个实施方式中，钛合金为市售的钛合金tc4粉末。钛合金tc4的化学式为ti-6al-4v。在其中一个实施方式中，钛合金tc4的成分按质量分数计包括fe≤0.30％，c≤0.10％，n≤0.05％，h≤0.015％，o≤0.20％，al为5.5％～6.8％，v为3.5％～4.5％，余量为ti。在其中一个实施方式中，钛合金tc4粉末可以通过500目的筛网。优选的，钛合金tc4粉末的粒径100％<20μm。当然，在其他实施方式中，钛合金粉末还可以是钛合金ta5或钛合金tc11等。钛合金tc4粉末的振实密度为2.40g/cm³。

请参阅图1，一实施方式的钛合金基喂料的制备方法，包括以下步骤：

s110、在保护性气体气氛或真空条件下，将钛合金粉末进行加热处理至温度为155℃～165℃。

在保护性气体气氛或真空条件下进行钛合金粉末的加热处理主要是为了防止钛合金粉末加热被氧化。

在其中一个实施方式中，保护性气体气氛为氮气气氛和氩气气氛中的至少一种。

s120、将钛合金与成型剂混合均匀得到混合物。

将成型剂加入到加热后的钛合金中混合至泥团状得到混合物。混合时温度保持在155℃～165℃。混合的转速为25r/min～35r/min，混合的时间为10min～30min。在其中一个实施方式中，混合的步骤在密炼机中进行。当然，也可以手动搅拌进行。

s130、将混合物进行塑化、挤出和造粒得到钛合金基喂料。

在其中一个实施方式中，将混合物进行塑化和挤出是在双螺杆挤出机中进行，对混合物进行造粒是在造粒机中进行。

上述钛合金基喂料的制备方法简单，操作简便，易实现工业化生产。

请参阅图2，一实施方式的钛合金基坯体的制备方法包括以下步骤：

s210、将钛合金基喂料进行成型得到钛合金基坯件。

选取产品模具安装于注射设备中，进行注射成型得到具有特定形状的钛合金基坯件。

s220、采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理。

在其中一个实施方式中，草酸晶体浓度为>99.5％。草酸在100℃开始升华，升华后的草酸被导入放置产品的空间。钛合金基坯件中的成型剂在120℃左右的温度下与草酸发生催化反应，迅速被分解为甲醛等气体被排除。经过脱脂处理可以脱去坯件中70％～75％质量分数的成型剂。

在其中一个实施方式中，将钛合金基坯件放置在反应器中，并进行加热处理，保持环境温度为120℃～140℃。将草酸导入反应器中后，草酸升华成草酸气体，使得草酸气体与钛合金基坯件充分接触。在其中一个实施方式中，进行脱脂处理时草酸的加料速度为1g/min～2.5g/min。

在其中一个实施方式中，进行脱脂处理的时间为3h～5h。

在其中一个实施方式中，脱脂处理在脱脂炉中进行。

采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理，一方面，有利于钛合金产品的收缩稳定性的提高及致密度的提高；另一方面，草酸对钛合金的腐蚀性相对较小；而且，草酸具有还原性，不与甲醛气体发生反应，可以避免发生爆炸的危险；采用草酸进行脱脂处理不会产生光化学烟雾，甚至产生酸雨，造成环境的污染。

s230、对钛合金基坯件进行烧结处理。

在其中一个实施方式中，对钛合金基坯件进行烧结处理采用压力烧结工艺。烧结处理的环境温度为1230℃～1250℃；烧结的时间为90min～120min。烧结处理保持环境压力在0.5mpa～2mpa。

上述钛合金基坯体的制备方法，采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理，钛合金产品收缩稳定性好、致密度提高，草酸的腐蚀性小，且使用草酸不与甲醛气体发生反应，可以避免发生爆炸的危险，也不会产生光化学烟雾，甚至产生酸雨，造成环境的污染，具有更优异的安全性和环保性。

一实施方式的钛合金基坯体根据上述钛合金基坯体的制备方法制备得到。

下面是具体实施例的说明，以下实施例如无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。

实施例1

称取7kg的甲醛、0.1kg的硬脂酸、0.3kg的光热稳定剂、0.7kg的l型高分子聚合蜡、0.5kg的高密度聚乙烯、0.3kg的聚乙烯-乙酸酯和0.2kg的巴西棕榈蜡混合均匀得到成型剂。称取46kg的钛合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。对钛合金粉末进行加热至温度为165℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在165℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为35r/min，在密炼机中混炼的时间为10min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到钛合金基喂料。

选取产品模具安装于注射成型设备中，将钛合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到钛合金基坯件。采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理。将钛合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为120℃，以1g/min的加料速度向脱脂炉中加入草酸，草酸在脱脂炉中升华成草酸气体。草酸气体与钛合金基坯件中的成型剂充分反应。进行脱脂处理的时间为5h。再对坯件进行烧结处理得到钛合金坯体。烧结处理的温度为1230℃，烧结处理的时间为90min，烧结处理时的压力为0.5mpa。

实施例2

称取8.5kg的甲醛、0.25kg的硬脂酸、0.6kg的光热稳定剂、0.3kg的l型高分子聚合蜡、1kg的高密度聚乙烯、0.15kg的聚乙烯-乙酸酯和0.4kg的巴西棕榈蜡混合均匀得到成型剂。称取35kg的钛合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。对钛合金粉末进行加热至温度为155℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在155℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为25r/min，在密炼机中混炼的时间为30min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到钛合金基喂料。

选取产品模具安装于注射成型设备中，将钛合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到钛合金基坯件。采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理。将钛合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为140℃，以2.5g/min的加料速度向脱脂炉中加入草酸，草酸在脱脂炉中升华成草酸气体。草酸气体与钛合金基坯件中的成型剂充分反应。进行脱脂处理的时间为3h。再对坯件进行烧结处理得到钛合金坯体。烧结处理的温度为1250℃，烧结处理的时间为120min，烧结处理时的压力为2mpa。

实施例3

称取8kg的甲醛、0.2kg的硬脂酸、0.4kg的光热稳定剂、0.5kg的l型高分子聚合蜡、0.7kg的高密度聚乙烯、0.2kg的聚乙烯-乙酸酯和0.3kg的巴西棕榈蜡混合均匀得到成型剂。称取40kg的钛合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。对钛合金粉末进行加热至温度为160℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在160℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为25r/min，在密炼机中混炼的时间为20min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到钛合金基喂料。

选取产品模具安装于注射成型设备中，将钛合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到钛合金基坯件。采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理。将钛合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为130℃，以2g/min的加料速度向脱脂炉中加入草酸，草酸在脱脂炉中升华成草酸气体。草酸气体与钛合金基坯件中的成型剂充分反应。进行脱脂处理的时间为4h。再对坯件进行烧结处理得到钛合金坯体。烧结处理的温度为1240℃，烧结处理的时间为100min，烧结处理时的压力为1mpa。

实施例4

称取7.5kg的甲醛、0.15kg的硬脂酸、0.5kg的光热稳定剂、0.6kg的l型高分子聚合蜡、0.6kg的高密度聚乙烯、0.25kg的聚乙烯-乙酸酯和0.15kg的巴西棕榈蜡混合均匀得到成型剂。称取42kg的钛合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。对钛合金粉末进行加热至温度为160℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在160℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为25r/min，在密炼机中混炼的时间为30min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到钛合金基喂料。

选取产品模具安装于注射成型设备中，将钛合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到钛合金基坯件。采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理。将钛合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为140℃，以2.5g/min的加料速度向脱脂炉中加入草酸，草酸在脱脂炉中升华成草酸气体。草酸气体与钛合金基坯件中的成型剂充分反应。进行脱脂处理的时间为5h。再对坯件进行烧结处理得到钛合金坯体。烧结处理的温度为1250℃，烧结处理的时间为100min，烧结处理时的压力为2mpa。

实施例5

称取7kg的甲醛、0.1kg的硬脂酸、0.3kg的光热稳定剂、0.9kg的l型高分子聚合蜡、0.5kg的高密度聚乙烯和0.3kg的聚乙烯-乙酸酯混合均匀得到成型剂。称取46kg的钛合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。对钛合金粉末进行加热至温度为165℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在165℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为35r/min，在密炼机中混炼的时间为10min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到钛合金基喂料。

选取产品模具安装于注射成型设备中，将钛合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到钛合金基坯件。采用草酸对钛合金基坯件进行脱脂处理。将钛合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为120℃，以1g/min的加料速度向脱脂炉中加入草酸，草酸在脱脂炉中升华成草酸气体。草酸气体与钛合金基坯件中的成型剂充分反应。进行脱脂处理的时间为5h。再对坯件进行烧结处理得到钛合金坯体。烧结处理的温度为1230℃，烧结处理的时间为90min，烧结处理时的压力为0.5mpa。

实施例6

称取7kg的甲醛、0.1kg的硬脂酸、0.3kg的光热稳定剂、0.7kg的l型高分子聚合蜡、0.5kg的高密度聚乙烯、0.3kg的聚乙烯-乙酸酯和0.2kg的巴西棕榈蜡混合均匀得到成型剂。称取46kg的钛合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。对钛合金粉末进行加热至温度为165℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在165℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为35r/min，在密炼机中混炼的时间为10min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到钛合金基喂料。

选取产品模具安装于注射成型设备中，将钛合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到钛合金基坯件。采用98％浓度的硝酸对坯件进行脱脂处理，浓硝酸的加料速度为2g/min。进行脱脂处理的温度为120℃，进行脱脂处理的时间为5h。再对坯件进行烧结处理得到钛合金坯体。烧结处理的温度为1230℃，烧结处理的时间为90min，烧结处理时的压力为0.5mpa。

对实施例1～6制备的钛合金坯体的性能进行测试结果如表1所示。钛合金坯体的尺寸为100mm*10mm*(1～3)mm。其中，熔融指数采用熔融指数仪测量得到；收缩系数采用标件烧结前后尺寸比计算得到；密度采用比重计测量得到；硬度采用维氏硬度仪测量得到；致密度采用烧结后密度与标准密度比值得到。

表1

从表1中数据可以看出，实施例1～实施例4制备得到的钛合金坯体相比于实施例5及实施例6收缩稳定性更好，且得到的钛合金坯体的硬度及致密度更高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。