一种Ti6Al4V合金多孔材料的制备方法与流程

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种ti6al4v合金多孔材料的制备方法。

背景技术：

烧结金属多孔材料通常是以金属粉末、金属丝网或金属纤维为基础，通过压制和高温烧结等工艺制备而成的一种工艺方法。粉末烧结成型时，高温度作用下，原子震动加剧、扩散加快，初始以点接触形式为主的颗粒逐渐过渡为面接触，颗粒间发生粘结，进而形成烧结颈。传统烧结工艺中，受温度、压力、摩擦力、拱桥力等因素综合作用，粉末间的烧结颈往往结合不佳，为使粉末间良好结合常采用提高温度、增大烧结压力等手段，但又常常导致多孔件致密化。

等离子旋转电极法(plasmarotationelectrodeprocess，简称prep)，是以等离子弧为热源使合金棒局部熔化，熔融液滴在离心力和表面张力作用下克服熔体粘性力，与电极棒分离并最终冷却凝固成球形合金粉末，是当下3d打印及热等静压等领域用高品质粉末的重要制备方法之一。但是，在制粉过程中，因不同粉末间的能量及冷速存在差异性，金属液滴受外力冲击会相互吸附、接触、粘结或团聚，液滴在冷却凝固后呈现连体或“卫星”状。该类型粉末的存在，常使得粉末整体的球形度、流动性、松装密度及振实密度等性能劣化，并进一步影响制件性能及成型效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种ti6al4v合金多孔材料的制备方法，以粘结或团聚状ti6al4v合金粉末为原料，制备ti6al4v合金多孔材料，实现粘结或团聚状粉末良好利用，具有粉末结合良好、强度高等特点。

本发明所采用的技术方案是一种ti6al4v合金多孔材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、对经prep得到的ti6al4v粉末经过筛分进行分级，得到粘结或团聚的ti6al4v粉末；

步骤2、将步骤1得到粘结或团聚的ti6al4v粉末与细颗粒ti6al4v粉末进行混合；

步骤3、将步骤2所得混合后的粉末分批置于模具中。

步骤4、对步骤3中每一批粉末进行超声振实，直至填满整个模具；

步骤5、将模具置于真空烧结炉中进行烧结，得到多孔ti6al4v烧结件；

步骤6、将步骤5所得多孔ti6al4v烧结件进行喷砂处理获得ti6al4v多孔件成品。

本发明的特点还在于：

步骤1中经分级得到粉末粒径为75～180μm，过程中通以氩气气氛保护。

步骤2中细颗粒ti6al4v粉末粒径为15～53μm。

步骤2中结或团聚的ti6al4v粉末与细颗粒ti6al4v粉末按质量比(70～90％)：(10～30％)，总量为100％，在混料机内均匀混合0.5～2h。

步骤2中混合后的粉末激光粒度d50为70～150μm。

步骤3中模具按具体需要进行选用，分为5～10批投入，优选为φ(10～30)×30mm石墨模具。

步骤4中进行振实的超声频率为5～20hz，单次振动时间为3min。

步骤5中采用烧结温度为900～1300℃，真空度低于10^-2pa，保温1h后随炉冷却。

本发明的有益效果是：

本发明以筛分所得粘结团聚粉末为原料，粉末在烧结前已初步具备一定程度的结合颈，进一步烧结利于优良烧结颈的进一步生长，以此制备的多孔件力学性能更优；

(2)加入一定比例的细粒度颗粒进行混合和填充，避免大尺寸粘结团聚粉末间过大尺寸孔隙遗留，最终导致制件力学性能劣化；

(3)细颗粒粉末具有更高的活化能，烧结后会与粘结团聚粉末间在晶界扩散及表面扩散等效应下，孔隙缩小球化成规则球形及近球形孔隙，该类孔隙结构分布更规则性能更优。

附图说明

图1是正常的prep粉末sem照片；

图2是本发明选用的prep团聚粉末sem照片；

图3是本发明ti6al4v合金多孔材料的20μm表面金相组织照片；

图4是本发明ti6al4v合金多孔材料的50μm表面金相组织照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例，如图2-4所示，一种ti6al4v合金多孔材料的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤1、对经prep得到的ti6al4v粉末经过筛分进行分级，得到粘结或团聚的ti6al4v粉末；本例中采用的筛分装置为cn103785846a中的粉末筛分装置。

步骤2、将步骤1得到粘结或团聚的ti6al4v粉末与细颗粒ti6al4v粉末进行混合；

步骤3、将步骤2所得混合后的粉末分批置于模具中。

步骤4、对步骤3中每一批粉末进行超声振实，直至填满整个模具；

步骤5、将模具置于真空烧结炉中进行烧结，得到多孔ti6al4v烧结件；

步骤6、将步骤5所得多孔ti6al4v烧结件进行喷砂处理获得ti6al4v多孔件成品。

步骤1中经分级得到粉末粒径为75～180μm，过程中通以氩气气氛保护，防止发生氧化。

步骤2中细颗粒ti6al4v粉末粒径为15～53μm。

步骤2中结或团聚的ti6al4v粉末与细颗粒ti6al4v粉末按质量比(70～90％)：(10～30％)，总量为100％，在混料机内均匀混合0.5～2h。

步骤2中混合后的粉末激光粒度d50为70～150μm。

步骤3中模具按具体需要进行选用，分为5～10批投入，优选为φ(10～30)×30mm石墨模具。

步骤4中进行振实的超声频率为5～20hz，单次振动时间为3min。

步骤5中采用烧结温度为900～1300℃，真空度低于10^-2pa，保温1h后随炉冷却。

通过本方法制备的ti6al4v多孔材料的孔隙率为10％-40％，孔尺寸为1～30μm，孔隙形状大多为球形或近球形，抗压强度为200～500mpa。

实施例1

在氩气保护条件下，经筛分prepti6al4v得到75～180μm团聚粉末，与15μmti6al4v合金粉末按质量比90％：10％，投入混料机均匀混合2h，得到激光粒度d50为125μm的混合粉末，将混合粉末装入φ30×30mm模具采用5hz超声波，单次振动时间为3min，振实5次；置于真空度＜10^-2pa的真空烧结炉中进行1000℃烧结，保温1h后随炉冷却，最后经喷砂处理得到ti6al4v多孔件成品。

实施例2

在氩气保护条件下，经筛分prepti6al4v得到75～180μm团聚粉末，与53μmti6al4v合金粉末按质量比70％：30％，投入混料机均匀混合0.5h，得到激光粒度d50为70μm的混合粉末，将混合粉末装入φ10×30mm模具采用20hz超声波，单次振动时间为3min，振实10次；置于真空度＜10^-2pa的真空烧结炉中进行1300℃烧结，保温1h后随炉冷却，最后经喷砂处理得到ti6al4v多孔件成品。

实施例3

在氩气保护条件下，经筛分prepti6al4v得到75～180μm团聚粉末，与32μmti6al4v合金粉末按质量比80％：20％，投入混料机均匀混合1h，得到激光粒度d50为150μm的混合粉末，将混合粉末装入φ20×30mm模具采用10hz超声波，单次振动时间为3min，振实7次；置于真空度＜10^-2pa的真空烧结炉中进行900℃烧结，保温1h后随炉冷却，最后经喷砂处理得到ti6al4v多孔件成品。