本技术属于钛合金材料及其加工，尤其涉及一种钛合金及其应用，以及一种钛合金制品的mim工艺。
背景技术：
1、金属粉末注射成型(metal powder injection molding technology，简称mim)是一种融合了塑料注射成形和金属粉末冶金的优点，结合注射制坯及粉末快速烧结的新型成型技术。作为一种近净成形的技术，金属粉末注射成型技术可直接实现高密度、高精度、三维复杂形状的小尺寸结构零部件的大规模量产。
2、具有高强度和良好延展性的轻质金属材料是材料界长久以来不断追求的目标。其中，钛及钛合金以其优异的比强度、高耐蚀性和良好的生物相容性，在航空、航天、舰船、核技术、兵器、信息等高新技术及其产业得到了广泛的应用。目前，钛合金零部件多采用传统的减材制造技术(即铸造或者锻造后进行机加工)制得。但钛及钛合金的成形性和可加工性不足，因此，减材制造技术限制了钛及钛合金的应用，并使产品成本较高。随着近年来电子工业的快速发展，电子产品对钛合金的应用需求迅速增长。电子设备中，许多零部件具有尺寸小、精度要求高、三维复杂结构的特征，且材料比强度及耐腐蚀性的要求较高。减材制造技术难以实现钛合金材料对上述电子零部件的制备。因此，研究者尝试采用金属粉末注射成型工艺来制造钛合金零部，使得开发具有高强度和具有良好加工性能的钛合金具有重要的意义。
3、目前用于mim制造的钛合金强度一般较低，比如现有的tc4钛合金屈服强度约为850mpa，抗拉强度约为960mpa；tc11钛合金的屈服强度也难以达到1100mpa，很难满足对屈服强度和延伸率有更高要求的减轻产品需求，特别是对屈服强度和延伸率有更高要求的高精密钛合金制品，比如折叠屏手机转轴或其他转轴、智能穿戴及有减重和高强需求的产品。
技术实现思路
1、本技术的目的在于提供一种钛合金及其应用，以及一种钛合金制品的mim工艺，旨在解决现有的通过mim制造的钛合金工件性能不足，难以满足对屈服强度和延伸率有更高要求的钛合金制品或减重产品的需求的问题。
2、为实现上述申请目的，本技术采用的技术方案如下：
3、本技术第一方面提供一种钛合金，以所述钛合金的总质量为100％计，所述钛合金包括如下质量百分含量的下列元素：铝5.0％～8.0％，钒0.2％～5.0％，钼2.0％～6.0％，锆0.5％～4.0％，铁0.1％～1.5％，硅0～0.6％，余量为钛及不可避免的杂质。
4、本技术提供的钛合金，含有上述特定含量的合金元素，其中，铝(al)为α相元素，钼(mo)、钒(v)和铁(fe)为β相元素，两类元素促使钛合金形成α-β型合金。形成的钛合金中，铝(al)是钛合金主要合金元素，用于提高钛合金的常温强度和高温强度，并降低合金比重，增加合金的弹性模量。锆(zr)作为中性元素，在α相ti和β相ti中均有较大的溶解度，可显著强化α相，发挥补充强化作用，提高钛合金的强度。此外，当钛合金中含有硅(si)时，锆(zr)还可使细小的硅化物析出相均匀分布，通过弥散析出强化提高钛合金强度。β相元素钼(mo)、钒(v)和铁(fe)在钛中的溶解度高，可以显著降低β相的相变温度，稳定β相。特别是β同晶型元素钼(mo)、钒(v)，可显著降低β相相变温度，有利于增加淬透性，从而在加工过程中增强热处理强化效果，促进增强固溶强化β相的作用，最终增加钛合金强度，如屈服强度。
5、在上述元素的综合作用下，通过有效控制烧结残碳残氧的含量，在不严重消损延伸率的情况下，可获得屈服强度≥1100mpa，延伸率≥5％的钛合金。
6、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，所述铝的质量百分含量为5.6％～8.0％。本技术中，铝(al)在钛合金中主要用于提高钛合金的常温强度和高温强度，并降低合金比重，增加合金的弹性模量。当钛合金中每增加质量百分含量为1％的铝时，钛合金的室温强度便会提高50mpa。但当铝含量超出极限溶解度后，晶体组织中出现有序的ti3al，ti3al对钛合金的塑性、韧性及抗应力腐蚀很不利。因此，本技术钛合金中，调控铝(al)的质量百分比含量为5.6％～8％，以获得较佳的综合性能。
7、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，所述钒的质量百分含量为0.2％～3.5％。由于钒(v)在钛金属中具有很高的溶解度，因此，可以通过在钛合金中增加钒(v)含量，达到稳定β相，增加钛合金强度如屈服强度的作用。
8、作为一种可能的实现情形，所述钼的质量百分含量为2.0％～5.0％。钼(mo)在钛合金中可以稳定β相，增加钛合金强度，最终提高钛合金的屈服强度。由于钼(mo)的摩尔质量相对其他合金元素偏高，因此，但当钼(mo)含量过高时，会增加合金材料的密度，降低钛合金的减重效果。
9、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，所述锆的质量百分含量为0.5％～3.5％。作为中性元素的锆(zr)，由于在α相ti和β相ti中均有较大的溶解度，钛合金中的质量百分含量可以在0.5％～3.5％之间，可以有效强化α相ti，稳定β相ti。
10、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，所述铁的质量百分含量为0.1％～0.5％。同样作为β元素，铁(fe)在钛合金中的溶解度低于钼(mo)和钒(v)。本技术通过添加少量的铁(fe)，该元素强化效果大，稳定β相能力强。本技术通过铁(fe)与钼(mo)、钒(v)共同稳定β相，增加钛合金强度。但由于fe是慢共析β稳定元素，当fe含量过高时，容易造成合金成分偏析，影响钛合金材料加工过程中的塑性，降低钛合金的延伸率。
11、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，以所述钛合金的总质量为100％计，所述钛合金由如下质量百分含量的下列元素组成：铝5.6％～8.0％，钒0.2％～3.5％，钼2.0％～5.0％，锆0.5％～3.5％，铁0.1％～0.5％，硅0～0.6％，余量为钛及不可避免的杂质。通过调控各元素的含量在上述范围内，可以获得屈服强度≥1100mpa，延伸率≥5％的钛合金。
12、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，各元素的含量为：铝7.0％～8.0％，钒2.0％～3.0％，钼4.0％～5.0％，锆2.0％～2.5％，铁0.2％～0.4％，硅0.35～0.6％，余量为钛及不可避免的杂质。该钛合金中含有硅(si)，硅(si)形成金属间化合物后，提高了材料的结构稳定性，起到强化作用；不仅如此，硅(si)与钛(ti)的原子尺寸差别较大，形成硅盐具有阻碍位错运动(在固溶体中容易在位错处偏聚)的作用，从而提高钛合金材料的屈服强度。在此基础上，通过进一步优化了钛合金中各元素的含量，以得到综合性能更好的钛合金。
13、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，所述钛合金为α-β型钛合金，即所述钛合金为同时含有α型钛和β型钛的合金。通过在钛(ti)中引入钼(mo)、钒(v)和铁(fe)三种β金属，三者协同作用有利于钛合金材料加工过程中塑性的提高，并可以在不明显降低延伸率的前提下，增强钛合金的屈服强度。
14、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，所述钛合金中，以所述α相钛和所述β相钛的总数量为100％计，所述α相钛的体积百分含量为80～91％，所述β相钛的体积百分含量为1～20％。在这种情况下，通过在α相钛中引入少量β相钛来提高材料加工时的塑性，提高合金的延伸率。此外，少量的β相钛还能提高钛合金的强度。
15、作为本技术钛合金的一种可能的实现情形，所述钛合金的屈服强度≥1100mpa，延伸率≥5％。由此得到的钛合金不仅可以满足对性能有更高要求的减轻产品的要求，比如折叠屏手机转轴或其他转轴、智能穿戴及有减重和高强需求的产品；而且对扩展钛合金在3c，医疗、智能穿戴等领域的应用具有重要的意义。
16、本技术第二方面提供一种钛合金制品的mim工艺，包括如下步骤：
17、取预合金粉末和粘结剂，其中，以所述预合金粉末的总质量为100％计，所述预合金粉末包括如下质量百分含量的下列元素：铝5.0％～8.0％，钒0.2％～5.0％，钼2.0％～6.0％，锆0.5％～4.0％，铁0.1％～1.5％，硅0～0.6％，余量为钛及不可避免的杂质；
18、将所述预合金粉末和所述粘结剂进行混炼后，挤出造粒，得到喂料颗粒；
19、将所述喂料颗粒进行注塑成型得到生坯，将所述生坯进行脱脂处理，得到脱脂坯，将所述脱脂坯进行烧结处理，得到钛合金制品。
20、本技术提供的mim工艺，通过将含有特定元素和特定含量的预合金粉末和粘结剂混炼后，依次经过造粒、注塑成型、脱脂和烧结处理，得到高强钛合金制品。通过该方法得到的钛合金制品，屈服强度≥1100mpa，延伸率≥5％，不仅可以满足对屈服强度和延伸率有更高要求的减轻产品，比如折叠屏手机转轴或其他转轴、智能穿戴及有减重和高强需求的产品；而且对扩展钛合金在3c，医疗、智能穿戴等领域的应用具有重要的意义。此外，本技术提供的方法，对于具有三维复杂形状的高精密钛合金制品具有优秀的加工性能，而且可以实现高效的规模化量产。
21、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述预合金粉末中各元素的含量为：铝5.6％～8.0％，钒0.2％～3.5％，钼2.0％～5.0％，锆0.5％～3.5％，铁0.1％～0.5％，硅0～0.6％，余量为钛及不可避免的杂质。通过调控各元素的含量在上述范围内，可以获得具有更优的屈服强度和延伸率的钛合金。
22、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述预合金粉末中各元素的含量为：铝7.0％～8.0％，钒2.0％～3.0％，钼4.0％～5.0％，锆2.0％～2.5％，铁0.2％～0.4％，硅0.35～0.6％，余量为钛及不可避免的杂质。该钛合金中含有硅(si)，硅(si)形成金属间化合物后，提高了材料的结构稳定性，起到强化作用；不仅如此，硅(si)与钛(ti)的原子尺寸差别较大，形成硅盐具有阻碍位错运动(在固溶体中容易在位错处偏聚)的作用，从而提高钛合金材料的屈服强度。在此基础上，通过进一步优化了钛合金中各元素的含量，以得到综合性能更好的钛合金制品。
23、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述将所述脱脂坯进行烧结处理的步骤中，将所述脱脂坯置于含有活性粉末的烧结炉中；其中，所述活性粉末为氧化性高于所述脱脂坯的氧化性的粉末。此时，活性粉末具有高比表面积，相比脱脂坯中的钛更容易吸收氧气并与氧气反，从而可以降低烧结过程脱脂坯中钛的氧化。
24、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述活性粉末为钛粉、碳粉和海绵钛中的至少一种。上述粉末容易吸收环境中氧气并与之反应，有利于降低钛合金制品吸收的氧含量，由此可有效控制产品制品在烧结过程中的氧增量。
25、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述将所述预合金粉末和所述粘结剂进行混炼的步骤中，所述预合金粉末的体积占所述预合金粉末和所述粘结剂的总体积的40％～70％。在这种情况下，粘结剂与预合金粉末混合，粘结剂提供塑性作用，有利于预合金粉末的注塑成型。不仅如此，粘结剂还能提高喂料的流动性，以注塑成型得到具有一定形状和强度的生坯。在注塑成型过程中，粘结剂有利于提高生坯件的尺寸精度，从而使得钛合金能够通过该工艺制备具有复杂三维形状的高精度钛合金制品。
26、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述粘结剂选自热塑性粘结剂。在这种情况下，热塑性粘结剂具有优异的热塑性，有利于喂料颗粒在注塑成型的过程中具有较好的塑性形，从而获得预定形状和尺寸的钛合金制品。
27、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述粘结剂选自pom、pp、pe、sa、eva、dop、pw中的至少一种。上述粘结剂具有较好的融流动性好，有利于提高喂料颗粒的流动性，进而提高喂料在注塑成型时的热塑性，有利于注塑成型得到高精度尺寸的钛合金制品。
28、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述混炼的温度为150～220℃，时间为20～60分钟。在这种情况下，预合金粉末充分熔融，并混合均匀；同时，熔融的预合金与粘结剂之间也能实现均匀混合。
29、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述将所述喂料颗粒进行注塑成型得到生坯，包括：设置模具温度为90-150℃，将温度为150～200℃的所述喂料颗粒投入注塑机中，成型得到所述生坯；其中，所述模具的温度低于所述喂料颗粒的温度，且两者的温度差为30～70℃。通过将模具温度的温度调整至与喂料颗粒温度的30～70℃以下，可以保证喂料颗粒具有较好的流动性，从而实现性能稳定的产品；不仅如此，设定模具温度为90-150℃，得到的生坯具有较好的固化程度，取出时不容易变形。
30、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，所述烧结处理的温度为950℃～1300℃，保温时间1～3小时。通过在上述条件下进行烧结处理，可以将脱脂坯转化成致密、具有一定刚性的钛合金制品。
31、作为本技术钛合金制品的mim工艺的一种可能的实现情形，在所述烧结之前，对所述脱脂坯在温度为400℃～550℃的条件下进行预烧结处理。通过在该条件下进行预烧结处理，可以对脱脂坯进行二次脱脂即热脱脂，将部分残留在制品内部的粘接剂充分去除，以避免剩余粘结剂残留在制品内影响钛合金制品的性能，并保证烧结完成之后获得更高性能的烧结件。具体的，通过400℃～550℃的高温处理，将部分残留在制品内部的粘接剂热分解成小分子气体。由于在预烧结阶段，催化或溶剂脱脂后在制品内部形成了微小的连通通道，该通道还未闭合，小分子气体可通过前面催化脱脂或溶剂脱脂时形成的微小通道逸出制品，最终小分子气体被抽出炉腔，完成制品最后的脱脂。
32、本技术第三方面提供一种钛合金制品，所述钛合金制品由本技术第一方面所述的钛合金制成，或所述钛合金制品由本技术第二方面所述工艺制成。
33、本技术提供的钛合金制品，由上述钛合金制成，或由上述mim工艺成型，得到的钛合金制品的屈服强度≥1100mpa，延伸率≥5％，不仅可以满足对屈服强度和延伸率有更高要求的减轻产品，比如折叠屏手机转轴或其他转轴、智能穿戴及有减重和高强需求的产品；而且对扩展钛合金在3c，医疗、智能穿戴等领域的应用具有重要的意义。
34、作为本技术钛合金制品一种可能的实现情形，所述钛合金制品为转轴。上述钛合金可以通过mim工艺成型得到具有复杂三维结构和精细尺寸的零部件，特别适合用于制备高强度终端设备的精细转轴结构，且得到的转轴具有优异的精确度。
35、本技术第四方面提供一种终端设备，所述终端设备包括由所本技术第一方面所述的钛合金制成的构件，或所述终端设备包括由本技术第二方面所述工艺制成的构件。
36、本技术提供的终端设备，包括由上述钛合金制成，或由上述mim工艺成型的结构件，由此得到的结构件的屈服强度≥1100mpa，延伸率≥5％，不仅可以满足对屈服强度和延伸率有更高要求，而且有利于减重产品质量以获得减轻化终端设备产品。
37、作为本技术终端设备的一种可能的实现情形，所述构件为转轴。由上述钛合金通过mim工艺成型的转轴，不仅具有较好的屈服强度和延伸率，而且具有精细尺寸结构。
38、作为本技术终端设备的一种可能的实现情形，所述终端设备为手机、平板、智能穿戴设备或电子医疗设备。