郭鲤, 詹浩, 游玉萍, 岳伟[1]2018年在《钛及钛合金粉末注射成形的研究进展》文中研究指明简要介绍了钛及钛合金粉末注射成形技术的特点和优势。从原料粉体、黏结剂体系、注射成形工艺、成形后的性能及微观结构等方面综述了钛及钛合金粉末注射成形的研究进展,提出了未来钛及钛合金粉末注射成形的研究方向。
喻岚[2]2004年在《注射成形钛合金的研究》文中研究指明钛合金性能优良、用途广泛，但机加工性能差，金属粉末注射成形技术(MIM)成为一种很有前途的钛合金成形技术。本文探讨了如何运用注射成形技术制备性能良好的钛合金，包括分别以氢化—脱氢(HDH)钛粉和氢化钛粉为原料制备MIM Ti-6Al-4V合金两部分内容。通过金相显微技术、扫描电镜分析、能谱分析、X射线衍射分析、热重分析及差热分析等现代分析手段开展了大量的实验工作及理论分析。 研究了以HDH钛粉为原料制备MIM Ti-6Al-4V合金的工艺过程。实验表明，采用油-石蜡-聚烯烃粘结剂体系、装载量选取55％，可得到适宜注射的喂料。最佳的注射工艺参数为：注射温度为152±2℃，模温为38℃，注射压力为系统压力的65％。粘结剂的脱除采用两步脱脂法，先用CH_2Cl_2浸泡成形坯4h可脱除58％～60％粘结剂，然后在氩气氛中于720℃下热脱脂可以将坯件中粘结剂脱除完全；热脱脂的理想脱脂工艺为：(?)随炉冷却。烧结过程中，在密封性能良好的真空烧结炉中于10~(-3)Pa、1250℃下烧结3h可以得到抗拉强度为819MPa、延伸率为7％的拉伸样，其性能已接近国外同等水平，且最终烧结样的杂质含量保持在较低水平。 对以氢化钛粉为原料制备MIM Ti-6Al-4V合金过程中的脱氢／脱脂理论进行了分析，脱氢过程中当氢分压低到10~(-2)Pa时，脱氢反应可在300℃开始进行。分别对粘结剂和氢化Ti-6Al-4V粉进行热重分析及差热分析可知，热脱脂过程中粘结剂的热分解温度范围在172℃—513℃之间，原料混合粉末的脱氢温度段在350℃—700℃之间。因此，当脱脂在10~(-2)Pa下、于720℃进行时，可以同时将脱脂坯中的氢元素脱除。实验中由于真空脱脂条件受到限制，选择了另一条脱脂／脱氢—烧结途径，即先将坯件在氩气氛中于720℃下热脱脂，然后在10~(-3)Pa真空烧结炉中脱氢—烧结，得到的产品氢含量0.014wt％，在Ti-6Al-4V合金间隙元素含量的标准范围内。
路新, 刘程程, 曲选辉[3]2013年在《钛及钛合金粉末注射成形技术研究进展》文中进行了进一步梳理钛及其合金具有低密度、高比强度、良好的生物相容性和抗氧化、耐腐蚀性能等特性,在航空航天、汽车、国防、医疗、化工等领域极具应用潜力。而钛合金粉末注射成形技术(PIM)能够实现中小型复杂形状钛产品的低成本制备,对于推动钛合金产品的生产发展及其应用具有重要意义。本文简要介绍了粉末注射成形钛合金的特点及优势,从粉末制备、粘结剂应用技术、粉末注射成形工艺、材料性能等方面综述了钛合金粉末注射成形技术的研究进展,并针对目前存在的主要问题,分析了粉末注射成形钛合金的研究方向及发展前景。
周蕊[4]2014年在《纯钛催化脱脂工艺及氧对注射成形纯钛力学行为及变形微观机制的影响研究》文中研究指明摘要：通过粉末注射成形能以较低的成本制备形状复杂、尺寸精度高、致密度高的钛及钛合金零部件,极大地拓展了钛及其合金的应用。氧是最难控制并且对性能影响最大的杂质元素,因此其影响机理的研究将对粉末注射成形钛及钛合金性能的认识有重要的理论意义。本文采用粉末注射成形工艺,以Catamold-Ti喂料为原料,制备了低碳、氮含量的纯钛,研究了纯钛催化脱脂工艺及氧对注射成形纯钛力学行为及变形微观机制的影响。结果表明：随着HN03流量增加,催化脱脂速率增大。综合考量,流量为1.0-1.5cc/min时较合理；110-125℃下温度对催化脱脂速率影响不大；随着催化脱脂时间增加,注射成形坯失重率增加,脱脂后期失重趋于平稳。注射成形所制备的纯钛,氧含量低于0.25wt.%,碳含量低于0.1wt.%,氮含量低于0.002wt.%,密度为4.30g/cm3,延伸率为10.4%,抗拉强度为602MPa。由于钛合金中氧偏聚,随着氧含量增加,导致晶界处位错塞积密度增加,局部产生应力集中,并且位错组态发生变化,型滑移减少,
刘超[5]2018年在《生物医用钛合金注射成形研究》文中认为钛及钛合金因其高比强度、低弹性模量、极佳的耐蚀性和生物相容性成为最有前景的生物医用材料。粉末注射成形较其他加工方式能够以较高的材料利用率实现形状复杂结构生物医用钛合金构件的大批量、近-净成形生产,但常用的蜡基注射料难以满足微型钛合金医疗构件的生产要求。本文以成形性好且粘结剂脱除高的水溶性钛合金注射料开发为基础,对高性能生物医用钛合金小/微型构件注射成形生产工艺开展研究。以热力学计算和微观形貌分析,确定了粘结剂体系为热力学不相容而工艺相容的特性,为利用两步脱粘工艺进行粘结剂脱除提供了理论依据。根据混合料粘度、强度和流变特性以及微观形貌分析确定了的聚乙二醇(PEG):聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA):硬脂酸(SA)=86:12:2的最佳粘结剂组分;对不同装载量的混合料性能进行表征,确定了66%为混合料的最佳粉末装载量。开展了脱粘机制和脱粘工艺研究,利用菲克扩散定律建立PEG组分溶解脱除的数学模型,确定了不同厚度试样中PEG组分脱除率与脱粘时间的关系。以热脱粘后试样氧碳含量作为评价标准,研究了热脱粘工艺参数对脱粘效率的影响,优选出适当的脱粘工艺参数,实现了试样中粘结剂的低残余脱除。通过实验研究了各烧结工艺参数对烧结件相对密度和化学成分的影响。提高烧结温度、减小升温速率、延长保温时间都能够提高烧结件的相对密度,同时也会增加烧结件的杂质含量和晶粒尺寸。真空烧结、金属承烧板和吸氧剂的使用能够降低试样中的杂质含量。基于优化的脱粘和烧结工艺参数,成功制备了相对密度、力学性能和杂质含量能够满足ASTM外科植入物标准的钛合金产品,并且烧结产品保形性较好。利用烧结理论中的弹性-热-粘塑性模型进行了钛合金注射成形烧结过程的模拟。通过弯曲梁烧结实验结合Matlab?软件进行了模型参数的标定和耦合计算,然后利用Abaqus?软件,对前文优选出的烧结工艺过程进行模拟,模拟结果与与实验值相符性较好。最后,采用制备的细粉末粒度纯钛注射料成功制备出符合ASTM F2989-13二级纯钛标准的人工听骨假体。传声性能测试实验结果表明假体植入后的颞骨结构与正常中耳传声结构趋势及传输效果基本一致。通过该实例证明了利用注射成形制造外科植入用钛合金小/微型构件的可行性。
刘伟[6]2014年在《纯钛多孔滤筒的粉末注射成形研究》文中进行了进一步梳理多孔钛与钛合金是一种新型的结构和功能材料，因其具有钛与钛合金的优异性能和泡沫金属的良好特性而广泛用于许多领域。但是，由于加工成本高以及成形困难的原因，钛与钛合金的应用与发展受到限制。金属粉末注射成形技术是一项新型的近净成形技术，对于成形复杂零件、降低成本和提高生产效率有独特的优势。本文以纯钛粉末为原料，利用粉末注射成形技术制备纯钛多孔滤筒，并对纯钛多孔滤筒进行微观孔隙形貌和室温力学性能的研究。本文设计并制造了复杂筒形件模具，利用钛粉和石蜡基粘结剂体系制备出了流变性能良好的注射成形喂料。优化了喂料中粉末装载量以及粘结剂配比，通过粉末注射成形制备了多孔滤筒生坯。最终选定粉末装载量为55%，且当粘结剂中石蜡、聚丙烯和硬脂酸比重分别为65%wt、30%wt、5%wt，注射温度为190oC，注射压力为40~100MPa，保压时间为15~20s时得到的生坯质量最佳。研究对粉末注射成形试样生坯的弯曲强度和压缩强度进行了测试。针对多孔滤筒生坯进行了热脱脂工艺研究，通过分析和对比热脱脂前后试样的XRD图谱和微观形貌及能谱结果得出，脱脂温度为600oC时，粘结剂残余最少，脱脂效果最佳。分析了升温速率对脱脂坯质量的影响，最终选定升温速率为0.5oC/min时，脱脂坯无宏微观缺陷。除此之外，对脱脂坯进行弯曲强度和压缩强度实验，得到的弯曲强度和压缩强度分别为7.4MPa、5.1MPa。通过真空烧结炉对多孔滤筒脱脂坯进行致密化烧结实验，分析了烧结温度对多孔滤筒气孔率和孔隙形貌以及烧结试样力学性能的影响。随着烧结温度的提高，零件的致密度增大，但气孔率下降；随烧结温度的提高，零件的弯曲强度和压缩强度都增大。研究表明，当烧结温度为1000oC时，气孔率为32.28%，满足过滤要求，弯曲强度为65MPa，压缩强度为60MPa。研究还进行了多孔滤筒的连接工艺研究，优化了连接所需钎料成分及压力，对连接界面进行微观组织观察和连接试样的弯曲强度分析，得到连接试样的弯曲强度达40MPa。
杨伟, 张崇才, 涂铭旌[7]2015年在《钛及钛合金粉末注射成型研究近况及应用前景》文中提出概述了钛及钛合金粉末注射成型(MIM)的粉体制备、混炼、注射成形、脱脂、烧结及后处理等工艺环节的研究现状及其发展趋势,同时介绍了粉体制备的主要方法,用氢化脱氢法制备的几种粉体产品的成分特点,常用粘结剂的组分,几种在生物医药领域和工业领域中应用较多的钛及钛合金粉末注射成型粉体的特点。
叶青[8]2015年在《凝胶注模成形钛合金的研究》文中研究指明钛合金具有密度低、比强度高、耐热性强、耐蚀性好等优异性能,被誉为“21世纪的金属”,是极具发展前景的结构材料。钛及其合金不仅在航空航天领域有着十分重要的应用,在化工、石油、轻工、冶金、医学、体育、民用等行业也有着广阔的应用前景。然而,由于钛的生产成本较高,大大限制了它的应用。因此,研发钛产品新制备工艺,对降低成本和扩大钛的应用范围意义重大。粉末冶金技术能够满足钛合金低成本与高性能的双重目标。以开发大尺寸复杂形状钛合金结构件为目的,本课题提出利用凝胶注模成形制备钛合金。针对粉末钛合金的控氧难题,从叁方面展开：在制粉方面,利化低氧氢化-脱氢工艺制备高纯低氧氢化钛及钛粉；在成形方面,开发无氧凝胶体系；在烧结方面,研究镁、钙、钕对致密化及氧的富集作用,结果如下：利用氢化-脱氢工艺制备出100目、200目、325目、500目的氢化钛及钛粉产品。制粉过程中利用高纯氢控制氢化过程的增氧、氮气保护控制破碎过程的增氧、高真空控制脱氢过程的增氧；且工序转换时避免粉末与空气接触,获得氧含量<1000ppm的氢化钛及钛粉。对比了氢化钛及钛粉的凝胶注模成形性能,氢化钛及钛粉固含量分别为50vol.%、37vol.%；经1300°C烧结后,氢化钛烧结相对密度95.9%,收缩率为22.5%,钛粉烧结相对密度为92.5%,收缩率为20.8%,因而氢化钛更适宜作为凝胶注模成形的原料。针对常用聚合物凝胶体系氧残留高的问题,开发无氧聚苯乙烯凝胶体系：1)在油酸含量0.55wt.%、苯乙烯含量50vol.%、固含量49vol.%的条件下,可得低粘度、高固含量的浆料；在二乙烯基苯含量40vol.%(苯乙烯含量10vol.%)、反应温度90℃、引发剂含量130mmol·L-1的条件下,固化时间约3.5h,坯体强度为20MPa；2)将低分子量有机凝胶成功引入到成形中,经球磨后浆料固含量达51vol.%；凝胶温度为40～45℃时,固化时间为3～10min；聚苯乙烯浓度为0.08g·mL-1的条件下,坯体强度为10MPa。聚苯乙烯体系的增氧及增碳量分别为0.07wt.%、0.2wt.%,低分子量有机凝胶体系的增氧及增碳量分别为0.1wt.%、0.16wt.%,利用该无氧体系成形出纯钛的抗拉强度510MPa、延伸率6.5%；研究了镁、钙、钕对氢化钛粉末烧结致密化及氧的影响,镁、氢化钙、钕均能促进氢化钛粉末的烧结致密化,在0.5wt.%Mg、0.375wt.%CaH2、0.5wt.%Nd的条件下,分别将烧结相对密度由96%提高到98.1%、98.2%、98.6%。由于密度的提高,添加镁的样品抗拉强度为538MPa、延伸率7.1%,得益于密度提高及氧的富集,Ti-0.375Ca样品的抗拉强度为545MPa、延伸率9.2%, Ti-0.5Nd样品的抗拉强度为590MPa、延伸率10.1%。利用凝胶注模成形开发出钛门把手产品,成本约73元/kg,与传统不锈钢、铜合金、锌铝合金等材质门把于相比,具有质轻、美观、生物相容性优异等特点,易于宣传推广,市场前景广阔,有望促进钛在民用领域的大范围应用。
刘超, 孔祥吉, 吴胜文, 况春江[9]2017年在《钛及钛合金金属粉末注射成形技术的研究进展》文中研究说明钛及钛合金兼具低比重、高比强度、优异的生物相容性和良好的耐腐蚀性,在航空航天、生物医疗、化工、汽车等领域有极大的应用潜力。钛及钛合金金属粉末注射成形技术(metal injection molding,MIM)能够实现中小型复杂形状钛产品的大批量、低成本制备,对于推动钛及钛合金产品的生产及应用具有重要意义。本文介绍了金属粉末注射成形钛及钛合金的特点及优势,从粉末原料、黏结剂体系、粉末注射成形、脱黏和烧结等方面综述了钛及钛合金金属粉末注射成形技术的研究进展,并针对目前存在的主要问题,分析了金属粉末注射成形钛及钛合金的研究方向及发展前景。
何杰[10]2016年在《钛及钛合金高速压制成形规律及性能的研究》文中研究表明钛及钛合金具有弹性模量低、耐蚀性好、比强度高及生物相容性好等优点,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、生物医用及化工等领域。粉末冶金技术具有高效、高精度、高性能及低成本的特点,在节能环保、绿色制造及假合金制备方面具有独特优势。高速压制技术是一种新型的粉末冶金技术,能低成本制备高密度高性能的粉末冶金零件,获得比传统模压更致密的压坯。本研究利用自主研发的机械蓄能式高速压制设备成形纯钛、钛合金及钛基复合材料,系统研究了冲击能量、TiB2含量与烧结保温时间对钛基材料密度及性能的影响,并对纯钛的高速压制成形致密化机理进行了初步探讨,为高速压制成形钛及钛合金的应用提供指导。提高冲击能量能够制备高密度的生坯。随着冲击能量的增加,纯钛生坯密度增大,但密度增长量减小。冲击能量为1805 J时,纯钛有最大生坯密度为4.37 g/cm3,相对密度达96.9%。高速压制过程中,纯钛的高速压制实验数据较符合果世驹方程、川北方程及黄培云方程。纯钛的生坯强度及径向弹性后效亦随着冲击能量的增加而增加。对纯钛的高速压制致密化机理进行初步探讨发现,高速压制属于动压,其压制效果远强于静压,冲击能量越大,压制效果越明显。高速压制过程中,钛颗粒发生了破碎及塑性变形;另外,钛颗粒在致密化过程发生剧烈摩擦、变形及绝热压缩产生了大量热能,导致了温升效应,有利于纯钛压坯的致密化,且有冷焊现象产生。Ti-13Nb-13Zr及Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr钛合金生坯密度及径向弹性后效随冲击能量的增加而增加。冲击能量为1805 J时,Ti-Nb-Zr有最大生坯密度为4.72 g/cm3(相对密度为94.0%),Ti-Nb-Ta-Zr有最大生坯密度为5.63 g/cm3(相对密度为94.1%)。由于粉末体成分及粒径等因素不同,钛合金生坯弹性后效不同,Ti-Nb-Zr生坯的径向弹性后效增加值随着冲击能量增加而减小,而Ti-Nb-Ta-Zr生坯径向弹性后效增加值随之增加。在钛合金中加入不同含量的TiB2,TiNbZr/TiB2(TNZs)及TiNbTaZr/TiB2(TNTZs)合金的生坯密度及径向弹性后效随着冲击能量的增加而增加,但与TiB2含量间无明显规律。真空无压烧结后,研究了烧结坯密度、硬度、抗拉强度等与冲击能量、烧结保温时间、TiB2含量的关系。纯钛的烧结密度、硬度及抗拉强度随冲击能量的增加而增加。延长烧结保温时间能提高试样的烧结密度及硬度。在冲击能量为1805 J且烧结保温为2.5 h时,纯钛具有最大烧结密度为4.50 g/cm3(相对密度达99.8%),最大硬度值为298 HV0.30。过长的烧结保温时间不利于试样获得高的抗拉强度,冲击能量为1805 J且烧结保温1.5 h时,纯钛具有最大抗拉强度为638 MPa。随着冲击能量增加,Ti-Nb-Zr及Ti-Nb-Ta-Zr合金的烧结密度、硬度、抗拉强度及压缩强度增加,烧结收缩率减小。烧结后,Ti-Nb-Zr合金体积略微缩小,Ti-Nb-Ta-Zr合金体积略微膨胀。冲击能量为1805 J时,Ti-Nb-Zr合金有最大烧结密度为4.79 g/cm3,最大硬度值为456 HV0.30;Ti-Nb-Ta-Zr合金最大烧结密度为5.53 g/cm3,最大硬度为325 HV0.30。过长或过短的烧结保温时间都不利于试样获得高的抗拉强度。冲击能量为1805 J且烧结保温2.0 h时,Ti-Nb-Zr合金最大抗拉强度为1167 MPa,Ti-Nb-Ta-Zr合金最大抗拉强度为630 MPa。在钛合金中加入TiB2,TiNbZr/TiB2及TiNbTaZr/TiB2试样的硬度随着冲击能量增加而增加。冲击能量为1805 J时,含有12%TiB2的TiNbZr材料(TNZ4)有最高硬度值为558 HV0.30,含有12%TiB2的TiNbTaZr材料(TNTZ4)有最高硬度值为490 HV0.30。而TiNbZr/Ti B2及TiNbTaZr/TiB2试样的抗拉强度与冲击能量成正比,但随着TiB2含量的增加而减小,含有3%TiB2的TiNbZr材料(TNZ1)有最大抗拉强度为765 MPa,含3%TiB2的TiNbTaZr试样(TNTZ1)最大抗拉强度为702 MPa。
参考文献：
[1]. 钛及钛合金粉末注射成形的研究进展[J]. 郭鲤, 詹浩, 游玉萍, 岳伟. 机械工程材料. 2018
[2]. 注射成形钛合金的研究[D]. 喻岚. 中南大学. 2004
[3]. 钛及钛合金粉末注射成形技术研究进展[J]. 路新, 刘程程, 曲选辉. 粉末冶金技术. 2013
[4]. 纯钛催化脱脂工艺及氧对注射成形纯钛力学行为及变形微观机制的影响研究[D]. 周蕊. 中南大学. 2014
[5]. 生物医用钛合金注射成形研究[D]. 刘超. 钢铁研究总院. 2018
[6]. 纯钛多孔滤筒的粉末注射成形研究[D]. 刘伟. 哈尔滨工业大学. 2014
[7]. 钛及钛合金粉末注射成型研究近况及应用前景[J]. 杨伟, 张崇才, 涂铭旌. 材料导报. 2015
[8]. 凝胶注模成形钛合金的研究[D]. 叶青. 北京科技大学. 2015
[9]. 钛及钛合金金属粉末注射成形技术的研究进展[J]. 刘超, 孔祥吉, 吴胜文, 况春江. 粉末冶金技术. 2017
[10]. 钛及钛合金高速压制成形规律及性能的研究[D]. 何杰. 华南理工大学. 2016
标签：冶金工业论文; 工业通用技术及设备论文; 抗拉强度论文; 钛合金论文; 钛粉论文;