1前言

　　金屬鈦及其合金具有低密度、高強(qiáng)度、良好高溫強(qiáng)度、卓越的耐腐蝕性等性能,廣泛用于航空航天、汽車(chē)、生物工程(良好相容性)、手表、環(huán)保等領(lǐng)域。但是,鈦及其合金的機(jī)加工性能差,成為大量生產(chǎn)復(fù)雜形狀零件的障礙。因而用金屬注射成形(ＭＩＭ)新工藝生產(chǎn)鈦零件倍受注目。本文綜述了ＭＩＭ鈦合金的研究狀況,以利于ＭＩＭ鈦零件的研制和市場(chǎng)的開(kāi)拓。

　　2鈦粉

　　鈦粉生產(chǎn)方法有氫化鈦分解破碎法(ＨＤＨ)或氣霧化法(ＧＡ)。為制備鈦合金粉,可將上述方法制得的鈦粉與其它金屬粉混合,也可采用ＧＡ或高溫自蔓燃法直接制得鈦合金粉。

　　3ＭＩＭ鈦

　　ＨＤＨＴｉ粉的振實(shí)密度小于ＧＡＴｉ粉,在制備注射料時(shí),加入粘結(jié)劑量(體積分?jǐn)?shù))相應(yīng)為43.1%和33.3%。采用的粘結(jié)劑為樹(shù)脂和蠟。粘結(jié)劑和Ｔｉ粉在383393Ｋ溫度下混練1ｈ。注射成形后,成形坯在102Ｐａ真空中,于Ａｒ氣流中和648Ｋ下熱分解脫粘。在423573Ｋ間的升溫速度為1.4×10-5Ｋ/ｓ。可將上述二種粉的注射成形坯中的約90%粘結(jié)劑脫除。而后在10-2Ｐａ真空中燒結(jié),加熱速度為5.56×10-2Ｋ/ｓ。在燒結(jié)溫度下保溫2ｈ。ＨＤＨ粉的注射成形坯經(jīng)1198Ｋ燒結(jié)后相對(duì)密度為82.4%,經(jīng)1348Ｋ燒結(jié)后迅速提高到94.5%。氣霧化Ｔｉ粉注射料中粉末裝載量大,注射成形坯于1198Ｋ下燒結(jié)后相對(duì)密度達(dá)92.4%,燒結(jié)溫度為1248Ｋ時(shí)為94.8%,燒結(jié)溫度為1348Ｋ時(shí)為95.8%。燒結(jié)溫度由1198Ｋ提高到1348Ｋ,由氣霧化鈦粉制取的燒結(jié)Ｔｉ抗張強(qiáng)度由550ＭＰａ增至為610ＭＰａ,僅提高60ＭＰａ,而ＨＤＨ鈦粉制取的燒結(jié)Ｔｉ則由420ＭＰａ增至630ＭＰａ,提高了210ＭＰａ。值得注意的是,在1298Ｋ燒結(jié)后,盡管由ＨＤＨＴｉ粉制取者的相對(duì)密度為92%,比由氣霧化鈦粉制取者(95%)低,但由ＨＤＨＴｉ粉制取者的抗張強(qiáng)度(630ＭＰａ)卻比由氣霧化鈦粉制取者(590ＭＰａ)高40ＭＰａ。它們的屈服強(qiáng)度變化規(guī)律與抗張強(qiáng)度相似。由氣霧化Ｔｉ粉制取者經(jīng)1223Ｋ1298Ｋ燒結(jié)后的伸長(zhǎng)率約為15%20%。但當(dāng)燒結(jié)溫度高于1323Ｋ時(shí),伸長(zhǎng)率急劇下降至5%。由ＨＤＨＴｉ粉制取者的伸長(zhǎng)率總地說(shuō)比由氣霧化鈦粉制取者低,在1273到1298Ｋ下燒結(jié)后為6%7%。化學(xué)分析數(shù)據(jù)表明,由ＨＤＨＴｉ粉制取者燒結(jié)后的碳含量為0.06%0.07%,比由氣霧化Ｔｉ粉制取者的0.05%0.06%稍高一點(diǎn),不會(huì)對(duì)力學(xué)性能有什么影響,但氧含量相應(yīng)為0.45%0.46%和0.28%,這是影響力學(xué)性能的重要因素。為降低ＭＩＭＴｉ的氧含量,采用低氧含量(0.13%)的氣霧化Ｔｉ粉(平均粒徑23.81μｍ)和低氧含量的聚丙烯、石蠟和Ｃａｒｎａｕｂａ蠟作為粘結(jié)劑。在447Ｋ下與70%(體積分?jǐn)?shù))Ｔｉ粉加壓混練1ｈ。注射成形后在313Ｋ下用溶劑萃出脫粘0.5ｈ,脫除43%61%的粘結(jié)劑,而后在773Ｋ的真空中于Ａｒ氣流中脫除剩余的粘結(jié)劑,這可防止氧化和碳化。再在(12)×10-2Ｐａ真空中14231503Ｋ下高溫?zé)Y(jié)1.5ｈ。結(jié)果表明,由組成比不同的粘結(jié)劑制取的ＭＩＭＴｉ,其氧與碳的含量不同。采用40%聚丙烯+60%蠟粘結(jié)劑時(shí),經(jīng)1443Ｋ燒結(jié)1.5ｈ得到的Ｔｉ的氧含量最低,為0.22%(Ｃ0.04%Ｎ0.0017%)。此時(shí),伸長(zhǎng)率為19%(σ為504ＭＰａ、σ0.2為360ＭＰａ)。燒結(jié)溫度提高到1463Ｋ時(shí),氧含量降至0.20%,伸長(zhǎng)率達(dá)到最高值(21.5%)。繼續(xù)提高燒結(jié)溫度至1503Ｋ,雖然密度提高到96.4%,但伸長(zhǎng)率反而急劇下降至4%5%。其原因是氧含量增至0.3%,而且晶粒粗化。因此,14431463Ｋ是最佳燒結(jié)溫度。這時(shí),ＭＩＭＴｉ的各項(xiàng)性能達(dá)到了ＴｙｐｅＪＩＳ3標(biāo)準(zhǔn)的性能(Ｏ≤0.3%、Ｎ≤0.007%、σ=451617ＭＰａ、σ0.2≥343ＭＰａ、δ≥18%)。

　　6ＭＩＭＴｉ-Ｍｏ合金

　　Ｔｉ-12Ｍｏ為β相穩(wěn)定合金,具有極佳的耐腐蝕性和高強(qiáng)度。采用氣霧化Ｔｉ粉(粒度小于38μｍ)和鉬粉(平均粒徑0.6μｍ),在雙錐混料機(jī)中混合10ｈ。而后和13.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的粘結(jié)劑混練造粒。粘結(jié)劑由聚合物和蠟組成。聚合物由聚丙烯、高密度聚乙烯及乙烯和ＥＶＡ的共聚物組成,蠟由微晶石蠟和Ｃａｒｎａｕｂａ蠟組成。在溫度473Ｋ、壓力100ＭＰａ下注射成形。于(12)×10-1Ｐａ真空下,于673Ｋ脫粘5ｈ,可脫除96%的粘結(jié)劑,而后在13931573Ｋ、(12)×10-1Ｐａ真空中燒結(jié)。隨燒結(jié)溫度的升高,密度直線性增加,在1573Ｋ下燒結(jié)時(shí)相對(duì)密度最高,達(dá)97%(鍛材密度為4.88ｇ/ｃｍ3)。這樣高的燒結(jié)溫度,雖能提高密度,但由于粘結(jié)劑脫除殘留的碳形成ＴｉＣ在晶界析出,而且晶粒長(zhǎng)大,導(dǎo)致強(qiáng)度下降。力學(xué)性能測(cè)試表明,在14731493Ｋ燒結(jié)2ｈ(相對(duì)密度為94.1%)和14331473Ｋ間燒結(jié)5ｈ(密度為95.1%)時(shí),抗張強(qiáng)度最高,達(dá)1000ＭＰａ,完全達(dá)到了熔煉鍛造的相同成分的β-Ｔｉ合金的水平。

　　7結(jié)論

　　Ｔｉ及Ｔｉ合金具有低密度、高強(qiáng)度,良好高溫性能和卓越的耐腐蝕性,是極有前途的結(jié)構(gòu)材料。但難于機(jī)加工。ＭＩＭ成為生產(chǎn)Ｔｉ和Ｔｉ合金復(fù)雜形狀制品的生產(chǎn)工藝。可采用元素混合粉或預(yù)合金粉,在Ａｒ氣流中脫粘,于真空中燒結(jié),相對(duì)密度可達(dá)95%以上。ＭＩＭ純Ｔｉ的抗張強(qiáng)度達(dá)630ＭＰａ,伸長(zhǎng)率20%。ＭＩＭＴｉ-Ａｌ的抗張強(qiáng)度為430ＭＰａ,特別是在800℃下的高溫強(qiáng)度仍保持在330ＭＰａ,伸長(zhǎng)率13%。ＭＩＭＴｉ-6Ａｌ-4Ｖ的抗張強(qiáng)度達(dá)10001300ＭＰａ,伸長(zhǎng)率12%。ＭＩＭＴｉ-Ｍｏ的抗張強(qiáng)度為1000ＭＰａ。這些金屬注射成形的Ｔｉ和Ｔｉ合金性能完全達(dá)到了相同成分的熔煉鍛造材料的水平。