一种多孔钛合金材料及其活化烧结制备方法与流程

本发明属于粉末冶金，具体涉及一种多孔钛合金材料及其活化烧结制备方法。

背景技术：

1、烧结金属多孔材料是由金属粉末、金属纤维或金属丝网经成形和烧结而成的具有贯通孔道的一类金属材料，它既具有金属的固有特性，又因孔隙的存在而产生一系列功能特性，如过滤与分离、流体分布、换热、吸声降噪、阻尼减振、阻火与隔热等，在航空航天、节能环保、石油化工、交通运输等领域发挥着重要作用。

2、多孔钛合金是一类非常重要的烧结金属多孔材料，它既继承了致密钛合金的优异特性，又兼具多孔材料的功能特性，是现代高技术领域不可或缺的关键支撑材料。目前，多孔钛合金材料主要采用粉末冶金方法进行制备。然而，由于金属ti非常活泼，极易与c、o、h、n等间隙元素发生反应，因此，多孔钛合金材料通常在高真空环境或高纯氩气等惰性气体中进行烧结。同时，因钛合金的熔点高(≥1650℃)，所以其烧结温度通常超过1100℃。如此高的烧结温度会导致更多的o由材料表面扩散进入材料内部，降低材料的塑性；同时，高的烧结温度会增加能耗和多孔钛合金的制备成本。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法。该方法通过选取低熔点合金参与钛合金成分的混合压制及活化烧结制备多孔钛合金材料，利用低熔点合金的预合金粉末熔化成液相后流动并在颗粒接触区域形成冶金结合的烧结结点，提高多孔钛合金的力学性能，同时降低活化烧结温度，缩短烧结时间，减少多孔钛合金的制备成本，解决现有多孔钛合金材料烧结时高温引入杂质且耗能成本高的难题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤一、根据钛合金的实际应用工况，确定多孔钛合金材料的钛合金成分，并结合确定的钛合金成分的二元相图，选取熔点低于钛合金成分中主元素熔点的含钛合金作为低熔点合金；

4、步骤二、根据步骤一中选取的低熔点合金的成分配比，选取各合金元素的原料粉末进行机械研磨混匀，制备得到低熔点合金的预合金粉末；

5、步骤三、根据步骤一中确定的多孔钛合金材料的钛合金成分，准备钛合金的各合金元素粉末或预合金粉末；

6、步骤四、将步骤二中制备的低熔点合金的预合金粉与步骤三中准备的钛合金的各合金元素粉末或预合金粉末进行混合，得到混合粉末；

7、步骤五、将步骤四中得到的混合粉末进行压制，得到多孔合金生坯；

8、步骤六、将步骤五中得到的多孔合金生坯进行真空活化烧结，得到多孔钛合金材料。

9、上述的一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，步骤一中所述多孔钛合金材料的钛合金成分为ti185合金、tinb合金、timo合金、tiv合金、tita合金、tinbzr合金或tinbvzr合金。优选为ti185合金、timo合金或tinbvzr合金。

10、上述的一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，步骤一中所述低熔点合金中除ti以外的合金元素来源于fe、co、ni、zr、mn、cu、si。优选来源于fe、co、ni。

11、上述的一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，步骤二中所述各合金元素的原料粉末粒度小于20μm。通过限定各合金元素的原料粉末粒度小于20μm，保证经机械研磨混合即可获得预合金粉末，且原料粉末粒度越小，预合金化效果越好，机械研磨的时间越短。

12、上述的一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，步骤二中所述机械研磨的转速为50rpm～200rpm。

13、上述的一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，步骤四中所述混合粉末中低熔点合金的预合金粉的质量含量为3％～5％。

14、上述的一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，步骤六中所述真空活化烧结为将多孔合金生坯与粒度100μm～200μm的mg粉末、ti粉末或si粉末共同进行烧结。优选为高纯ti粉末。共同烧结过程中，mg粉末、ti粉末或si粉末放置在多孔合金生坯周围且不接触，仅仅通过吸收烧结设备以及多孔合金生坯中的杂质元素，起到净化烧结气氛作用。

15、上述的一种多孔钛合金材料的活化烧结制备方法，其特征在于，步骤六中所述真空活化烧结的烧结温度为步骤一中选取的低熔点合金的熔点以上30℃～50℃，烧结时间为0.5h～1.5h。本发明通过控制真空活化烧结的烧结温度和时间，一方面使得钛合金的各合金元素粉末或预合金粉末自身通过原子扩散形成结点，另一方面保证低熔点合金的预合金粉末充分熔化成液相，液相在毛细压力作用下沿着钛合金粉末颗粒表面流动到颗粒接触处，起到液相烧结作用，进一步提高烧结结点的强度，同时显著降低钛合金粉末的烧结温度。

16、本发明与现有技术相比具有以下优点：

17、1、本发明通过选取低熔点合金的预合金粉末与钛合金成分的各合金元素粉末或预合金粉末混合压制并活化烧结制备多孔钛合金材料，烧结过程中，低熔点合金的预合金粉末熔化成液相，在毛细力的作用下，液相沿着多孔合金生坯中粉末颗粒接触区域流动，并在颗粒接触区域形成冶金结合的烧结结点，有利于提高多孔钛合金的力学性能。

18、2、本发明选取的低熔点合金的预合金粉末，其熔点远低于钛合金成分中主元素熔点，从而显著降低活化烧结温度，避免高温烧结引入杂质元素，缩短烧结时间，节能降耗，减少了多孔钛合金的制备成本，同时削弱或抑制钛合金粉末颗粒发生异常长大现象，保证了多孔钛合金材料的力学性能。

19、3、本发明通过将多孔合金生坯与mg粉末、ti粉末或si粉末共同进行烧结，利用高纯金属粉末吸收烧结设备内部的杂质元素，以及从多孔合金生坯中逸出的杂质元素，起到净化烧结环境和钛合金坯体表面的作用，进而提高钛合金的烧结活性，促进烧结结点的形成与发育。

20、4、本发明根据钛合金的实际应用工况选择确定多孔钛合金材料的钛合金成分，成分选择范围广，设计自由度大，提高了本发明制备方法的适用范围。

21、5、本发明根据钛合金的实际应用工况，结合确定的钛合金成分的二元相图，选取熔点低于钛合金成分中主元素熔点的含钛合金作为低熔点合金，并通过机械研磨法制备预合金粉末，生产工序简单、流程短、成本低，且添加量少，不会影响多孔钛合金材料的服役性能。

22、6、本发明采用活化烧结同步实现了多孔钛合金的原位合金化过程与烧结结点形成与发育过程，解决了无法利用熔体发泡法制备高熔点多孔钛合金材料的难题，尤其适用于耐高温环境用多孔钛合金材料如tinbvzr、tinbzr等的制备，并缩短了多孔钛合金材料的制备工序流程，降低了生产成本，有利于其工业化应用。

23、7、本发明充分利用活化烧结的特性，显著改善多孔钛合金材料的烧结性能，使得烧结结点发育更加充分，同时降低烧结温度、缩短烧结时间、优化孔隙结构特性，进而大幅度提高多孔钛合金材料的力学、抗腐蚀及能量吸收等服役性能，推动多孔钛合金材料在航空、航天、能源、石油化工、交通运输等领域的广泛应用。

24、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。