CN103290248B - 一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：S1、将钛粉和耐磨材料颗粒充分混合均匀；S2、向混合粉末中加入造孔剂，并充分混合均匀；S3、压制成型；S4、粉末压坯在加热炉内加热，去除造孔剂，然后再置于真空烧结炉烧结，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。本发明的有益效果是：工艺简单，设备要求低，降低了加工成本，操作方便；使得孔隙率及孔大小可控；加入的造孔剂成本低，且能很好控制多孔钛的孔隙；加入的耐磨硬质颗粒具有高熔点、高硬度、良好的抗氧化能力、良好的润滑性以及耐磨损等特性，很好地改善了多孔钛的综合性能；制备的多孔钛孔隙分布均匀、耐磨耐蚀性能好，工艺可控性好、简便、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金成型技术领域，特别是一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法。
背景技术
钛及钛合金具有优良耐蚀性能和生物相容性能等，广泛应用于石化、冶金、医药及环保等行业的过滤、催化、热交换等工艺之中。多孔材料是当前材料界的一种新型的结构与功能材料，在很多领域都得到了应用。多孔钛及其合金融合了钛合金与泡沫金属的特性，能够减轻材料的重量而不削弱其强度，同时还有较高的韧性和耐腐蚀性。因此，多孔钛及其合金具有广阔的应用前景，例如，多孔钛可作为夹层结构、热交换层、触媒金属层和生物植入材料等等。
目前多孔钛的制备方法主要有粉末冶金烧结法、热喷涂法及气体卷入法等。但是，这些方法都存在一些固有的弊端，例如，粉末直接烧结对原料粉末的依赖性很大，孔的尺寸和形状均无法控制；热喷涂法由于其高温特点，需要在真空室中喷涂才可以避免氧化，但真空等离子喷涂设备昂贵，且仍然存在孔隙均匀性等问题；气体卷入技术工艺复杂、成本高，且孔隙率较低。
现有技术主要存在多孔钛的孔隙率、孔大小、孔形状不易控制，尤其是多孔钛作为过滤材料，孔隙中有介质通过时，多孔钛出现耐磨性不足，影响材料的使用寿命。因此，开发一种工艺简单、孔隙可控的颗粒增强耐磨多孔钛制备方法极为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种工艺简单、孔隙率及孔大小可控的颗粒增强耐磨多孔钛制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将钛粉和添加量为钛粉重量0.2～1%的耐磨材料颗粒充分混合均匀；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入添加量为混合粉末重量0.1～1%的造孔剂，并充分混合均匀；
S3、将步骤S2得到的混合物在30～80MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热到200～400℃，保温0.5～2h，去除造孔剂，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1150～1300℃温度下，烧结2～4h，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。
所述的造孔剂的粒径为10～100μm。
所述的造孔剂为碳酸氢氨颗粒或聚苯乙烯颗粒。
所述的耐磨材料颗粒的粒径为2～10μm。
所述的耐磨材料颗粒为Ti(C,N)颗粒、TiN颗粒、TiC颗粒、WC颗粒等硬质颗粒。
所述的钛粉的粒径为45～75μm。
本发明具有以下优点：
本发明工艺简单，设备要求低，降低了加工成本，操作方便。
本发明通过控制加入的造孔剂的多少、造孔剂的粒径的大小，可确定孔隙率及孔大小，使得孔隙率及孔大小可控；加入的造孔剂成本低，且能很好控制多孔钛的孔隙，充分利用了钛本身优良的耐蚀性能，加入的耐磨硬质颗粒具有高熔点、高硬度、良好的抗氧化能力、良好的润滑性以及耐磨损等特性，很好地改善了多孔钛的综合性能。该方法制备的多孔钛孔隙分布均匀、可控性好、工艺简便、成本低、耐磨耐蚀性能好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将钛粉和添加量为钛粉重量0.2～1%的耐磨材料颗粒充分混合均匀；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入添加量为混合粉末重量0.1～1%的造孔剂，并充分混合均匀；物料混合可在混料机中进行；
S3、将步骤S2得到的混合物在30～80MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热到200～400℃，保温0.5～2h，去除造孔剂，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1150～1300℃温度下，烧结2～4h，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。
所述的造孔剂的粒径为10～100μm，所述的造孔剂为碳酸氢氨颗粒或聚苯乙烯颗粒，此类造孔剂成本低，并且能很好地控制多孔钛的孔隙。
所述的耐磨材料颗粒的粒径为2～10μm，所述的耐磨材料颗粒为Ti(C,N)颗粒、TiN颗粒、TiC颗粒、WC颗粒等硬质颗粒。加入的耐磨硬质颗粒具有高熔点、高硬度、良好的抗氧化能力、良好的润滑性以及耐磨损等特性，很好地改善了多孔钛的综合性能。
所述的钛粉的粒径为45～75μm。
去除造孔剂的过程即为造孔剂的分解过程，选用的造孔剂的分解温度在200～400℃，因此在这个温度范围内对粉末压坯进行加热，去除造孔剂。
实施例1：
一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将粒径为75μm纯钛粉和添加量为纯钛粉重量0.2%的耐磨材料颗粒充分混合均匀，耐磨材料颗粒为粒径为2～10μm的Ti(C,N)粉末；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入添加量为混合粉末重量0.1～1%的造孔剂，造孔剂为粒径为50μm的碳酸氢氨颗粒，并充分混合均匀；物料混合可在混料机中进行；
S3、将步骤S2得到的混合物在80MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热到200℃，保温1h，去除造孔剂颗粒，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1300℃温度下，烧结2h，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。多孔钛金属基体硬度可达HRC30～40，从而提高多孔钛的耐磨性，并同时发挥钛的优良耐蚀性能。
实施例2：
一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将粒径为45μm纯钛粉和添加量为纯钛粉重量0.2%的耐磨材料颗粒充分混合均匀，耐磨材料颗粒为粒径为2～10μm的Ti(C,N)粉末；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入添加量为混合粉末重量0.1～1%的造孔剂，造孔剂为粒径为10μm的聚苯乙烯泡沫颗粒，并充分混合均匀；物料混合可在混料机中进行；
S3、将步骤S2得到的混合物在30MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热到400℃，保温0.5h，去除造孔剂颗粒，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1250℃温度下，烧结3h，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。多孔钛金属基体硬度可达HRC30～40，从而提高多孔钛的耐磨性，并同时发挥钛的优良耐蚀性能。
实施例3：
一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将粒径为53μm纯钛粉和添加量为纯钛粉重量0.2%的耐磨材料颗粒充分混合均匀，耐磨材料颗粒为粒径为2～10μm的TiN颗粒；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入添加量为混合粉末重量0.1～1%的造孔剂，造孔剂为粒径为100μm的聚苯乙烯泡沫颗粒，并充分混合均匀；物料混合可在混料机中进行；
S3、将步骤S2得到的混合物在40MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热到400℃，保温0.5h，去除造孔剂颗粒，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1150℃温度下，烧结4h，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。多孔钛金属基体硬度可达HRC30～40，从而提高多孔钛的耐磨性，并同时发挥钛的优良耐蚀性能。
实施例4：
一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将粒径为53μm纯钛粉和添加量为纯钛粉重量0.5%的耐磨材料颗粒充分混合均匀，耐磨材料颗粒为粒径为2～10μm的WC粉末；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入添加量为混合粉末重量0.1～1%的造孔剂，造孔剂为粒径为100μm的碳酸氢氨颗粒，并充分混合均匀；物料混合可在混料机中进行；
S3、将步骤S2得到的混合物在50MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热到200℃，保温2h，去除造孔剂颗粒，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1250℃温度下，烧结3h，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。
实施例5：
一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将粒径为53μm纯钛粉和添加量为纯钛粉重量1%的耐磨材料颗粒充分混合均匀，耐磨材料颗粒为粒径为2～10μm的TiC粉末；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入添加量为混合粉末重量0.1～1%的造孔剂，造孔剂为粒径为100μm的碳酸氢氨颗粒，并充分混合均匀；物料混合可在混料机中进行；
S3、将步骤S2得到的混合物在70MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热到300℃，保温0.5h，去除造孔剂颗粒，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1150℃温度下，烧结4h，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料。多孔钛金属基体硬度可达HRC30～40，从而提高多孔钛的耐磨性，并同时发挥钛的优良耐蚀性能。
Claims (1)
1.一种颗粒增强耐磨多孔钛制备方法，它包括以下步骤：
S1、将钛粉和耐磨材料颗粒充分混合均匀；
S2、向步骤S1得到的混合粉末中加入造孔剂，并充分混合均匀；
S3、将步骤S2得到的混合物压制成型，得到粉末压坯；
S4、将得到的粉末压坯在加热炉内加热去除造孔剂，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内烧结，即可得到颗粒增强耐磨多孔钛材料；
其特征在于：
（1）步骤S1中所述耐磨材料颗粒的添加量为钛粉重量的0.2～1%，钛粉的粒径为45～75μm，所述的耐磨材料颗粒为Ti(C,N)颗粒、TiN颗粒、TiC颗粒或WC颗粒，颗粒的粒径为2～10μm；
（2）步骤S2中所述的造孔剂为碳酸氢铵颗粒或聚苯乙烯颗粒，粒径为10～100μm，造孔剂的添加量为混合粉末重量0.1～1%；
（3）步骤S3中所述的混合物在30～80MPa压力下压制成型，得到粉末压坯；
（4）步骤S4的具体操作步骤为：将得到的粉末压坯在加热炉内加热到200～400℃，保温0.5～2h，去除造孔剂，然后再将粉末压坯置于真空烧结炉内在1150～1300℃温度下，烧结2～4h。
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