1前言

　　金屬鈦及其合金具有低密度、高強度、良好高溫強度、卓越的耐腐蝕性等性能,廣泛用于航空航天、汽車、生物工程(良好相容性)、手表、環保等領域。但是,鈦及其合金的機加工性能差,成為大量生產復雜形狀零件的障礙。因而用金屬注射成形(ＭＩＭ)新工藝生產鈦零件倍受注目。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的開拓。

　　2鈦粉

　　鈦粉生產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粉的振實密度小于ＧＡＴｉ粉,在制備注射料時,加入粘結劑量(體積分數)相應為43.1%和33.3%。采用的粘結劑為樹脂和蠟。粘結劑和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%粘結劑脫除。而后在10-2Ｐａ真空中燒結,加熱速度為5.56×10-2Ｋ/ｓ。在燒結溫度下保溫2ｈ。ＨＤＨ粉的注射成形坯經1198Ｋ燒結后相對密度為82.4%,經1348Ｋ燒結后迅速提高到94.5%。氣霧化Ｔｉ粉注射料中粉末裝載量大,注射成形坯于1198Ｋ下燒結后相對密度達92.4%,燒結溫度為1248Ｋ時為94.8%,燒結溫度為1348Ｋ時為95.8%。燒結溫度由1198Ｋ提高到1348Ｋ,由氣霧化鈦粉制取的燒結Ｔｉ抗張強度由550ＭＰａ增至為610ＭＰａ,僅提高60ＭＰａ,而ＨＤＨ鈦粉制取的燒結Ｔｉ則由420ＭＰａ增至630ＭＰａ,提高了210ＭＰａ。值得注意的是,在1298Ｋ燒結后,盡管由ＨＤＨＴｉ粉制取者的相對密度為92%,比由氣霧化鈦粉制取者(95%)低,但由ＨＤＨＴｉ粉制取者的抗張強度(630ＭＰａ)卻比由氣霧化鈦粉制取者(590ＭＰａ)高40ＭＰａ。它們的屈服強度變化規律與抗張強度相似。由氣霧化Ｔｉ粉制取者經1223Ｋ1298Ｋ燒結后的伸長率約為15%20%。但當燒結溫度高于1323Ｋ時,伸長率急劇下降至5%。由ＨＤＨＴｉ粉制取者的伸長率總地說比由氣霧化鈦粉制取者低,在1273到1298Ｋ下燒結后為6%7%。化學分析數據表明,由ＨＤＨＴｉ粉制取者燒結后的碳含量為0.06%0.07%,比由氣霧化Ｔｉ粉制取者的0.05%0.06%稍高一點,不會對力學性能有什么影響,但氧含量相應為0.45%0.46%和0.28%,這是影響力學性能的重要因素。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蠟作為粘結劑。在447Ｋ下與70%(體積分數)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%的粘結劑,而后在773Ｋ的真空中于Ａｒ氣流中脫除剩余的粘結劑,這可防止氧化和碳化。再在(12)×10-2Ｐａ真空中14231503Ｋ下高溫燒結1.5ｈ。結果表明,由組成比不同的粘結劑制取的ＭＩＭＴｉ,其氧與碳的含量不同。采用40%聚丙烯+60%蠟粘結劑時,經1443Ｋ燒結1.5ｈ得到的Ｔｉ的氧含量最低,為0.22%(Ｃ0.04%Ｎ0.0017%)。此時,伸長率為19%(σ為504ＭＰａ、σ0.2為360ＭＰａ)。燒結溫度提高到1463Ｋ時,氧含量降至0.20%,伸長率達到最高值(21.5%)。繼續提高燒結溫度至1503Ｋ,雖然密度提高到96.4%,但伸長率反而急劇下降至4%5%。其原因是氧含量增至0.3%,而且晶粒粗化。因此,14431463Ｋ是最佳燒結溫度。這時,ＭＩＭＴｉ的各項性能達到了ＴｙｐｅＪＩＳ3標準的性能(Ｏ≤0.3%、Ｎ≤0.007%、σ=451617ＭＰａ、σ0.2≥343ＭＰａ、δ≥18%)。

　　6ＭＩＭＴｉ-Ｍｏ合金

　　Ｔｉ-12Ｍｏ為β相穩定合金,具有極佳的耐腐蝕性和高強度。采用氣霧化Ｔｉ粉(粒度小于38μｍ)和鉬粉(平均粒徑0.6μｍ),在雙錐混料機中混合10ｈ。而后和13.4%(質量分數)的粘結劑混練造粒。粘結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%的粘結劑,而后在13931573Ｋ、(12)×10-1Ｐａ真空中燒結。隨燒結溫度的升高,密度直線性增加,在1573Ｋ下燒結時相對密度最高,達97%(鍛材密度為4.88ｇ/ｃｍ3)。這樣高的燒結溫度,雖能提高密度,但由于粘結劑脫除殘留的碳形成ＴｉＣ在晶界析出,而且晶粒長大,導致強度下降。力學性能測試表明,在14731493Ｋ燒結2ｈ(相對密度為94.1%)和14331473Ｋ間燒結5ｈ(密度為95.1%)時,抗張強度最高,達1000ＭＰａ,完全達到了熔煉鍛造的相同成分的β-Ｔｉ合金的水平。

　　7結論

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