钛及钛合金金属粉末注射成形技术的研究进展

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。     

降低成本 发展钛粉末注射成形产业

自从10多前年第一个钛粉末注射成形工业产品问世以来,注射成形钛基材料的应用一直在逐年增长,随着技术的进步和粉末成本的降低,其应用增长速度正在加快。(1)钛和粉末注射成形(PIM)先进材料是提高产品应用性能的关键,钛合金是其中最重要的一种。但其应用因成本太高而导致了对低成本工艺的研究,包括粉末冶金和PIM。金属PIM是在塑料注塑成形的基础上发展起来的,是一种有效的低成本生产工艺,适于小型(一般400g以下)而形状复杂零件的生产,基本工艺为粉末与粘结剂混合→注射成形→溶剂脱脂→热脱脂/预烧→烧结。粘结剂除去的方法有热…     

生物医用Ti6Al4V合金粉末注射成形工艺研究

钛及钛合金具有高比强度、低弹性模量、优良的耐蚀性和绝佳的生物相容性,但较差的加工性能大大限制了其应用范围。钛及钛合金金属粉末注射成形工艺克服了机加工、模压等传统加工工艺的缺点,结合传统粉末冶金和注塑成型的优势,实现了结构复杂的钛及钛合金产品低成本、大批量近净成形,提高了材料利用率。本文利用水溶性黏结剂和粉末粒度为16 μm和22 μm的商用球形Ti6Al4V合金粉制备了注射料和相应的试样,通过实验确定了气氛热脱黏结合真空烧结的最佳工艺,基于该工艺制备得到了两种注射料的烧结试样。结果表明:粉末粒度为16 μm注射料烧结件杂质含量未能满足外科植入用金属注射成形Ti6Al4V组件标准;粉末粒度为22 μm注射料烧结件物理化学性能如下,极限拉伸强度880 MPa,屈服强度830 MPa,延伸率13.2%,相对密度96.8%,氧质量分数为0.195%,氮质量分数为0.020%,碳质量分数为0.022%,该试样整体性能满足外科植入用金属注射成形Ti6Al4V组件标准。     

钛基新材料

钛的比强度离，耐蚀性好，因而在汽车、航天、化工与生物医学工业有很好地应用。可是由粉末注射成形工艺引入的合金杂质，使注射成形钛零件的应用严重受限。美国能源部太平洋西北国家实验室开发出一种新的钛粉末注射成形方法，克服了这些问题，使粉末注射成形易于制备钛、钨、铌及其他活性难熔材料制品。这一方法的关键是粘结剂，它能在烧结时完全除去，不留下任何杂质；另外，这一方法可控制零件的孔隙度，有利于设计自润滑零件与生物医学植入物等。     

钛及钛合金粉末制备与成形工艺研究进展

钛及钛合金因具有密度低、强度高、耐腐蚀、生物相容性好等特点被广泛应用于军事、航空、医疗等领域。传统铸锻钛合金生产工艺复杂，成本高，严重限制了钛合金的应用，粉末冶金技术制备钛合金降低了生产成本，有利于钛合金的推广应用。本文从钛及钛合金粉末的制备与成形工艺方面介绍了粉末冶金钛及钛合金的研究现状，并阐述了其发展趋势。     

生物医用二级纯钛注射成形研究

随着医疗产品市场对生物医用材料需求量的不断增加,比强度高、弹性模量低、耐腐蚀,生物相容性好的钛和钛合金受到人们越来越多的关注。相对于传统的机加工和模压加工工艺,金属粉末注射成形能够实现产品的低成本、大批量近净成形,有效的提高材料利用率,扩大了钛和钛合金的应用范围。本文利用水溶性注射料体系和商用球形钛粉制备了注射料,并进行了力学性能试样的制备,通过优化烧结工艺参数,制得烧结试样的物理力学性能如下:氧含量0.228%,氮含量0.015%,屈服强度443 MPa,极限拉伸强度554MPa,延伸率20.9%,相对密度96.9%。试样整体性能满足ASTM F2989-13外科植入用金属注射成形纯钛部件标准。     

生物医用纯钛的粉末注射成形研究

钛和钛合金由于具有诸如高比强度、低弹性模量、优异的耐腐蚀性以及生物相容性等一系列优良的综合性能,成为目前最有前景的生物医用材料,但是其较差的机加工性能限制了钛材料的应用,尤其是在形状复杂零件中的应用。金属粉末注射成形(MIM)可以实现复杂形状产品的近终成形,这种成形工艺能够大大扩展钛及钛合金的应用范围。利用水溶性注射料进行了力学性能测试试样的制备,通过优化工艺参数,最终获得了相对密度为95.7%的纯钛烧结件,其他主要理化性能如下:氧质量分数0.196%,氮质量分数0.007%,屈服强度403.12 MPa,极限抗拉强度491.33 MPa,伸长率21.4%,除相对密度外其他性能均满足ASTM F2989-13二级纯钛标准。     

世界海绵钛工业的现状及对我国未来发展的思考

介绍了目前世界海绵钛工业的现状,分析了传统的克劳尔法存在着生产工艺复杂、流程长、能耗高、效率低等特点。指出随着国内外钛及钛合金粉末制备技术的发展和成熟,粉末冶金作为钛及钛合金近净成形的手段之一,必将成为降低钛及钛合金成形件成本的重要方法。建议我国新建和扩建传统克劳尔法制取海绵钛项目应谨慎,要积极跟进金属钛提取新技术,加强钛及钛合金粉末成形工艺和成形设备的研究,使我国钛的提取技术和粉末冶金成形技术能够紧跟世界先进水平。     

钛合金的粉末注射成形和烧结

作为结构材料钛及钛合金以其比强度高、耐蚀性好等优异的性质而著称。由于其难以切削加工,适合采用近净成形的精密铸造和粉末冶金等方法来生产零部件。尤其是用粉末冶金方法生产,不但能够降低成本,而且还可利用热等静压生产出密度高、疲劳性能优异的飞机零部件。最近,采用更利于近净成形的粉末注射成形法,进行了手表、医疗、飞机等领域的钛及钛合金零部件的开发研究。 粉末注射成形法作为高密度、高强度且三维形状复杂的零部件的生产方法,在１０年间确立了其地位。目前用此方法已成功地开发出了机械性能与熔炼加工材相当的Ｔｉ及Ｔｉ…     

Nd-Fe-B永磁材料的粉末注射成形技术

介绍了目前采用的几种粉末注射成形用Nd-Fe-B磁粉的制备方法及特点;讨论了粘结剂、改性剂及磁场取向对注射成形Nd-Fe-B粘结剂磁体和烧结磁体最终磁性能的影响;指出了注射成形Nd-Fe-B磁体的现在以及潜在的应用市场。在此基础上,指出了今后开展研究工作的方向。     

粉末注射成形钛合金的脱脂和烧结性能

应用粉末注射成形技术制备出高精度、高性能的异形钛合金零器件。通过多粒度粉末搭配,采用聚甲醛为主组元的多组元粘结剂,制备出高装载量催化脱脂型钛合金喂料,再经真空烧结获得制品。研究了催化脱脂工艺的影响因素以及喂料配比对烧结性能的影响。结果表明:当大（D₅₀=25.28 μm）、中（D₅₀=16.75 μm）、小（D₅₀=12.66 μm）颗粒按质量比17:6:2搭配时,钛合金混合粉末相对振实密度较大,为55%。喂料较佳的催化脱脂工艺为:脱脂温度120 ℃,N₂通入速率120 cm3·min?1,HNO₃气体通入速率1.5 cm3·min?1,脱脂时间6 h,粘结剂脱除率85%。采用全流程控制杂质含量技术,粉末注射成形钛合金制品的烧结性能可以达到相对密度95.9%,拉伸强度933 MPa,抗弯强度1282 MPa,延伸率7.5%,其中C质量分数为0.10%,O质量分数为0.21%。     

Manufacturing of Injection-Molded NdFeB Magnet with (BH)max111 kJ · m-3

The bonded NdFeB magnets prepared by injection molding meet with the development tendency of the magnet in small volume, light weight and high performance ,and have a good prospect.In this paper, a modified nylonbased binder was developed for powder injection molding of NdFeB bonded magnets.The effects of pretreatment of NdFeB anisotropic magnetic powder produced with HDDR processing on the anti-oxidation behaviors of powder and the final magnetic properties of the molded bonded magnets were studied.The optimal powder loading of 65 vol% was achieved with the modified binder.It was found that the properties of the bonded magnets were mainly affected by the powder surface pretreatment and the intensity of the applied alignment magnetic field during injection molding for a certain powder.Bonded magnets with remanence of 0.820 T, intrinsic coercivity of 1140.3 kA· m-1 and maximum energy product of 111 kJ · m-3 were produced with the optimal processing.     

新型PEG基粘结剂的开发

研究了一种新型PEG基粘结剂,新型PEG基粘结剂由HDPE,PEC,聚合物W,SA,DOP等组成,各组元之间具有一定的相互作用,使粘结剂体系具有较好的部分相容性,新型PEG基粘结剂与Fe-2Ni粉具有较强的相互作用,混合均匀性好,且粉末装载量高,喂料注射成形性好,用新型PEG基粘结剂和Fe-2Ni粉所制备的喂料具有良好的流变性能,是一种假塑性流体,粘结剂各组元用量及粉末装载量影响喂料流变性能,新型PEG基粘结剂用乙醇溶剂脱脂,速度快、缺陷少、维形能力强,且可避免环境污染问题。     

金属注射成形蜡基粘结剂的改进

粘结剂体系在注射成形(MIM)工艺中起十分重要的作用,粘结剂体系的选择需要从相容性、流变性能、注射成形性及脱脂性能等许多方面加以考虑,作者研究了综合蜡基和油基粘结剂优点的改进型蜡基粘结剂体系,其组成为PP/PW/油/SA/改性剂,改进型蜡基粘结剂分阶段热解,各组元间有较强的相互作用,相容性较好,该粘结剂和金属粉末具有较好的混合均匀性,改性剂的加入提高了粉末装载量,喂料是一种假塑性流体,非牛顿指数n较大,粘流活化能ΔE_η较低,具有良好的注射填充性,改进型蜡基粘结剂既可热脱脂,又可溶剂脱脂。     

Modifying ability of titanium-based pelleted master alloys

The problem of enhancing the quality of pressed titanium master alloys is discussed to increase the rate and degree of dissolution of their components and to ensure the formation of a fine-grained structure in aluminum alloys. A technology of producing a pelleted titanium master alloy for effective correction of the chemical composition of an aluminum alloy in casting is developed and tested. Incoming inspection of the component composition and the flux distribution in the volume of pressed pellets of various manufacturers is performed. The rate of dissolution of pressed powder master alloys in the aluminum melt is studied, and their modifying ability is estimated after studying the microstructures of cast blanks. Molasses is used as a binder in a pelleted master alloy. As a result, we achieved a uniform flux distribution over the pellet volume and the formation of uniform pores after annealing as compared pelleted master alloys of other manufacturers. The fabricated alloying briquettes have higher strength characteristics and their dissolution rate in the aluminum melt is higher than those of analogs by 15–20%.     

金属粉末注射成形粘结剂的发展

概括了金属注射成形粘结剂的功能与发展过程，并对几种典型粘结剂及其脱除工艺进行了适用性与经济性分析。     

金属注射成形粘结剂的研究进展

本文阐述了金属注射成形粘结剂体系的设计，粘结剂脱除技术的发展过程和它们对烧结后产品力学性能的影响。改善粘结剂体系和研究合理的脱脂技术是金属注射成形技术成功的关键。