Metallspritzguss von Titan und Titanlegierungen

01 Einleitung

Titan und Titanlegierungen machen fast die Hälfte der Eisendichte aus. Sie haben eine geringe Dichte, eine gute Korrosionsbeständigkeit, eine hohe spezifische Festigkeit und eine zufriedenstellende Biokompatibilität. Sie werden häufig in der Luft- und Raumfahrt, in der chemischen Industrie, in der Biomedizin und in anderen Bereichen eingesetzt und bringen der menschlichen Gesellschaft enorme wirtschaftliche Vorteile, insbesondere beim Ersatz ungültiger Knochen wie Zahnersatz, Wurzeln und Prothesen durch menschliche Implantate. Titan und Titanlegierungen sind ein gutes Material, von dem die Menschheit profitieren kann.

Das schwierigste Problem in der Pulverlurgie besteht jedoch darin, das Auftreten von Oxidation von Titan und Titanlegierungen zu reduzieren oder zu vermeiden. Nach der Beobachtung des von Gibbs Free Energy gezeichneten Standard-Freie-Energie-Temperatur-Diagramms von Oxiden sind die Kosten für die Reduktion von oxidiertem Titan oder Titanlegierungen auf l enorm, was nicht im Einklang mit den wirtschaftlichen Vorteilen steht. Dies ist der Grund, warum Titan und Titan auch in Pulverform kombiniert werden. Der Nachteil des lurgischen Prozesses im Vergleich zu Materialien der Eisenfamilie verlor den Vorteil der Verarbeitungskosten. Es ist kein Wunder, dass die Vorteile von Titan und Titanlegierungen bei der traditionellen Massenverarbeitung viel höher sind als die der Pulverlurgie, was das erste ist, was Pulverlurgiepraktiker wissen sollten.

02 Punkte für Aufmerksamkeit

Um beim Pulverspritzgießen von Titan und Titanlegierungen erfolgreich zu sein, müssen folgende Methoden angewendet werden:

Wenn wir hoffen, den Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers zu kontrollieren, muss der Sauerstoffgehalt des Pulvers unter 3000 ppm, vorzugsweise unter 1000 ppm, kontrolliert werden, und nur wenn das Pulver mit niedrigem Sauerstoffgehalt gekauft wird, kann das gute Produkt hergestellt werden.

Bei der Entfettung ist auf die Möglichkeit der Reaktion mit Sauerstoff zu achten. Mischpulver und Bindemittel müssen in einer Schutzatmosphäre durchgeführt werden, das Spritzgießen muss die Verkürzung der Aufheiz- und Haltezeit minimieren, der Entfettungsprozess sollte durch reduzierendes Gas geschützt oder durch reduzierende Oxalsäureentfettung ersetzt und unmittelbar danach im Vakuum oder in einer Schutzatmosphäre gesintert werden Entfetten.

Das Design der gesinterten Lagerplatte und des Trägersystems verwendet eine Zirkonoxidplatte und eine kleine Schwammtitanopferanordnung, die durch Titan nicht leicht zu verhindern sind, um den Sauerstoffgehalt im Sintersystem zu reduzieren.

Die Zugabe von sauerstoffrauschenden Komponenten, wie Magnesium, in das Materialpulversystem kann zu Schwankungen in der Zusammensetzung von Titan und Titanlegierungen und zu einer schlechteren Festigkeit von Titan und Titanlegierungen nach dem Sintern führen.

2.1 Auswahl des Pulvers

Die Verwendung von Pulvern mit niedrigem Sauerstoffgehalt ist die bevorzugte Wahl für das Spritzgießen von Titan und Titanlegierungen, was bedeutet, dass die Pulver kugelförmige Pulver im Aerosolverfahren sind, die unter Druck durch Inertgas gekühlt werden. Die Pulver sind groß und rund mit niedrigem Sauerstoffgehalt. Derzeit sind die Hauptpulver Carpenter in den USA und Sandvik in Großbritannien. Die Partikelgröße von Pulvern ist für d50 = 10 ~ 12um geeignet, was zu klein ist. Pulver ist leicht zu oxidieren und der Prozess ist gefährlich; das Wasserzerstäubungsverfahren ist zu klein und rau, und die Partikelgröße des mechanischen Zerkleinerungsverfahrens ist zu groß, um für das Spritzgussverfahren geeignet zu sein; Eine andere Theorie unterstützt die Verwendung von Titanhydrid (HTi) -Pulver zur Entfernung von Wasserstoff und zum Zerkleinern von rundem Pulver mit hoher Energie, wie z. B. Plasmabehandlung. Obwohl die Kosten für die Beschaffung von Rohstoffen sehr niedrig sind, sind Patentstreitigkeiten und Investitionen in Kontrollgeräte recht hoch, was noch nicht universell ist.

2.2 Bindemittelformel

Titan und Titanlegierungen haben zwei Ausgangsmaterialsysteme. Es wird vorgeschlagen, dass die Formel besser ist als die im Bereich der Schrumpfung von 1,166 bis 1,220, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Diese Formulierungen sind bereits auf dem Markt.

Tabelle 1: Bindemittelformulierung von Titan und Titanlegierungen

OSF = Übermaßschrumpfungsfaktor

Aufgrund der Oxidation von Titan und Titanlegierungen wird vorgeschlagen, dass das Volumen von l im Formulierungsverhältnis 63% nicht überschreiten sollte, um die Möglichkeit einer Reibung zwischen Pulver beim Spritzgießen und Mischen des Ausgangsmaterials zu vermeiden. Sobald die Reibungstemperatur zu hoch ist, steigt die Möglichkeit der Oxidation.

2.3 Hinweise zur Rohstoffaufbereitung

Besondere Aufmerksamkeit sollte der Kontrolle der Reihenfolge der Ausgangsmaterialien und der Temperatur des gemischten Ausgangsmaterials gewidmet werden, wie in Tabelle 2 beschrieben. Das Mischverfahren der beiden Arten von Ausgangsmaterial wird vorgeschlagen. Es wird bemerkt, dass der Mischvorgang durchgeführt werden muss, um die Atmosphäre für die Sauerstoffentfernung zu schützen. Es wird auch darauf hingewiesen, dass alle makromolekularen Bindemittelpartikel oder -pulver getrocknet werden müssen, um sicherzustellen, dass keine Feuchtigkeit vorhanden ist. Wachs und Stearinsäure, die schwer zu trocknen sind, sind niedermolekulare Bindemittel. Es wird vorgeschlagen, dass Wasser durch Niedertemperaturvakuum entfernt wird.

Vorschläge zum Mischverfahren der Rohstoffe

03 Wichtiger Prozess

Sobald das Ausgangsmaterial bis zum Spritzgießen fertiggestellt ist, ist es der sicherste Zustand des gesamten Pulvers, der der Luft ausgesetzt werden kann, aber während des Erhitzens des Injektionsprozesses muss darauf geachtet werden, dass das Ausgangsmaterial nicht zu lange im Zylinder verbleibt. Sobald der Einspritzvorgang des Kunststoff-d-Ausgangsmaterials fehlschlägt und die Maschine eingestellt wird, ist es notwendig, die Temperatur der Düse und den maximalen Temperaturbereich in 10 Minuten einzustellen und die Temperatur abzuschalten, wenn sie nicht funktioniert, so dass die Vorschubtemperatur niedriger als 150 ℃ ist.

Knüppel aus Titan und Titanlegierungen unterscheiden sich nach dem Spritzgießen nicht von denen herkömmlicher L-Materialien und können an der Luft platziert werden. Mit Bindemittel beschichtetes Titan und Titanlegierungspulver können den Luftsauerstoff wirksam blockieren. Nach der Entfettung, ob Lösungsmittelentfettung oder reduktive Oxalsäureentfettung (stark oxidierte Salpetersäure-Entfettung wird nicht empfohlen), vor allem, um sicherzustellen, dass die Temperatur, die den Ofen verlässt, unter 50 ℃ liegen sollte. Celsius Um sicherzustellen, dass keine Oxidation auftritt, ist der entfettete braune Knüppel porös, sehr leicht mit Luftsauerstoff zu reagieren, bitte beachten Sie. Je kürzer die Zeit ist, in der der braune Knüppel nach außen gelegt wird, desto besser wird er so schnell wie möglich in das Sintersystem eintreten.

Das Design der gesinterten Trägerplatte und des Sinterkastens ist sehr wichtig. Da Titan und Titanlegierungen eine hohe Sauerstoffaffinität aufweisen, können sie sogar Sauerstoff in Aluminiumoxid (Al2O3) bei hohen Temperaturen einfangen. Daher wird Zirkonoxidplatte (ZrO2) für keramische Lagerplatte empfohlen, aber das Material der Carbonisierung oder Nitrierung sollte nicht gewählt werden. Titan und Titanlegierungen mögen auch Affinität zu Kohlenstoff- und Stickstoffelementen. In der Vergangenheit Sintererfahrung, Die Platzierung von Titanschwamm in der Sinterbox als Opferblock des Sauerstoffgreifens ist effektiv, verringert jedoch die Effizienz des Sinterofens. Es verbraucht gleichzeitig viel Titanschwamm, nimmt Platz ein und verbraucht Wärme, die negativ ist.

Die obigen Erfahrungen werden bei der Herstellung von Pulverspritzguss aus Titan und Titanlegierungen geteilt. Betreiber müssen vorsichtig sein. Der Zustand von reinem Titanpulver ist ein hohes Risiko. Diese Nichteisenmetalle (Dichte <4,5 g / cc) bergen alle das Risiko einer Staubexplosion, obwohl Titan und Titanlegierungen die am wenigsten aktiven Nichteisenmetalle sind.