发明公布-202410952032.5-一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法

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(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 118905223 A
(43)申请公布日 2024.11.08
(21)申请号 202410952032 .5
(22)申请日 2024 .07 .16
(71)申请人苏州市毅鑫新材料科技有限公司
地址 215500 江苏省苏州市常熟市辛庄镇
迎宾西路8号
(72)发明人杨菁菁崔怀霞
郑长远
康厚彬陈峥
(74)专利代理机构苏州新美苏专利代理事务所
(普通合伙) 32804
专利代理师井凯
(51)Int .Cl .
B22F 3/22 (2006 .01)
C22C 14/00 (2006 .01)
G16C 20/10 (2019 .01)
G16C 20/70 (2019 .01)
权利要求书1页
CN 118905223 A
(54)发明名称
一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射
成型方法
(57)摘要
本发明公开了一种降低钛合金制品间隙污
染的金属注射成型方法，
包括粉料配置和制作工
艺，通过构建多元回归模型确定粉料颗粒尺寸、
烧结温度、孔隙率和拉伸强度之间的关系，根据
所需要的钛合金制品拉伸强度和孔隙率需求反
推出粉料的颗粒尺寸和制作工艺中使用的烧结
温度，再将配置好的粉料通过制作工艺加工为钛
合金制品，所述多元回归模型体现为粉料尺寸增
加和烧结温度降低，孔隙率和孔径增加，导致拉
伸强度降低。
说明书4页
附图1页
CN 118905223 A
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1 .一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法，其特征在于：包括粉料配置和
制作工艺，通过构建多元回归模型确定粉料颗粒尺寸、
烧结温度、
孔隙率和拉伸强度之间的
关系，根据所需要的钛合金制品拉伸强度和孔隙率需求反推出粉料的颗粒尺寸和制作工艺
中使用的烧结温度，再将配置好的粉料通过制作工艺加工为钛合金制品，所述多元回归模
型体现为粉料尺寸增加和烧结温度降低，
孔隙率和孔径增加，导致拉伸强度降低；
孔隙率表示为Y1，
粉末尺寸表示为X1，烧结温度表示为X2，
拟合后依赖关系为：
Y1＝‑0 .0072×X1 ‑0 .0001×X2 +0 .0004×X1×X2+1 .031X1+0 .185X2‑50 .9(1)
公式表示孔隙率(Y1)和粉末尺寸(X1)和烧结温度(X2)之间的关系，其中‑0 .0072×X12表
示粉末尺寸的平方对孔隙率的影响，0 .00041×X1×X2表示粉末尺寸和烧结温度交互作用对
孔隙率的影响，
1 .031X1表示粉末尺寸对孔隙率的线性影响，0 .185X2表示烧结温度对孔隙率
的线性影响，
‑50 .9表示模型的截距；
拉伸强度表示为Y2，
拟合后依赖关系为：
2 .如权利要求1所述的一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法，其特征在
于：粉料包括通过氢化‑脱氢方法获得的不规则形状的Ti–6Al–4V粉末和聚甲醛粘接剂，所
述氢化‑脱氢过程包括海绵钛氢化、
对产生的脆性氢化物粉碎以及脱氢得到粉末。
3 .如权利要求2所述的一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法，其特征在
以P值来衡量若孔隙率或拉伸强度和变量之间没有关系，
观察到数据出现的可能性，
值表示和变量之间强关联性的充分性，所述方程式 (1) 和所述方程式 (2) 的P值均小于
0 .001。
4 .如权利要求3所述的一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法，其特征在
于：以R‑sq衡量回归模型的拟合程度，R‑sq高表明模型与数据拟合性好，所述方程式(1)的
R‑sq为97 .5％，所述方程式(2)的R‑sq为97 .79％。
5 .如权利要求1所述的一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法，其特征在
于：所述制作工艺包括粉料颗粒混合粉碎，注射成型，
脱脂，烧结以及后处理。
6 .如权利要求5所述的一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法，其特征在
于：所述制作工艺还包括根据所需的拉伸强度和多孔孔隙率需求，设定粉料的粉碎颗粒尺
寸和烧结的烧结温度。
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一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钛合金制品加工领域，
具体涉及一种降低钛合金制品间隙污染的金属
注射成型方法。
背景技术
[0002] 金属粉末注射成型工艺(MIM)是通过将金属粉末和粘结剂混合，
进行注塑成型和
脱脂工艺，然后进行高密度烧结工艺来完成的。金属粉末注射成型工艺已经广泛应用于医
疗、汽车和航空航天等不同行业的制造中，钛合金作为关键的工业金属材料，具有无磁性、
外观华丽、
耐化学性优异、
强度重量比优异、
生物相容性好等优点。MIM工艺已在便携式电子
产品、医疗保健、
船舶等领域广泛商业化，MIM产品与压铸、熔模、
砂型铸造和成型路线等其
他工艺生产的产品相比，具有较高的强度、高精度和复杂性，Ti‑6Al‑4V是常用的加工金属
粉料，但钛是高度活性的金属，几乎能与所有元素作用，在高温下它还能与气体化合物CO、
CO2、
水蒸气、NH4及许多挥发性有机物反应。在加热过程中，金属元素与钛表面反应的结果
使表面沾污并使得化学成分发生变化。一些气体元素不但会在钛表面形成化合物，而且还
能进入金属点阵，形成间隙固溶体，影响成品质量，其中多孔Ti‑6Al‑4V合金因为其独特的
耐腐蚀性能已被广泛应用于工业中，用作结构或功能材料。多孔钛合金可以降低钛合金的
密度，而微孔的存在可以促进其在生物医学器件中的应用。但是这种多孔钛合金在机械力
作用下容易坍塌或变形，导致机械强度降低，
结构完整性薄弱，难以制造。此外，在加工过程
中，孔隙可能被切削流体和碎片污染，
随着时间的推移导致材料降解。微孔的尺寸和分布在
实际应用中也难以调节，而且还需要制造出具有复杂几何形状和高精度的微孔金属零件更
具挑战性。
[0003] 现有的多孔钛合金多通过糖、
盐和聚合物等挥发物作为空间支架来加工，通过金
属注射成型(MIM)使用空间支架生产多孔Ti‑6Al‑4V的传统方法存在一些缺点，为了去除空
间支架，盐基材料通常采用溶解、
蒸发和升华的方法去除。然而，
溶解过程可能会很耗时，需
要高达72小时，并导致钛合金膨胀。另一方面，采用蒸发或升华等真空炉的方法可能会污染
真空室，导致空间保持架材料在真空泵中凝结，
钛合金间隙污染更加严重。
[0004] 综上，
对于多孔Ti‑6Al‑4V合金，其脱模时间长，烧结炉中易受间隙污染，孔隙率和
孔隙尺寸无法控制，力学性能差，工艺不稳定等，所以如何减少Ti‑6Al‑4V合金在MIM加工中
的间隙污染和提高制品力学性能是亟待解决的问题。
[0005] 本发明内容
[0006] 针对上述技术问题，
本发明提供了一种降低钛合金制品间隙污染的金属注射成型
方法，包括：包括粉料配置和制作工艺，通过构建多元回归模型确定粉料颗粒尺寸、烧结温
度、孔隙率和拉伸强度之间的关系，根据所需要的钛合金制品拉伸强度和孔隙率需求反推
出粉料的颗粒尺寸和制作工艺中使用的烧结温度，再将配置好的粉料通过制作工艺加工为
钛合金制品，所述多元回归模型体现为粉料尺寸增加和烧结温度降低，孔隙率和孔径增加，
导致拉伸强度降低；
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[0007]
孔隙率表示为Y1，
粉末尺寸表示为X1，烧结温度表示为X2，
拟合后依赖关系为：
[0008] Y ＝‑0 .0072×X ‑0 .0001×X +0 .0004×X ×X +1 .031X +0 .185X ‑50 .9(1)
[0009] 公式表示孔隙率(Y )和粉末尺寸(X )和烧结温度(X )之间的关系，
其中‑0 .0072×
X1 表示粉末尺寸的平方对孔隙率的影响，0 .00041×X1×X2表示粉末尺寸和烧结温度交互
作用对孔隙率的影响，
1 .031X1表示粉末尺寸对孔隙率的线性影响，0 .185X2表示烧结温度对
孔隙率的线性影响，
‑50 .9表示模型的截距；
[0010] 拉伸强度表示为Y ，
2 拟合后依赖关系为：
[0011]
[0012]
进一步地，粉料包括通过氢化‑脱氢方法获得的不规则形状的Ti–6Al–4V粉末和聚
甲醛粘接剂，所述氢化‑脱氢过程包括海绵钛氢化、
对产生的脆性氢化物粉碎以

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