钛或钛合金粉末注射成型加工方法——模具行业从业者必备知识手册
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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 114433845 A
(43)申请公布日 2022.05.06
(21)申请号 202210209395.0
(22)申请日 2022.03.03
(71)申请人 攀枝花学院
地址 617000 四川省攀枝花市东区机场路
10号
(72)发明人 黄平
(74)专利代理机构 成都希盛知识产权代理有限
公司 51226
专利代理师 李蓉
(51)Int.Cl.
B22F 3/22(2006.01)
B22F 3/10(2006.01)
B22F 1/10(2022.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图1页
(54)发明名称
钛或钛合金粉末注射成型加工方法
(57)摘要
本发明公开了一种钛或钛合金粉末注射成
型加工方法，包括步骤：S1，将钛或钛合金粉末与
粘结剂混合后形成注射料，对注射料进行造粒处
理，使注射料呈颗粒状；S2，通过注射成型机将颗
粒状的注射料加工形成坯件；S3，对坯件脱脂处
理，脱去粘结剂后得到粗品件；S4，将粗品件置于
烧结盒内，烧结盒上设置有与其内腔相连通的窗
口，窗口处安装有开关门，烧结盒内放置有海绵
钛，烧结盒为金属制品；关闭烧结盒的开关门后
将烧结盒置于烧结炉的烧结腔中，向烧结腔内通
高纯氩气，进一步脱脂和烧结粗品件后得到样
品。使样品具有良好性能，符合用作外科植入物
的参数要求，合格率高。还能实现一次性烧结多
个粗品件，降低了成本。
权 利 要 求 书
CN 114433845 A 1/2 页
1.钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于,包括步骤：
S1，将钛或钛合金粉末与粘结剂混合后形成注射料，对注射料进行造粒处理，使注射料
呈颗粒状；
S2，通过注射成型机将颗粒状的注射料加工形成坯件；
S3，对坯件脱脂处理，脱去粘结剂后得到粗品件(5)；
S4，将粗品件(5)置于烧结盒(2)内，烧结盒(2)上设置有与其内腔相连通的窗口，窗口
处安装有开关门(201)，烧结盒(2)内放置有海绵钛(3)，烧结盒(2)为金属制品；关闭烧结盒
(2)的开关门(201)后将烧结盒(2)置于烧结炉(1)的烧结腔(101)中，向烧结腔(101)内通高
纯氩气，进一步脱脂和烧结粗品件(5)后得到样品。
2.如权利要求1所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述步骤S4包
括步骤，向烧结腔(101)内通高纯氩气，流量10～15L/h，脱脂温度200～650℃，具体为200℃
脱脂40min、450℃脱脂130min、650℃脱脂60min，抽真空，650℃真空烧结10min，然后通入高
纯氩气至压力80Mpa，1100℃烧结100min，1200℃烧结90min，再随炉降温至800℃保温
40min，强制冷却至60℃保温60min。
3.如权利要求2所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述步骤S3包
括步骤，向脱脂设备的炉腔内通氮气，流量为60～90L/min，使炉腔内的空气被充分稀释干
净；通入催化剂浓硝酸，进硝酸量8.0g/min，使炉腔内温度为120～135℃，保温5.0～6.0h，
坯件中的粘接剂与浓硝酸发生化学反应以实现脱脂；脱脂后再通入氮气充分稀释反应后的
产物和硝酸，氮气温度150℃；有害气体经脱脂设备的烟道排出并燃烧，通过加热器对烟道
加热，烟道温度150℃，燃烧温度800℃。
4.如权利要求3所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述步骤S1包
括步骤：取钛金属粉末和粘结剂高分子材料，其中，钛金属粉末粒径为400目～500目，即
30um～38um，氧含量0.4wt％以下；粘接剂高分子材料为聚甲醛、聚乙烯和硬脂酸的混合物，
且按质量比聚甲醛∶聚乙烯∶硬脂酸＝(78～85)∶(8～15)∶(4～7.5)，将钛金属粉末和粘结
剂高分子材料按体积比(65～75)∶(25～35)，在手套箱中预混合，然后将混合物加入到预热
至180～200℃混炼温度的混料机的混料仓中混合，同时向混料仓中通入高纯氩气，混料完
成后形成注射料，对注射料进行造粒，使注射料颗粒状。
5.如权利要求4所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述步骤S2中
的注射速度150～190mm/s，压力145～155MPa，温度155～195℃；
保压控制：压力80～90MPa，速度25.00mm/s，冷却8～9s，注射延迟时间0.3～0.4s。
6.如权利要求1‑5中任意一项权利要求所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其
特征在于：还包括置于所述烧结盒(2)内的放置架(4)，所述放置架(4)具有用于放置粗品件
(5)的放置面；
所述放置架(4)为氧化铝陶瓷材料制品或氧化锆陶瓷材料制品。
7.如权利要求6所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述放置架
(4)包括放置板(401)，若干个所述放置板(401)从上至下两两相间隔布置，相邻两个所述放
置板(401)通过连接件(402)相连；
所述放置板(401)的上表面作为所述放置面。
8.如权利要求1所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述烧结盒
CN 114433845 A 2/2 页
(2)为不锈钢制品。
9.如权利要求6所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述烧结盒
(2)的内侧壁上设置有沿所述放置架(4)周向布置的支板(202)，所述海绵钛(3)置于支板
(202)上。
10.如权利要求6所述的钛或钛合金粉末注射成型加工方法，其特征在于：所述粗品件
(5)的外表面涂抹有氧化钇粉末，所述放置架(4)的放置面上涂抹有氧化钇粉末。
说 明 书
CN 114433845 A 1/6 页
[0001] 本发明属于金属粉末注射成型加工技术领域，具体涉及钛或钛合金粉末注射成型
加工方法。
[0002] 钛及其合金制品具有强度高、弹性模量低、耐腐蚀、生物相容性好等优点，其用作
生物医用材料，随着医疗产品市场的不断扩大受到越来越多的关注。
[0003] 将钛或钛合金粉末加工成产品，存在两种工艺方法：第一种为传统的压‑烧粉末冶
金工艺，生产出的产品具有力学性能不佳、表面质量差、形状简单等缺点。第二种为粉末注
射成型方法，采用注射方法，使物料充满模具型腔，能够生产出形状复杂且尺寸较小的产
品，保证了产品复杂结构的实现，特别是能够生产出薄壁产品。通过粉末注射成型方法生产
出的产品具有尺寸精度高、生产效率高、自动化等优点，特别适合大批量制造形状复杂、高
精度、高性能的小(微)型机械产品。
[0004] 按照粉末注射成型方法，将钛或钛合金粉末加工成用作外科植入物的产品，通常
包括步骤：造粒、注射成型、脱脂和烧结。实际操作时，将坯件直接放入烧结炉的烧结腔中脱
脂、烧结，烧结后的样品容易出现散架、裂纹等问题，具有合格率低、成本高等缺点。主要原
因在于，钛的反应活性较高，尤其当温度超1000℃时，极易和氧、氮、碳等元素发生反应，且
反应产物很难被还原，故最终样品性能受杂质元素的影响较大。
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种钛或钛合金粉末注射成型加工方法，使样
品具有良好性能。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钛或钛合金粉末注射成型加工方
法，包括步骤：
[0007] S1，将钛或钛合金粉末与粘结剂混合后形成注射料，对注射料进行造粒处理，使注
射料呈颗粒状；
[0008] S2，通过注射成型机将颗粒状的注射料加工形成坯件；
[0009] S3，对坯件脱脂处理，脱去粘结剂后得到粗品件；
[0010] S4，将粗品件置于烧结盒内，烧结盒上设置有与其内腔相连通的窗口，窗口处安装
有开关门，烧结盒内放置有海绵钛，烧结盒为金属制品；关闭烧结盒的开关门后将烧结盒置
于烧结炉的烧结腔中，向烧结腔内通高纯氩气，进一步脱脂和烧结粗品件后得到样品。
[0011] 进一步的，所述步骤S4包括步骤，向烧结腔内通高纯氩气，流量10～15L/h，脱脂温
度200～650℃，具体为200℃脱脂40min、450℃脱脂130min、650℃脱脂60min，抽真空，650℃
真空烧结10min，然后通入高纯氩气至压力80Mpa，1100℃烧结100min，1200℃烧结90min，再
随炉降温至800℃保温40min，强制冷却至60℃保温60min。
[001
各位师傅觉得这个方案怎么样？有更好的做法吗？