專(zhuān)利名稱(chēng)：熔結(jié)法制造鈦部件的方法和用此種方法制造的裝飾品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)利用粉末工藝制造鈦部件的方法。值得注意的是，用這種方法可以將氫化鈦(TiH2)粉末熔結(jié)鈦部件，其孔積率小于約2%。本發(fā)明還涉及用這種方法制造裝飾品。
本發(fā)明方法特別適用于制造鈦制品半成品，進(jìn)而它制造裝飾品如表殼，手鐲鏈，表盤(pán)或者類(lèi)似物品，它們的表面經(jīng)磨光后呈現(xiàn)光澤。
近年來(lái)，粉末冶金工藝特別是金屬粉末注入技術(shù)有可能制造出形狀復(fù)雜的鈦部件，而在這以前只能用費(fèi)時(shí)費(fèi)力的鈦塊機(jī)械加工得到。
考慮到鈦粉末的自燃特性及其生成物加工處理時(shí)的精細(xì)條件，采用了單純和空氣接觸時(shí)不會(huì)引起自燃危險(xiǎn)的TiH2粉末，開(kāi)發(fā)出熔結(jié)制造鈦部件的方法。
對(duì)這種方法的描述，可見(jiàn)金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)(MPIF，美國(guó)新澤西州08540，普林斯頓，東部，學(xué)院路105號(hào))于1989年出版的，由KeiAmeyama等人所著題為“鈦粉末的注入成型”一書(shū)中第121-126頁(yè)。
按照這種方法，TiH2粉末先和一種粘合劑混合，粘合劑通常是一種聚合物的混合體、增塑劑和蠟。隨后將這樣得到的混合物注入模型中，以便得到所要求形狀的部件。這種成形部件先在空氣中加熱以除去其中的粘合劑，再放入充有氬氣或氮?dú)獾?，或者抽真空的爐子中，逐漸加熱到1100℃左右，使之熔結(jié)。
用這種方法得到的部件，其孔積率分析表明，在真空中或氬氣氛圍中熔結(jié)制成的部件的孔積率最低在3%左右。這是因?yàn)樵诩訜崴查g從氫化鈦中猛烈釋放出氫，造成大量的氣泡或微孔。
盡管這種孔積率是低的，但這種部位在磨光后仍會(huì)在表面出現(xiàn)微孔，它們使入射光產(chǎn)生溫散射，妨礙了入射線在部件上的完全反射，其結(jié)果是成為沒(méi)有光澤的或者呈現(xiàn)乳白色的外觀表面，使之不能作為藝術(shù)消費(fèi)品。
用這種方法制成的鈦部件，磨光后不能得到足夠光滑而亮澤的表面，因而不可用作裝飾部件，只能限于技術(shù)方面的應(yīng)用，這時(shí)有無(wú)漂亮外觀并不重要。
本項(xiàng)發(fā)明的目的是克服上述原有方法的缺點(diǎn)，提供一種鈦部件熔結(jié)制造方法，使熔結(jié)制成的鈦部件孔積率非常低，經(jīng)磨光后呈現(xiàn)漂亮的外觀，以滿足制造裝飾用鈦的要求。
提供一種熔結(jié)制造鈦部件的方法是本項(xiàng)發(fā)明的目的，該方法的特征包括(a)將氫化鈦粉末與一種中間粘合劑混合；(b)將得到的混合物注入模型，以制成具有所要形狀的部件；(c)除去粘合劑；(d)在氫氣氛圍中加熱部件直到所希望的熔結(jié)溫度；(e)一旦達(dá)到了熔結(jié)溫度，便用真空或者非反應(yīng)性氣體氛圍代替氫氣；(f)在非反應(yīng)性氣體氛圍中冷卻都件；
這樣制得的熔結(jié)鈦部件孔積率小于2%。
作這本發(fā)明的又一特征，它涉及仍以氫化鈦粉末為原料，并具有經(jīng)過(guò)上述步驟，制得磨光表面的裝飾性熔結(jié)鈦制品。
因此，這類(lèi)制品經(jīng)磨光后，要比熔結(jié)后的鈦部件或者按照現(xiàn)有方法加工得到的部件更有光澤，因而特別適用于制造裝飾品如表殼，手鐲鏈或者類(lèi)似物品。
現(xiàn)將本項(xiàng)發(fā)明詳細(xì)描述如下將平均粒度約幾個(gè)微米，典型者為10微米的高純度(99.5%)氫化鈦粉末(TiH2)，以傳統(tǒng)的方式和顆粒狀中間粘合劑混合成均勻混合物。
粘合劑最好是一種具有熱塑性的聚合物或者共聚物，也可以是蠟。制造混合物的溫度在120℃-180℃之間，取決于所用粘合劑的性質(zhì)。采用熱塑性共聚物時(shí)，典型溫度約170℃。
隨后將得到的糊狀混合物以傳統(tǒng)方式注入模型中，模型具有所要部件形狀如表殼，其尺寸應(yīng)考慮到部件在工藝后階段的收縮量，該收縮量的典型值約15%，注入優(yōu)選在140℃左右進(jìn)行。
成形部件中所含的粘合劑隨后被除去。有效除去的方式取決于粘合劑種類(lèi)。通常用加熱能有效除去粘合劑。為此將成形部件放入爐中，并逐漸升溫到200℃-300℃之間。加熱期間粘合劑逐漸因蒸發(fā)除去，這樣不影響部件形狀，加熱進(jìn)行6-9小時(shí)，以8小時(shí)為優(yōu)。同樣重要的是只有完全除凈粘合劑，才能防止部件不為粘合劑中的碳和/或氧所污染，否則會(huì)導(dǎo)致部件在加工過(guò)程中的機(jī)械性能和耐腐蝕性變差。
除去粘合劑最好在真空中或者在氫氣氛圍中進(jìn)行，一方面可避免除去過(guò)程中粘合劑的氧化，另一方面也是為了加速粘合劑除去過(guò)程且不影響部件形狀。
根據(jù)方法中的一種具體方案，特別是當(dāng)粘合劑是一種熱塑性聚合物時(shí)，可以采用合適的酸蒸氣分解以化學(xué)方式除去粘合劑。
在部件中粘合劑除凈之后，根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明中特別重要的特征，要求加熱爐中改充氫氣(如果粘合劑不是在氫氣氛圍中除去的話)，而且最好是以連續(xù)的流動(dòng)循環(huán)方式形成爐中的氫氣氛圍。部件溫度應(yīng)均勻地，逐漸地升高，直到所希望的熔結(jié)溫度，它在1000℃-1400℃之間，實(shí)際上最好為1200℃，以免太靠近可能會(huì)使部件變形的溫度。
這種加熱大約持續(xù)5-7小時(shí)。加熱期間。氫化鈦逐漸釋放出其中的氫。根據(jù)本發(fā)明方法，這時(shí)的要點(diǎn)是別使加熱太快，以免氫氣釋放太快，可能在部件內(nèi)部生成微孔，也即防止部件在表面磨光后改變光澤。加熱速率以每小時(shí)150℃-250℃為宜。
由于在氫氣氛圍中加熱部件，氫化鈦中氫的釋放是漸進(jìn)的，這在很大程度上減少了在部件中生成氣泡或微孔的可能性。而且，鑒于高溫下鈦的高反應(yīng)性，這樣可以排除鈦與氫以外其他成份發(fā)生反應(yīng)，從而可能影響部件純度的危險(xiǎn)，這是本發(fā)明的有利之點(diǎn)。
一旦達(dá)到熔結(jié)溫度，部件中氫大部分已經(jīng)釋放，爐中的氫氣氛圍再次用氬、氦之類(lèi)非反應(yīng)性氣體或者真空代替。以氬為最優(yōu)選。用非反應(yīng)性氣體代替氫氣的同時(shí)，應(yīng)將部件保持在熔結(jié)溫度。這階段歷時(shí)約5-80分鐘，以20分鐘左右為優(yōu)選。
隨后讓部件在非反應(yīng)性氣體氛圍中以每小時(shí)約300℃的速率冷卻到環(huán)境溫度。冷卻期間，部件緩慢地釋放出在除氫階段未能除去的殘余氫。
用上述方法得到的熔結(jié)鈦部件，其孔積率明顯地降低，在2%以下。
因此使這種部件的表面受到鏡面磨光，以便得到表殼、手鐲鏈、表盤(pán)之類(lèi)裝飾品，其表面極為光澤明亮。
下面的例子是依據(jù)本發(fā)明的目的，由熔結(jié)法制造鈦部件的方法的具體方案。
實(shí)例將一種包括32%(體積)的聚氧化乙烯(246克)和4%(體積)的聚丙烯(26克)共聚物的粘合劑放在容器內(nèi)，加熱到約170℃成為均勻物質(zhì)。隨后向其中加入純度為99.5%占64%(體積)的TiH2(1920克)使之和粘合劑混合成均勻糊狀物。
混合物隨后經(jīng)冷卻并制成細(xì)粒狀。然后將這細(xì)粒加到注模機(jī)中，再注入具有一定形狀例如表殼的模型中，其時(shí)溫度控制在140℃左右。
將成形部件放入爐子中，使之抽真空達(dá)到10-2毫巴，再均勻加熱到300℃左右，歷時(shí)8小時(shí)。
以150ml/分的速率用流動(dòng)方式向爐子中通入氫氣以代替真空，并使部件均勻地從300℃升溫到1200℃，歷時(shí)4小時(shí)，使部件熔結(jié)，一旦到了1200℃，就以150ml/分的流速通入氮?dú)庖匀〈鷼錃?，并維持在1200℃約20分鐘。
部件仍在氮?dú)夥諊芯鶆虻乩鋮s到環(huán)境溫度，冷卻速率為每小時(shí)300℃，于是得到熔結(jié)鈦部件，其孔積率是1.5%。
熔結(jié)部件最終經(jīng)過(guò)電解拋光，制成有雪亮光澤外觀的表殼。
上述例子可以有所改變，用一種聚縮醛作為粘合劑，隨后可在120℃用硝酸蒸氣分解除去該粘合劑。經(jīng)此改變后得到和上述例子同樣的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種熔結(jié)法制造鈦部件的方法，其特征包括(a)將氫化鈦粉末與一種中間粘合劑混合，(b)將混合物注入模型中以得到具有所要求形狀的部件；(c)除去粘合劑；(d)在氫氣氛圍中加熱部件直到所希望的熔結(jié)溫度；(e)一旦達(dá)到熔結(jié)溫度便用真空或者非反應(yīng)性氣體氛圍代替氫氣；(f)在非反應(yīng)性氣體氛圍中冷卻部件。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中步驟(d)加熱部件的溫度在1000℃-1400℃之間。
3.按權(quán)利要求2的方法，其中步驟(d)進(jìn)行4-8小時(shí)。
4.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中步驟(d)進(jìn)行期間，氫氣以連續(xù)流動(dòng)方式供給。
5.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中步驟(e)進(jìn)行期間，部件保持在所謂熔結(jié)溫度5-60分鐘。
6.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中步驟(e)和(f)進(jìn)行期間，非反應(yīng)性氣體氛圍用氬氣或氦氣。
7.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中(c)是用化學(xué)法或加熱法實(shí)現(xiàn)。
8.按權(quán)利要求7的方法，其中步驟(c)是在真空中和低于300℃實(shí)現(xiàn)。
9.按權(quán)利要求8的方法，其中步驟(c)進(jìn)行6-9小時(shí)。
10.按權(quán)利要求7的方法，其中粘合劑是一種熱塑性聚合物，步驟(c)還包括用酸蒸氣化學(xué)分解該聚合物。
11.按上述權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其中包括補(bǔ)充步驟(g)，使該部件受到鏡面磨光。
12.按權(quán)利要求11定義的方法，用氫化鈦粉末熔融結(jié)制成的且具有磨光表面的鈦裝飾品。
全文摘要
本發(fā)明涉及熔結(jié)制造鈦部件方法，其特征包括(a)將氫化鈦粉末與粘合劑混合；(b)將混合物注入模型中以得到具有所要求形狀的部件；(c)除去粘合劑；(d)在氫氣氛圍中加熱部件直到所希望的熔結(jié)溫度；(e)一旦達(dá)到熔結(jié)溫度，便用真空或者非反應(yīng)性氣體氛圍代替氫氣；(f)在非反應(yīng)性氣體氛圍中冷卻部件。
文檔編號(hào)A44C25/00GK1101596SQ9410919
公開(kāi)日1995年4月19日 申請(qǐng)日期1994年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月23日
發(fā)明者T·格拉登 申請(qǐng)人:阿蘇拉達(dá)股份有限公司