鈦粉末材料、鈦材以及氧固溶鈦粉末材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氧固溶鈦粉末材料的制備方法，其包括：在含氧的氣氛下160℃以上且低于600℃的溫度范圍內(nèi)加熱，使在鈦粉末粒子的表面形成鈦氧化皮膜的工序；以及在不含氧的氣氛下450℃以上且熔點(diǎn)以下的溫度范圍內(nèi)加熱具有鈦氧化皮膜的鈦粉末材料，分解形成于各鈦粉末粒子表面的鈦氧化皮膜、并使此時(shí)解離后的氧原子固溶于各鈦粉末粒子的基質(zhì)中的工序。
【專利說(shuō)明】
鈦粉末材料、鈦材以及氧固溶鈦粉末材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鈦粉末材料以及鈦材，特別涉及固溶了氧的高強(qiáng)度鈦粉末材料、 鈦材以及它們的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦是有著鋼的大約1/2的低比重的輕質(zhì)原材，具有耐腐蝕性和強(qiáng)度優(yōu)異的特征，因 此，被利用于對(duì)輕質(zhì)化有較高需求的飛機(jī)、鐵路車(chē)輛、二輪車(chē)、汽車(chē)等的部件、家電產(chǎn)品或建 筑用材料。另外，從優(yōu)秀的耐腐蝕性的觀點(diǎn)出發(fā)，也作為醫(yī)療用原材使用。
[0003] 但是，比較鋼鐵材料或鋁合金，由于鈦的材料成本較高，因此，其使用對(duì)象受到了 限制。特別是鈦合金雖然具有超出l〇〇〇MPa的較高的拉伸強(qiáng)度，但其存在沒(méi)有充分的延展性 (斷裂伸長(zhǎng)率）、以及缺少在常溫或低溫范圍內(nèi)的塑性加工性能的問(wèn)題。另一方面，純鈦在常 溫下具有超出25%的較高的斷裂伸長(zhǎng)率，并且在低溫范圍內(nèi)具有優(yōu)異的塑性加工性，但其 存在拉伸強(qiáng)度為較低的400~600MPa左右的問(wèn)題。
[0004] 由于對(duì)鈦的高強(qiáng)度和高延展性的兼容、以及材料成本的降低的要求十分強(qiáng)烈，因 此進(jìn)行了各種研究。特別是從低成本化的觀點(diǎn)出發(fā)，作為現(xiàn)有技術(shù)，研究了許多以氧這樣比 較廉價(jià)的元素而不是釩、鈧、鈮等高價(jià)的元素進(jìn)行的高強(qiáng)度化。
[0005] 例如，日本特開(kāi)2012-241241號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)提出了以下工序作為用于得到氧 固溶鈦材料的方法。
[0006] (a)準(zhǔn)備鈦粉末和Ti〇2粒子的工序。
[0007] (b)調(diào)整Ti02粒子的添加量，使其相對(duì)于混合粉末整體按照質(zhì)量基準(zhǔn)為0.5%~ 3.0%，并混合鈦粉末和Ti〇2粒子的工序。
[0008] (c)在從700°C到低于Ti02的熔點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)且在真空氣氛中，燒結(jié)上述混合 物，使Ti0 2粒子熱分解，使解離后的氧原子固溶于鈦中的工序。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2012-241241號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0013] 日本特開(kāi)2012-241241號(hào)公報(bào)公開(kāi)的方法、也就是使用Ti〇2粒子通過(guò)粉末冶金法 制作的鈦材與溶解制法材相比較，能夠維持較高的強(qiáng)度和較高的延展性。
[0014]但是，本申請(qǐng)的發(fā)明人進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了上述還存在需要改進(jìn) 的地方。由于Ti02粒子的粒徑較小，因此容易形成凝聚體。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)增加 Ti02粒子的添加 量時(shí)，形成Ti02粒子的凝聚體，Ti02的分解無(wú)法完全進(jìn)行，殘留的Ti0 2粒子將成為損壞的起 點(diǎn)，引起延展性的降低。
[0015]考慮到上述問(wèn)題，在利用Ti02粒子的粉末冶金法中，為了維持合理的延展性，存在 T i 〇2粒子的添加量的上限，換言之，存在氧固溶量的上限。
[0016] 本發(fā)明的目的在于提供一種維持合理的延展性并且能夠使大量的氧固溶于鈦粉 末材料中的氧固溶鈦粉末材料的制備方法。
[0017] 本發(fā)明的其他目的在于提供一種維持合理的延展性并且固溶有大量氧的鈦粉末 材料以及鈦材。
[0018] 解決技術(shù)問(wèn)題的手段
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的氧固溶鈦粉末材料的制備方法包括以下工序：
[0020] (a)在含氧的氣氛中加熱包含鈦粉末粒子的鈦粉末材料，使在上述鈦粉末粒子的 表面形成鈦氧化皮膜的工序；
[0021] (b)在不含氧的氣氛中加熱具有上述鈦氧化皮膜的鈦粉末材料，分解形成于各鈦 粉末粒子表面的鈦氧化皮膜、并使此時(shí)解離后的氧原子固溶于各鈦粉末粒子的基質(zhì)中的工 序。
[0022] 優(yōu)選以形成鈦氧化皮膜以及緊接著的鈦氧化皮膜的分解為一循環(huán)，通過(guò)進(jìn)行多次 循環(huán)，增加向各鈦粉末粒子的基質(zhì)中的氧固溶量。
[0023]用于形成鈦氧化皮膜的加熱溫度優(yōu)選為160°C以上且低于600°C，用于分解鈦氧化 皮膜的加熱優(yōu)選為450°C以上且熔點(diǎn)以下。
[0024]優(yōu)選通過(guò)將所述鈦粉末材料收容于回轉(zhuǎn)窯式加熱爐內(nèi)，進(jìn)行有利于鈦氧化皮膜的 形成以及鈦氧化皮膜的分解的熱處理。
[0025] 根據(jù)任一上述揭示的方法制備的氧固溶鈦粉末材料具有以下特征。即，各鈦粉末 粒子在其表面具有在大氣中自然形成的氧化膜，向各鈦粉末粒子的基質(zhì)中固溶的氧量比自 然形成的氧化膜中的氧量多。
[0026] 優(yōu)選各鈦粉末粒子的含氧量按照質(zhì)量基準(zhǔn)為0.4%~4.7%，進(jìn)一步優(yōu)選為1.15% ~1.9%〇
[0027] 在一實(shí)施方式中，構(gòu)成鈦粉末材料的鈦粉末粒子由純鈦構(gòu)成，鈦粉末粒子的基質(zhì) 的顯微維氏硬度的平均值為200~600。
[0028] 使用根據(jù)任一上述揭示的氧固溶鈦粉末材料成形為規(guī)定的形狀的鈦材也是本發(fā) 明的對(duì)象。在一實(shí)施方式中，該鈦材為純Ti粉末擠出材料，相對(duì)于擠出材料整體的含氧量為 1.2質(zhì)量％以上，斷裂伸長(zhǎng)率為18%以上。
[0029] 作為使鈦粉末材料固化并形成鈦材的方法，例如有壓粉成形?燒結(jié)、熱擠壓加工、 熱乳加工、熱噴涂、金屬注射成形、粉末層疊造形等。
[0030] 通過(guò)下述的內(nèi)容說(shuō)明上述的特征的構(gòu)成的作用效果或技術(shù)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是示意地表示本發(fā)明特征的圖。
[0032]圖2是表示對(duì)純鈦原料粉末進(jìn)行氧化熱處理和固溶化熱處理時(shí)的Ti的衍射峰的變 化的圖。
[0033]圖3是表示對(duì)純Ti原料粉末進(jìn)行氧化熱處理和固溶化熱處理時(shí)的Ti02的衍射峰的 變化的圖。
[0034]圖4是表示通過(guò)進(jìn)行多次氧化熱處理和固溶化熱處理的循環(huán)所導(dǎo)致的含氧量的變 化的圖。
[0035]圖5是表示對(duì)純鈦原料粉末進(jìn)行氧化熱處理和固溶化熱處理時(shí)的顯微維氏硬度的 變化的圖。
[0036]圖6是表示含氧量和拉伸強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
[0037]圖7是表示含氧量和耐力的關(guān)系的圖。
[0038]圖8是表示對(duì)純Ti粉末擠出材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)后的斷裂面的掃描型電子顯微鏡照 片。
[0039] 圖9是表示Ti粉末之間的一部分熔融形成塊狀的情況的照片。
[0040] 圖10是表示試樣溫度與發(fā)熱量、重量增加率之間的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 圖1是示意地表示本發(fā)明特征的圖。首先，使用該圖1說(shuō)明本發(fā)明的概要，之后說(shuō)明 更詳細(xì)的數(shù)據(jù)等。
[0042][準(zhǔn)備鈦粉末材料]
[0043]準(zhǔn)備包含大量的鈦粉末粒子的鈦粉末材料。在這里，"鈦粉末粒子"可以是純鈦粉 末粒子或鈦合金粉末粒子中的任意一者。各鈦粉末粒子在其表面具有在大氣中自然形成的 氧化膜（自然氧化膜），但由于是非常薄的膜，因此在圖1中未圖示自然氧化膜。自然氧化膜 的厚度為0.1~1WI1左右。
[0044][形成鈦氧化皮膜]
[0045] 在含氧的氣氛中加熱準(zhǔn)備的鈦粉末材料，在各鈦粉末粒子的表面形成鈦氧化皮 膜。促進(jìn)鈦氧化皮膜形成的熱處理優(yōu)選將鈦粉末材料收容于回轉(zhuǎn)窯式加熱爐內(nèi)進(jìn)行。加熱 條件例如為下述。
[0046] 加熱氣氛：lOvol ? %〇2-90vol ? %Ar的混合氣體 [0047] 混合氣體流量：lL/mmin.
[0048] 加熱溫度：200°C
[0049] 保持時(shí)間：30min.
[0050] 轉(zhuǎn)速：20rpm.
[0051]通過(guò)上述氧化熱處理，在各鈦粉末粒子的表面形成鈦氧化皮膜。使用回轉(zhuǎn)窯式加 熱爐是為了通過(guò)對(duì)鈦粉末材料施加旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)而防止在氧化熱處理時(shí)鈦粉末粒子之間預(yù) 燒結(jié)而成為塊狀。另外，含有氬氣是為了防止由于氧過(guò)多造成的鈦粉末材料的異常發(fā)熱。 [0052][固溶化熱處理]
[0053]在不含氧的氣氛中加熱表面具有鈦氧化皮膜的鈦粉末材料，將形成于各鈦粉末粒 子表面的鈦氧化皮膜分解，使在這時(shí)解離的氧原子固溶于各鈦粉末粒子的基質(zhì)中。促進(jìn)鈦 氧化皮膜的分解的熱處理優(yōu)選將鈦粉末材料收容于回轉(zhuǎn)窯式加熱爐內(nèi)進(jìn)行。也可以使用相 同的回轉(zhuǎn)窯式加熱爐進(jìn)行上述氧化熱處理和固溶化熱處理。加熱條件例如為下述。
[0054] 加熱氣氛：100vol. %Ar氣
[0055] 氣體流量：1 L/m i n ?
[0056] 加熱溫度:600°C
[0057] 保持時(shí)間：30min?或60min.
[0058]轉(zhuǎn)速：20rpm.
[0059]通過(guò)上述固溶化熱處理，通過(guò)鈦氧化皮膜的分解生成的氧原子向各鈦粉末粒子的 基質(zhì)中均等地?cái)U(kuò)散并固溶。由此，能夠得到作為目的的氧固溶鈦粉末材料。
[0060]將如上述地得到的氧固溶鈦粉末材料放置于大氣中，在各鈦粉末粒子的表面形成 自然氧化膜。相對(duì)于各鈦粉末粒子整體，自然氧化膜中的氧量最多為0.2質(zhì)量％左右。若通 過(guò)本發(fā)明的方法進(jìn)行氧化熱處理和固溶化熱處理，則固溶于各鈦粉末粒子的基質(zhì)中的氧量 高于自然氧化膜中的氧量。
[0061 ][氧化熱處理-固溶化熱處理的反復(fù)]
[0062]即使增加氧化熱處理的時(shí)間，氧固溶量也不會(huì)增加。其理由在于，形成于鈦粉末粒 子表面的鈦氧化皮膜形成保護(hù)層，因此不會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的氧化反應(yīng)。為了使固溶于鈦粉末 粒子的基質(zhì)中的氧的量增加，不是增加氧化熱處理的時(shí)間，而是優(yōu)選以用于形成鈦氧化皮 膜的氧化熱處理以及用于接下來(lái)的分解鈦氧化皮膜的固溶化熱處理為一個(gè)循環(huán)并進(jìn)行多 次循環(huán)。
[0063][通過(guò)衍射峰進(jìn)行驗(yàn)證]
[0064]圖2是表示對(duì)純鈦原料粉末進(jìn)行氧化熱處理和固溶化熱處理時(shí)的Ti的衍射峰的變 化的圖。通過(guò)圖2可以明確得知，當(dāng)對(duì)純鈦原料粉末進(jìn)行氧化熱處理時(shí)，Ti的衍射峰向低角 度側(cè)移動(dòng)，當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行固溶化熱處理時(shí)，Ti的衍射峰明顯地向低角度側(cè)移動(dòng)。這些峰值的 移動(dòng)表示了氧原子固溶于Ti的基體(基質(zhì)）中。在進(jìn)行氧化熱處理時(shí)，大量的氧原子為形成 鈦氧化皮膜起到作用，少量的氧原子在Ti的基體中固溶?？梢园l(fā)現(xiàn)在進(jìn)行固溶化熱處理時(shí)， 鈦氧化皮膜分解，大量的氧原子在Ti的基體中固溶。
[0065]圖3是表示對(duì)純Ti原料粉末進(jìn)行氧化熱處理和固溶化熱處理時(shí)的Ti02的衍射峰的 變化的圖。在純鈦原料粉末中檢測(cè)出少量的Ti02衍射峰。這是由于純鈦原料粉末具有在大 氣中自然形成的氧化膜（自然氧化膜）。在進(jìn)行氧化熱處理時(shí)，由于在粉末粒子表面形成鈦 氧化皮膜，因此，Ti0 2的峰值強(qiáng)度變高。在進(jìn)行固溶化熱處理時(shí)，能夠確認(rèn)通過(guò)鈦氧化皮膜 的熱分解、氧原子固溶于Ti的基體，由此，Ti0 2的峰消失。
[0066][增加向鈦粉末粒子的基質(zhì)中的氧原子固溶量的方法]
[0067]以下述條件的氧化熱處理和固溶化熱處理為1個(gè)循環(huán)，反復(fù)4次該循環(huán)并測(cè)定純鈦 粉末中的氧量和氮量。使用的純鈦粉末的平均粒徑為28wii，純度超過(guò)95 %。
[0068] 氧化熱處理
[0069] 加熱氣氛:10%02+90%Ar混合氣體(流量：lL/min.)
[0070] 加熱溫度：200°C [0071 ]保持時(shí)間：30min.
[0072] 轉(zhuǎn)速：20rpm.
[0073] 固溶化熱處理
[0074] 加熱氣氛：100%Ar氣體(流量：lL/min.)
[0075] 加熱溫度：600°C
[0076] 保持時(shí)間：30min.
[0077] 轉(zhuǎn)速：20rpm.
[0078]測(cè)定結(jié)果如表1和圖4所示。反復(fù)次數(shù)為0的一欄表示熱處理前的純鈦粉末的氧量 和氮量。氧主要是被包含在自然氧化膜中的氧。
[0079][表1]
Toosn如表1和圖4所示，含氧量與上述循環(huán)的反復(fù)次數(shù)基本大致成比例地直線增加，另_ 一方面，氮量則不發(fā)生變化地保持穩(wěn)定。通過(guò)反復(fù)4次上述的循環(huán)，鈦粉末粒子的含氧量增 加至接近4.7%。
[0082][測(cè)定顯微維氏硬度]
[0083]對(duì)純鈦原料粉末進(jìn)行氧化熱處理，并進(jìn)一步進(jìn)行固溶化熱處理，再測(cè)定其顯微維 氏硬度(Hv)發(fā)生了怎樣的變化。用于測(cè)定的試樣是實(shí)施了 1次氧化熱處理和固溶化熱處理 循環(huán)的試樣，固溶化熱處理后的含氧量為1.18質(zhì)量％。
[0084] 測(cè)定結(jié)果由表2和圖5表示。測(cè)定數(shù)n為30。
[0085] [表2]
[0087] ※含氧量：1.18mass%
[0088] 通過(guò)表2和圖5的測(cè)定結(jié)果能夠明確地得知，當(dāng)對(duì)純Ti粉末進(jìn)行氧化熱處理和固溶 化熱處理時(shí)，顯微維氏硬度會(huì)急速增高。通過(guò)氧化熱處理，在粉末表面形成Ti0 2皮膜，但由 于一部分的氧固溶于基體中，因此可以發(fā)現(xiàn)硬度上升37Hv左右。之后，通過(guò)固溶化熱處理， Ti02皮膜分解，解離后的氧原子侵入固溶于Ti的基體中，由此，增加了大約130Hv的硬度。像 這樣，通過(guò)組合氧化熱處理+固溶化熱處理，進(jìn)行大量氧原子的固溶，其結(jié)果，鈦粉末的基體 硬度明顯地上升。
[0089] 另外，通過(guò)增加氧化?固溶化熱處理的循環(huán)的次數(shù)，增加 Ti粉末中的含氧量。例 如，在同一熱處理?xiàng)l件下的循環(huán)數(shù)N=2的情況下，可以確認(rèn)固溶化處理后的純Ti粉末(含氧 量:2.25質(zhì)量％ )的基體硬度的平均值為498Hv，明顯地增加。同樣地，N = 3時(shí)的基體硬度的 平均值為643Hv。但是，在壓縮成形基體硬度超過(guò)600Hv這樣的極硬的Ti粉末時(shí)，需要施加較 高的壓力，同時(shí)由于粉末變脆，因此會(huì)在粉末成形體的內(nèi)部產(chǎn)生龜裂，無(wú)法得到堅(jiān)實(shí)的成形 體。
[0090] 由此，本發(fā)明的實(shí)施了氧化?固溶化熱處理的純Ti粉末的硬度為200~600HV。
[0091] [實(shí)施例1]
[0092] 以純Ti粉末(平均粒徑:28mi、純度>95%)為起始原材，以下述的氧化熱處理和固 溶化熱處理為1個(gè)循環(huán)，最多反復(fù)4次地制備氧固溶體粉末。
[0093] 氧化熱處理
[0094] 氣氛：10%02+90%Ar混合氣體
[0095]溫度：200°C [0096] 保持時(shí)間：15分鐘
[0097] 轉(zhuǎn)速：20rpm.
[0098] 固溶化熱處理
[0099] 氣氛：100%Ar 氣體
[0100] 溫度：600°C
[0101] 保持時(shí)間：30分鐘
[0102] 轉(zhuǎn)速：20rpm.
[0103] 在向模具內(nèi)填充各Ti粉末后，施加壓力600MPa制備圓柱狀粉末成形體。接著，實(shí)施 真空燒結(jié)(800°C x lhr，真空度:6Pa)而得到燒結(jié)體(直徑042mm，全長(zhǎng)30mm)。將該燒結(jié)體 在氬氣氣氛中預(yù)備加熱（l〇〇〇°C X 5min.)，并立刻實(shí)施熱擠壓加工，制備固溶了氧原子的棒 狀擠壓原材(直徑07mm)。
[0104] 作為比較材料，在向與上述相同的純Ti粉末添加最多為2.5質(zhì)量％的1102粒子(平 均粒徑:4m)并混合，之后，對(duì)各混合粉末(Ti+Ti0 2)分別以與上述相同的條件實(shí)施成型、真 空燒結(jié)、熱擠壓加工，由此制備固溶了氧原子的棒狀擠壓原材(直徑07mra)。
[0105] 分析各擠壓原材的氧量，并且在常溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定拉伸強(qiáng)度、耐力、斷裂 伸長(zhǎng)率，調(diào)查對(duì)含氧量的依賴性。測(cè)定結(jié)果如表3所示。另外，以圖6表示拉伸強(qiáng)度的對(duì)比，圖 7表示耐力的對(duì)比。
[0106] [表 3]
[0107] (a)通過(guò)直接進(jìn)行氧化固溶化熱處理的純Ti粉末擠出材料
[0109] (b)通過(guò)添加 T i〇2粒子的純T i粉末擠出材料
[0111] 根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法(直接進(jìn)行氧化固溶化熱處理），在含氧量增加的同時(shí)，拉 伸強(qiáng)度(UTS)和耐力(YS)也都幾乎直線地增加，另一方面，雖然斷裂伸長(zhǎng)率(e)慢慢地降低， 但在含氧量為1.66質(zhì)量％時(shí)仍顯不出18.1 %這樣的充分良好的延展性。另外，在表3中，含 氧量為0.21質(zhì)量％的試樣是包含未固溶氧的純Ti粉末粒子的擠出材料，表示形成在各粒子 表面的自然氧化膜中的氧量為0.21質(zhì)量％左右。實(shí)施了直接氧化固溶化熱處理的試樣的含 氧量為0.42%以上。
[0112] 根據(jù)通過(guò)添加 Ti02粒子的氧固溶法，在含氧量增加的同時(shí)，拉伸強(qiáng)度(UTS)和耐力 (YS)也同時(shí)增加，其數(shù)值與通過(guò)本發(fā)明的制備方法(直接進(jìn)行氧化固溶化熱處理)得到的氧 固溶純Ti粉末擠出材料基本相等。但是，當(dāng)含氧量超過(guò)1質(zhì)量％時(shí)，其斷裂伸長(zhǎng)率(e)急劇降 低，當(dāng)含氧量為1.23質(zhì)量％時(shí)￡=4.2%，能夠確認(rèn)其延伸性明顯降低。
[0113]這里，對(duì)于直接進(jìn)行氧化固溶化熱處理得到的Ti粉末擠出材料中的含氧量為1.24 質(zhì)量％的材料、以及通過(guò)添加 Ti 02粒子得到的純T i粉末擠出材料中的含氧量為1.23質(zhì)量％ 的材料的拉伸試驗(yàn)后的斷裂面，通過(guò)掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察其損壞起點(diǎn)。顯微鏡照片 如圖8所示。
[0114] 如圖8所示，兩者基本含有相等量的氧，但其斷裂面大不相同。在直接進(jìn)行氧化固 溶化熱處理的材料中，能夠確認(rèn)微細(xì)的微凹，呈現(xiàn)出均等的延展性斷裂面。另一方面，在通 過(guò)添加 Ti〇2粒子制備的材料中，能夠在損壞的起點(diǎn)部分確認(rèn)到未反應(yīng)的Ti〇2粒子。也就是 說(shuō)，在Ti+Ti02混合粉末的狀態(tài)下，Ti0 2粒子凝聚，因此，未反應(yīng)的Ti02粒子成為損壞的起點(diǎn)， 其結(jié)果，導(dǎo)致斷裂伸長(zhǎng)率的明顯降低。
[0115] [實(shí)施例2]
[0116] 調(diào)查了在氧化熱處理時(shí)的加熱溫度的影響。使用與現(xiàn)有相同的Ti粉末，在向回轉(zhuǎn) 窯式熱處理爐內(nèi)流入氧+氬的混合氣體（l〇%〇2+90%Ar/流量：lL/min.)的狀態(tài)下、使加熱 溫度在100~700°C變化地加熱50gTi粉末，制備Ti粉末。另外，在氧化熱處理中的各溫度下 的保持時(shí)間均為lhr，轉(zhuǎn)速為20rpm.。
[0117] 對(duì)得到的各Ti粉末的含氧量和外觀(有無(wú)塊狀、結(jié)塊)進(jìn)行調(diào)查。
[0118] 其結(jié)果如表4所示。
[0119] [表 4]
[0121] 如圖4所示，當(dāng)熱處理溫度為160°C以上時(shí)，包含于Ti粉末的氧量一定，能夠進(jìn)行穩(wěn) 定的氧化處理。另一方面，在600°C時(shí)，如圖9的照片所示，發(fā)生由與氧化時(shí)的發(fā)熱的協(xié)同所 致的過(guò)度升溫，Ti粉末之間的一部分熔融并形成塊狀，無(wú)法得到作為目的的Ti粉末。在650 °C^P700°C的情況下也確認(rèn)有類似的部分熔融的現(xiàn)象。
[0122] 通過(guò)上述結(jié)果，適合Ti粉末的氧化熱處理的溫度范圍為160°C以上，另外，為了抑 制Ti粉末之間的部分熔融，在低于600°C下的氧化熱處理較為有效。
[0123] 另外，使用差示熱量重量分析(DTA)裝置調(diào)查在流入空氣的狀態(tài)下的Ti粉末的重 量變化和發(fā)熱行為的結(jié)果如圖10所示，重量從600°C附近開(kāi)始急劇增加。這是由于和氧發(fā)生 反應(yīng)(氧化)產(chǎn)生的現(xiàn)象，另外，通過(guò)伴隨氧化反應(yīng)的發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)熱量也同樣地從600°C附 近開(kāi)始急劇增加。根據(jù)上述差示熱量分析結(jié)果，為了促進(jìn)穩(wěn)定的氧化反應(yīng)，需要在低于600 °C下的熱處理，當(dāng)超過(guò)該溫度時(shí)，由于部分熔融現(xiàn)象產(chǎn)生Ti粉末的結(jié)塊，將無(wú)法得到作為目 的的氧固溶Ti粉末。
[0124] [實(shí)施例3]
[0125] 調(diào)查了固溶化熱處理時(shí)的加熱溫度的影響。與上述相同地對(duì)純Ti粉末進(jìn)行下述條 件的氧化熱處理。
[0126] 加熱氣氛：10%02+90%Ar混合氣體(流量：lL/min.)
[0127] 加熱溫度:200°C
[0128] 保持時(shí)間：30min.
[0129] 轉(zhuǎn)速:20rpm.
[0130] 然后，作為固溶化熱處理，使用回轉(zhuǎn)窯式加熱爐，在氬氣氣氛下且使加熱溫度在 300~800°C的范圍內(nèi)變化，制備Ti粉末。另外，使固溶化熱處理中的各溫度下的保持時(shí)間均 為lhr、氬氣流量為lL/min、轉(zhuǎn)速為20prm。
[0131] 另外，在固溶化熱處理中，設(shè)定向加熱爐內(nèi)投入1次的Ti粉末重量為30g和150g這 兩個(gè)條件，調(diào)查了有關(guān)熱處理時(shí)的投入量的影響。
[0132] 對(duì)得到的Ti粉末進(jìn)行XRD衍射，調(diào)查了有無(wú) Ti02峰以及Ti峰位置的變化（向低角度 側(cè)的移動(dòng)）。其結(jié)果如表5所示。
[0133] [表 5]
[0134] Ti粉末的投入量:30g
[0136] Ti粉末的投入量：150g
[0138] 如表5所示，為了使通過(guò)氧化熱處理形成的氧化皮膜Ti02熱解并且使氧原子固溶 于Ti基體中，需要450°C以上的熱處理。特別是在熱處理時(shí)增加 Ti粉末的投入量的情況下， 為了使氧原子穩(wěn)定均等且完全固溶，優(yōu)選550°C以上的較高溫。
[0139] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0140] 本發(fā)明能夠被有效地利用在獲得維持適當(dāng)?shù)难诱剐郧夜倘苡写罅康难醯母邚?qiáng)度 鈦粉末材料以及鈦材。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氧固溶鈦粉末材料的制備方法，其包括： 在含氧的氣氛中加熱包含鈦粉末粒子的鈦粉末材料，使在所述粉末粒子的表面形成鈦 氧化皮膜的工序； 在不含氧的氣氛中加熱所述具有鈦氧化皮膜的所述鈦粉末材料，分解形成于所述各鈦 粉末粒子表面的鈦氧化皮膜、使此時(shí)解離后的氧原子固溶于所述各鈦粉末粒子的基質(zhì)中的 工序。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧固溶鈦粉末材料的制備方法，其中， 以形成所述鈦氧化皮膜以及緊接著的所述鈦氧化皮膜的分解為一循環(huán)，通過(guò)進(jìn)行多次 循環(huán)，增加向所述各鈦粉末粒子的基質(zhì)中的氧固溶量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氧固溶鈦粉末材料的制備方法，其中， 用于形成所述鈦氧化皮膜的加熱溫度為160°C以上且低于600°C，用于分解所述鈦氧化 皮膜的加熱溫度為450°C以上且熔點(diǎn)以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的氧固溶鈦粉末材料的制備方法，其中， 通過(guò)將所述鈦粉末材料收容于回轉(zhuǎn)窯式加熱爐內(nèi)，進(jìn)行有利于所述鈦氧化皮膜的形成 以及所述鈦氧化皮膜的分解的熱處理。5. -種氧固溶鈦粉末材料，其特征在于，所述氧固溶鈦粉末材料是根據(jù)權(quán)利要求1~4 中任一項(xiàng)所述的方法制備的氧固溶鈦粉末材料， 所述各鈦粉末粒子在表面具有在大氣中自然形成的氧化膜，向所述各鈦粉末粒子的基 質(zhì)中固溶的氧量比所述自然形成的氧化膜中的氧量多。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧固溶鈦粉末材料，其中， 所述各鈦粉末粒子的含氧量按照質(zhì)量基準(zhǔn)為〇. 4%~4.7 %。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧固溶鈦粉末材料，其中， 所述各鈦粉末粒子的含氧量按照質(zhì)量基準(zhǔn)為1.15%~1.9%。8. 根據(jù)權(quán)利要求5~7中任一項(xiàng)所述的氧固溶鈦粉末材料，其中， 所述鈦粉末粒子由純鈦構(gòu)成，所述鈦粉末粒子的基質(zhì)的顯微維氏硬度的平均值為200 ~600〇9. 一種鈦材，使用權(quán)利要求5~8中任一項(xiàng)所述的氧固溶鈦粉末材料成形為規(guī)定的形 狀。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈦材，其中， 所述鈦材為純Ti粉末擠出材料，相對(duì)于擠出材料整體的含氧量為1.2質(zhì)量％以上，斷裂 伸長(zhǎng)率為18%以上。
【文檔編號(hào)】B22F1/00GK105899314SQ201480072562
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日
【發(fā)明人】近藤勝義
【申請(qǐng)人】近藤勝義, 株式會(huì)社海萊客思