近球形TC4 鈦合金粉末注射成形*

田漢清，陳 剛，劉 暢，魏敬浩，韓龍曉，秦明禮，曲選輝

（北京科技大學新材料技術研究院北京材料基因工程高精尖創新中心，北京 100083）

鈦及鈦合金具有輕質、比強度高、耐腐蝕性優異、生物相容性好等優點，一直受到工業界的關注與重視[1–3]。然而，鈦及鈦合金的機加工性能較差，導致其生產制造成本較高，極大地限制了其廣泛應用[4]。金屬粉末注射成形（MIM）作為一種近凈成形技術，可以在短時間內生產大批量形狀復雜、性能優異的鈦及鈦合金制品，被譽為“零部件制造的革命性技術”[5]。

金屬粉末注射成形通常使用的粉末原料為霧化（Gas-atomized，GA）球形鈦合金粉，而球形鈦合金粉末成本較高 （>1000元/kg），使用低成本且不規則形貌的氫化脫氫 （Hydrogenation-dehydrogenation，HDH）鈦合金粉末 （<400元/kg）則是目前鈦合金注射成形的研究熱點。喻嵐等[6]使用HDH 鈦粉制備的注射成形TC4 合金獲得了抗拉強度819 MPa、斷裂延伸率7%的燒結件；Guo 等[7]使用10%的HDH 粉末替代GA 粉末通過注射成形并在1230 ℃燒結3 h 制得TC4 燒結件，其抗拉強度為835 MPa；崔珊等[8]使用HDH TC4 粉末，在體積分數49%的裝載量下通過注射成形獲得了注射坯。然而，上述報道中由于使用了不規則形貌的HDH 鈦合金粉末，其裝載量普遍較低，獲得的注射坯強度低，進而產生保形性差、尺寸精度低等問題。而且，較低的粉末裝載量通常會使得脫脂困難，容易在脫脂燒結過程中殘留雜質，從而導致燒結件的塑性低。崔珊等[9]的研究表明，采用球形度高的金屬粉末制成注射成形喂料的流變性能會顯著優于球形度低的喂料。此外，Tao 等[10]使用氣流磨 （Jet-milled，JMed）技術，僅在室溫下即可顯著改善不規則金屬粉末的表面形貌，提高其球形度，可用于注射成形領域。

因此，通過改善不規則形貌HDH 粉末的球形度來提高注射成形喂料的粉末裝載量，使其適用于注射成形工藝，有助于優化性能并降低注射成形鈦合金粉末原料成本。本研究采用JMed 技術對HDH TC4 鈦合金粉末進行整形改性，提高粉末球形度和裝載量，旨在優化性能，JMed 處理后的HDH 鈦合金粉末成本能控制在500 元/kg 以內，較氣霧化球形鈦合金粉末成本降低50%以上，從而實現注射成形鈦合金的低成本化。

1 試驗部分

1.1 原材料

分別選用國產商用HDH TC4 鈦合金粉末、GA TC4鈦合金粉末和經JMed 處理的HDH TC4 鈦合金粉末為原料進行注射成形研究。其中，JMed 粉末是由QLMR–150T 型JMed 在0.5 MPa 時對HDH TC4 鈦合金粉末研磨整形10 min，并在40 Hz 分級后制得的粉末，各類粉末化學成分以及中位徑如表1 所示。

表1 TC4 合金粉末化學成……