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(廣東省工業(yè)分析檢測中心，廣州 510650)

0 引 言

鈦及鈦合金具有密度低，比強度高，抗氧化、生物相容性和耐腐蝕性良好，使用溫度范圍廣，無毒等優(yōu)點[1-2]，是優(yōu)質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料和功能材料，在航空航天、航海、汽車、發(fā)電、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。但鈦及鈦合金的熔點和硬度高，加工、成型及切削性能差，采用傳統(tǒng)機加工方法加工時的效率低、材料浪費大，因此其應(yīng)用范圍受到了一定限制。金屬粉末注射成形(MIM)是將粉末冶金技術(shù)與塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合而形成的一種凈成形工藝[4]，具有原料利用率高、組分調(diào)整靈活及凈成形或近凈成形等優(yōu)點，可以制備出尺寸在100 mm以內(nèi)的高維度、高精度的零部件[5]，因此是一種理想的鈦及鈦合金制備加工工藝[6-9]。GUO等[10]采用MIM技術(shù)制備了Ti-6Al-4V鈦合金，該鈦合金的抗拉強度、屈服強度、伸長率和相對密度分別為848 MPa，762 MPa，9.5%，98.5%，與傳統(tǒng)鑄造法制備的相當。

鈦及鈦合金的MIM工藝主要包括鈦及鈦合金粉體的制備→混煉→注射成形→脫脂→燒結(jié)→后處理。早在1988年，研究人員就開始了鈦及鈦合金的粉末注射成形研究；1992年日本鎢業(yè)公司采用MIM技術(shù)制備出了鈦合金運動夾板；1994年德國巴斯夫公司研發(fā)出催化脫脂技術(shù)，從而推動了鈦及鈦合金注射成形的發(fā)展。近十年來國外的研究重點均集中在注射成形參數(shù)、材料微觀結(jié)構(gòu)、原料粉體、間隙元素及新型鈦合金材料等方面，并取得了一定成果。例如，日本學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)脫脂后的Ti-6Al-4V坯體在1 223 K，真空度為10-6Pa的條件下燒結(jié)2.5 h后，可得到相對密度大于96%，抗拉強度為950 MPa的Ti-6Al-4V合金。隨著MIM技術(shù)的改進，所得合金制品的尺寸穩(wěn)定性及黏結(jié)劑成分控制等問題得到了部分解決；且由于克服了傳統(tǒng)粉末冶金模壓工藝存在的產(chǎn)品形狀簡單及生產(chǎn)效率低的缺點，MIM技術(shù)制備的鈦及鈦合金的性能達到了相同成分熔煉鍛造的水平。這些都推動了鈦及鈦合金制品的生產(chǎn)及應(yīng)用。美國Dynamet公司制造的宇宙飛船氧氣發(fā)生器的多孔粉末冶金板，波音787夢幻客機使用的大部分鈦合金緊固件，都是采用MIM技術(shù)制備的[11]。

在我國，鈦及鈦合金的粉末注射成形研究始于20世紀90年代末，主要研究單位有北京科技大學(xué)、北京鋼鐵研究總院、廣州有色金屬研究院和中南大學(xué)等，在純鈦及Ti-6Al-4V鈦合金等的粉末注射成形上取得了一定成果，但仍未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。為了給國內(nèi)相關(guān)研究人員提供參考，作者簡要介紹了鈦及鈦合金粉末注射成形的特點及優(yōu)勢，從原料粉體、黏結(jié)劑體系、粉末注射成形工藝、成形制品的組織和性能等方面綜述了鈦及鈦合金粉末注射成形的研究進展及存在的問題，提出了未來鈦及鈦合金粉末注射成形的研究方向及重點。

1 原料粉體及黏結(jié)劑

1.1 原料粉體

目前，只有氣霧法和等離子旋轉(zhuǎn)電極法制備的30 μm球形粉是適用于注射成形鈦及鈦合金制品的理想粉體原料[12]，注射成形后的坯體在燒結(jié)時收縮均勻，密度分布均勻且表面粗糙度較低。但是，球形粉體的制備成本較高，且雜質(zhì)含量，尤其是氧含量會隨粉體粒徑的減小而增加，進而影響到成形制品的性能。為了解決這個問題，研究人員對原料粉體進行了顆粒級配，這既能解決雜質(zhì)含量高的問題，又能提高粉體的裝載量及松裝密度，縮短脫脂時間；然而過大的粉體粒徑會導(dǎo)致注射成形困難。綜合考慮以上因素，在采用MIM技術(shù)制備鈦及鈦合金時一般選用平均粒徑不大于45 μm的粉體[12-13]。KATO[14]以不同粒徑配比且平均粒徑為45 μm的氫化脫氫(HDH)鈦粉為原料，采用MIM技術(shù)注射成形，在溫度高于1 298 K下燒結(jié)，所得鈦的抗拉強度大于680 MPa，比工業(yè)用熱還原法制備的提高了70%。

球形鈦粉的制備成本較高，是非球形鈦粉的6倍，因此一般使用HDH鈦粉或TiH2粉[15-18]進行注射成形。使用TiH2粉時其脫氫過程在熱脫脂和燒結(jié)工藝中完成，脫氫處理可以降低鈦在脫脂或燒結(jié)過程中的氧化程度。CARRENO-MORELLI等[17]以HDH鈦粉為原料進行了注射成形，在鉬絲爐中于1 200 ℃真空燒結(jié)，所得鈦的抗拉強度高達580 MPa,比使用球形鈦粉為原料制備的僅降低了8%。CARRENO-MORELLI等[16]還以TiH2粉為原料進行了注射成形，所得鈦的伸長率高達15%，抗拉強度達到666 MPa。喻嵐[19]以HDH鈦粉為原料，采用MIM技術(shù)制備了Ti-6Al-4V鈦合金，該鈦合金的抗拉強度達到819 MPa，伸長率為7%，性能已接近ASTM標準規(guī)定的水平，但其工藝過程控制要求較為嚴格。PARK等[20]采用粉末改性工藝制備得到了低銳度、近似球形的HDH鈦粉，從而改善了注射料的表觀密度和流動性，提高了注射成形坯體的質(zhì)量，所得鈦的抗拉強度高達640 MPa，但伸長率較低。近年來一些學(xué)者將具有尺寸均勻、純度高及流動性好等優(yōu)良性能[21]的霧化球形粉與形狀不規(guī)則、松裝密度低、流動性差、雜質(zhì)含量高但制備成本低的HDH鈦粉或TiH2粉按一定比例混合，采用MIM技術(shù)制備出成本相對較低的高性能鈦。如郭世柏等[22]將質(zhì)量分數(shù)為90%的氣霧化Ti-6Al-4V鈦合金粉和10%的氫化脫氫Ti-6Al-4V鈦合金粉混合，采用MIM技術(shù)制備出坯體并進行熱等靜壓處理，所得鈦合金的抗拉強度高達1 060 MPa，伸長率達到9.5%，其性能達到了ASTM標準規(guī)定的較高水平，但仍未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

1.2 黏結(jié)劑

黏結(jié)劑在MIM過程中是一種階段性存在的載體，其作用是使粉體均勻混合，且提高粉體流動性使粉體充分填充模具，形成所需的形狀并保持到預(yù)燒結(jié)階段。黏結(jié)劑主要包括主組分、骨架組分及改性組分：主組分確保金屬粉體的流動性，骨架組分確保坯體在脫脂過程中的尺寸穩(wěn)定性，改性組分則可以改善黏結(jié)劑的工藝性能,如脫脂溫度、注射成形溫度等。根據(jù)主組分的不同，黏結(jié)劑可分為熱塑性黏結(jié)劑、聚縮醛基黏結(jié)劑、水溶性黏結(jié)劑等。黏結(jié)劑的添加直接影響著所得制品的氧含量和碳含量，進而影響其性能。合適的黏結(jié)劑應(yīng)對鈦及鈦合金粉體有良好的附著性，不會與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不會提高注射成形溫度，在脫脂過程中能使坯體保持尺寸穩(wěn)定，且能在較低的溫度(低于260 ℃)下分解，同時經(jīng)熱脫脂后的殘留物少[23]。

目前，應(yīng)用最廣泛的黏結(jié)劑是熱塑性的蠟基黏結(jié)劑和聚合物黏結(jié)劑。最早報道蠟基黏結(jié)劑體系的是KATO[14]，該黏結(jié)劑體系由石蠟、聚甲基丙烯酸正丁酯、乙烯醋酸乙烯共聚物以及鄰苯二甲酸二丁酯組成；將該黏結(jié)劑與與純鈦粉混合，經(jīng)注射成形→脫脂→燒結(jié)后，所得鈦的相對密度達94%，抗拉強度高達1 000 MPa，但雜質(zhì)含量較高，伸長率幾乎為0。GUO等[24]使用聚乙二醇代替部分石蠟研發(fā)出改進型蠟基黏結(jié)劑，與純鈦粉混合經(jīng)MIM技術(shù)制備得到純鈦制品，其抗拉強度、伸長率和硬度分別為419 MPa，4%，23 HRC，雖然抗拉強度比黏結(jié)劑改進前的有所降低，但黏粘劑的脫除速率及對環(huán)境的友好程度有很大的提高。FRIEDERICI等[25]通過調(diào)整石蠟、低密度聚乙烯和硬脂酸的比例得到優(yōu)化的蠟基黏結(jié)劑，與鈦粉混合后進行注射成形，經(jīng)脫脂、燒結(jié)后所得純鈦的相對密度高達98.1%，碳、氧、氮的質(zhì)量分數(shù)分別為0.04%，0.18%，0.02%，達到了四級純鈦的要求，抗拉強度達到467 MPa，比工業(yè)還原法制備的提高了17%；但目前該黏結(jié)劑還處于實驗室制備階段。蠟基黏結(jié)劑在MIM工藝中占據(jù)著重要地位，但其溶劑脫脂效率低，所得制品的碳含量高，因此發(fā)展受限。萘基黏結(jié)劑的溶劑脫脂效率比蠟基黏結(jié)劑的高，但其含有的芳香族化合物對環(huán)境和人類健康有不良影響，因此沒有得到持續(xù)的研究和大規(guī)模的應(yīng)用。

聚縮醛基黏結(jié)劑是在1984年由美國Celanese公司首先提出的，隨后德國巴斯福公司開發(fā)出了商用聚縮醛基黏結(jié)劑并成功應(yīng)用到了低合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鈦及鈦合金和陶瓷等材料的注射成形中。聚縮醛基黏結(jié)劑的主要組分是聚甲醛，聚甲醛對酸性試劑較為敏感，易發(fā)生酸性分解，所以生坯可在其軟化溫度以下的酸性氣氛中進行處理，避免了因黏結(jié)劑組分沸騰而引發(fā)的裂紋和膨脹等缺陷；采用該黏結(jié)劑制備得到的生坯在后續(xù)工序處理中的變形量小，保形性好，尺寸控制精確。此外，由于聚甲醛的擴散速率較大，與其他黏結(jié)劑相比，其脫脂效率較高，且能夠制備厚度較大的制品[26]。但是，由于在注射過程中聚甲醛可能發(fā)生分解產(chǎn)生毒性較大的甲醛，且催化脫脂過程中使用的強酸對設(shè)備的腐蝕作用較大，因此聚縮醛基黏結(jié)劑的大規(guī)模應(yīng)用受到了一定限制。

水溶性黏結(jié)劑是環(huán)境友好型黏結(jié)劑，根據(jù)其在注射料制備中的作用不同可以分為凝膠基和非凝膠基兩種。非凝膠基體系常用的聚合物為性能較好且廉價易得的聚乙醇，聚乙醇能在較低溫度下快速脫除。SIDAMBE等[27]以聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯和硬酯酸為黏結(jié)劑，采用MIM技術(shù)制得Ti-6Al-4V鈦合金，該鈦合金的抗拉強度為850～880 MPa，伸長率為8.5%～16.0%，達到了ASTM標準中的5級要求。SUZUKI等[28]采用瓊脂代替鈦金屬粉末注射成形中的聚合物黏結(jié)劑，制備得到了相對密度為97.3%，碳、氧質(zhì)量分數(shù)分別為0.33%和0.3%的純鈦制品，其屈服強度達539 MPa。雖然水溶性黏結(jié)劑易控制，脫脂過程不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，且脫脂設(shè)備比其他脫脂方式的簡便，但所得鈦制品的尺寸控制較難，成分不夠穩(wěn)定，因此其工業(yè)化應(yīng)用仍需進一步的研究。

2 MIM工藝

2.1 混煉工序

混煉均勻、裝載量合適、粉體與黏結(jié)劑結(jié)合力好及混煉溫度合適對充型完整性、工件尺寸穩(wěn)定性都有著重要作用?；鞜挏囟葢?yīng)高于黏結(jié)劑的熔點，一般在140～170 ℃；黏結(jié)劑用量應(yīng)既能保證粉體的流動性，又能保證粉體的成形性。喻嵐[19]采用密煉機對TiH2粉和蠟基黏結(jié)劑進行混煉，當混煉溫度為150 ℃，密煉機轉(zhuǎn)速為50 r·mim-1時，所得注射料在注射成形時的充型性好，燒結(jié)后鈦制品的尺寸比較穩(wěn)定且含氧量較低。郭世柏等[22]研究了使用XSK-160型混煉機混合鈦合金粉的混煉工藝，結(jié)果表明當混煉溫度為140 ℃，混煉時間為1 h，粉末裝載量為70%時，所得鈦合金的性能最優(yōu)，抗拉強度為835 MPa，伸長率為9.2%。王家惠等[29]研究了不同配方石蠟黏結(jié)劑對Ti-6Al-4V鈦合金粉混煉時裝載量及流變特性的影響，發(fā)現(xiàn)當石蠟、低密度聚乙烯、硬脂酸的質(zhì)量分數(shù)分別為70%，25%，5%時，混合物料的最佳固含量(質(zhì)量分數(shù))為65%～70%。郭世柏等[30]在研究Ti-6Al-4V鈦合金粉與蠟基黏結(jié)劑的混煉工藝時發(fā)現(xiàn)，適當升高混煉溫度可以提高混合物料的黏度和凝聚效果，但過高的溫度會導(dǎo)致粉體與黏結(jié)劑脫黏，不利于混煉。SUPATI等[31]研究發(fā)現(xiàn)，當粉體裝載量過大時，混合物料的黏度和導(dǎo)熱性提高，注射成形性能變差；但當裝載量較小時，擴散通道變少，黏結(jié)劑的脫除率降低且坯體難以保持形狀。目前，研究人員對混煉過程中粉體裝載量與物料流變性之間的影響研究還不夠深入，這將是未來研究的一個方向。

2.2 注射成形、脫脂和燒結(jié)工序

注射成形工序是指將混煉后的物料(即注射料)進行注射成形的過程，在此工序中形成的缺陷在后續(xù)工藝中無法消除，因此必須嚴格控制該過程參數(shù)。王家惠[32]研究了Ti-6Al-4V鈦合金粉與蠟基黏結(jié)劑混合后的流動性，為制定合適的注射成形參數(shù)提供了理論依據(jù)。PARK等[20]研究了氣霧化鈦粉、HDH鈦粉以及球化HDH鈦粉的流變性能和脫脂行為，提出了注射料的成形性指數(shù)，并以此對注射料性能進行了評價，為成形參數(shù)的選擇奠定了基礎(chǔ)。GUO等[24]采用正交設(shè)計研究了由質(zhì)量分數(shù)為85%的氣霧化鈦粉和15%的HDH鈦粉組成的混合粉與蠟基黏結(jié)劑的注射成形工藝，發(fā)現(xiàn)影響燒結(jié)制品質(zhì)量的主要因素是模具參數(shù)，以及注射壓力、注射溫度、注射速度和模具溫度等注射成形參數(shù)：隨注射壓力增加，純鈦制品的相對密度和抗彎強度增大；隨注射溫度升高，制品的相對密度降低，抗彎強度在注射溫度為155～160 ℃時變化不大，而在注射溫度高于160 ℃時明顯降低；隨著模具溫度的升高，制品的相對密度先增大后減??；隨著注射速度的增加，制品的相對密度和抗彎強度增大，但注射速度過大時，會造成脫模困難。CARRENO-MORELLI等[17]研究了氫化鈦粉的注射工藝，發(fā)現(xiàn)當注射壓力為85 MPa，注射溫度為155 ℃，保壓時間為15 s時，所得純鈦的抗拉強度、屈服強度及伸長率最大，分別為666 MPa，519 MPa，15%。

脫脂過程是最費時、最難控制的環(huán)節(jié)，包括幾個不同的階段，每一階段只能除去黏結(jié)劑中的一種或幾種成分;分階段脫脂的目的是為了保持坯體形狀，避免坍塌。從工藝和成本來說，脫脂時間應(yīng)盡量短以防止坯體出現(xiàn)缺陷或發(fā)生變形，且控制碳、氧含量。目前，脫脂主要有溶劑脫脂、熱脫脂和催化脫脂三種方式。為了提高脫脂效果，可選用這三種方式的組合，如先溶劑脫脂后熱脫脂，這種組合與單純熱脫脂相比可縮短1/3的時間[33]。CHEN等[34]將氫化脫氫的Ti-6Al-4V鈦合金粉與水溶性黏結(jié)劑注射成形成坯體后進行脫脂，測定了不同溫度、不同厚度坯體中水溶性黏結(jié)劑組分的脫除率，并建立了擴散控制的脫黏數(shù)學(xué)模型；該體系在溶劑中的脫除率高達70%～80%。GERLING等[35]采用蠟基黏結(jié)劑對Ti-47Al-4Nb鈦合金粉進行注射成形，研究了溶劑、脫脂溫度對黏結(jié)劑脫除率的影響，發(fā)現(xiàn)在己烷溶劑中，脫脂溫度為40 ℃時的脫脂效果最佳，黏結(jié)劑脫除率高達48%。GUO等[24]采用溶劑脫脂+熱脫脂的組合脫脂方法，將坯體中的碳、氧含量(質(zhì)量分數(shù))分別控制在0.092%和0.28%，且黏結(jié)劑的脫除率接近100%。THOMAS等[36]研發(fā)出一種“超臨界CO2萃取”技術(shù)，采用該技術(shù)可以得到尺寸精度及表面質(zhì)量均較高的脫脂坯。

燒結(jié)是MIM工藝中非常重要的工序，對制品的組織、致密性能及化學(xué)性質(zhì)均勻性起著決定性作用。鈦合金典型的燒結(jié)工藝為燒結(jié)溫度1 250～1 350 ℃，燒結(jié)時間2～4 h。劉超等[37]采用氣霧化鈦粉和水溶性黏結(jié)劑進行了純鈦制品的制備，發(fā)現(xiàn)當燒結(jié)溫度為1 350 ℃，保溫時間為3 h，真空度為10-4～10-3Pa時，所得純鈦制品的性能最優(yōu)，相對密度為96.9%，抗拉強度為443 MPa，伸長率為20.3%，完全符合ASTM F2989-13對粉末冶金生物醫(yī)用二級純鈦的性能要求。OBASI等[38]在采用MIM技術(shù)制備Ti-6Al-4V鈦合金時，發(fā)現(xiàn)當燒結(jié)溫度在1 520～1 680 ℃時，隨燒結(jié)溫度的升高和保溫時間的延長，該鈦合金的相對密度、抗拉強度和伸長率均增大。NOR等[39]和SIDAMBE等[40]研究發(fā)現(xiàn)，對鈦及鈦合金的強度影響最大的因素是燒結(jié)溫度，其次是升溫速率和保溫時間，冷卻速率的影響較小。ISMAIL等[41]研究了燒結(jié)溫度對MIM制備多孔鈦鈮合金的影響，發(fā)現(xiàn)要得到大量的鈮鈦相，燒結(jié)溫度要高于1 050 ℃，而當燒結(jié)溫度高于1 250 ℃時，空隙的尺寸減小，數(shù)量減少。LIMBERG等[42]研究了燒結(jié)氣氛對MIM制備鈦合金抗拉強度的影響，發(fā)現(xiàn)在1 500 ℃燒結(jié)2 h時，隨著真空度的降低，鈦合金的孔隙率從0.1%增加到1.1%，抗拉強度降低了82 MPa。

注射成形工藝參數(shù)由注射料的性能和目標制品的幾何形狀決定。應(yīng)根據(jù)注射料的流變性能、裝載量，以及所用黏結(jié)劑體系等因素綜合考慮，制訂合適的成形、脫脂及燒結(jié)工藝參數(shù)。

3 影響MIM制備鈦及鈦合金性能的因素

3.1 原料粉中合金元素

以粒徑小于45 μm的細粉為原料，經(jīng)注射成形并在高于1 300 ℃下燒結(jié)所得鈦及鈦合金的相對密度可達98%[43]，適當添加少量鐵[44-45]、鎳[46]、硼[47]等元素可以進一步提高燒結(jié)后鈦及鈦合金的相對密度。GULSOY等[45]在HDH鈦粉中加入質(zhì)量分數(shù)為0.5%的鐵粉，經(jīng)注射成形、脫脂及燒結(jié)后，所得鈦制品的相對密度從95.5%提高到98.5%，抗拉強度提高了83 MPa，達到685 MPa。提高鈦及鈦合金致密性能的另外一種方法是對其進行后處理。FERRI等[47-48]通過噴涂工藝降低了Ti-6Al-4V鈦合金的孔隙率，提高了抗拉強度。郭世柏等[22]通過熱等靜壓工藝提高了Ti-6Al-4V鈦合金的相對密度。

3.2 間隙元素

氧、碳、氮、氫等間隙元素對鈦及鈦合金的性能有不利的影響，但相對于氧和碳對鈦及鈦合金性能的影響，其他元素的影響幾乎可以忽略不計。氧含量的增加會降低鈦及鈦合金的塑性、疲勞強度、耐應(yīng)力腐蝕性能及加工性能[3]。BENSON等[49]研究發(fā)現(xiàn)，鈦及鈦合金的抗拉強度隨氧含量的增加而增大，但伸長率急劇降低。因此，氧含量的控制至關(guān)重要。MIM過程中的氧主要來源于最初粉體中所含的氧、混煉和燒結(jié)氣氛中的氧以及黏結(jié)劑中的氧。EWART等[50]和UEMATSU等[51]為了避免氧的污染，在高純氬氣中進行混煉、脫脂和燒結(jié)，黏結(jié)劑則選用了碳、氧含量少或在低溫下就能脫除的體系，同時在燒結(jié)過程中加入了填料(如釔、氧化鋯等)和除氧劑(純鈦板、稀土單質(zhì)等)。

碳的控制相對于氧來說更容易些。由于MIM制備鈦及鈦合金中的碳主要來源于黏結(jié)劑，因此只需在高純氬氣的氣氛中進行熱脫脂就可以實現(xiàn)碳的脫除。根據(jù)ASTM B817：2008，碳的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)低于0.08%[52]，否則碳會與鈦發(fā)生反應(yīng)生成碳化鈦，從而降低鈦及鈦合金的抗拉強度、耐腐蝕及抗疲勞等性能[53]。

3.3 顯微組織

顯微組織中的晶粒尺寸、晶粒分布、相組成、相分布以及晶粒形貌等直接影響著材料的性能。由于鈦及鈦合金的制備需要進行高溫?zé)Y(jié)，溫度一般高于1 250 ℃，因此晶粒會長大變粗，即便使用了細粉，在燒結(jié)過程中晶粒的粗化也是不可避免的。XU等[54]通過控制MIM工藝獲得了細晶和層狀α+β組織，隨著晶粒尺寸的減小，Ti-6Al-4V鈦合金的屈服強度增加。研究發(fā)現(xiàn)，在原料粉體中添加硼、LaB6等物質(zhì)后，所得Ti-6Al-4V鈦合金可以得到細晶組織，從而提高其抗拉強度和伸長率。FERRI等[47-48]在Ti-6Al-4V鈦合金粉中加入質(zhì)量分數(shù)為0.5%的硼，經(jīng)注射成形并燒結(jié)后，所得Ti-6Al-4V鈦合金的抗拉強度、疲勞強度及伸長率分別為902 MPa，640 MPa，12%，抗拉強度和疲勞強度達到了鑄造鈦合金的水平，伸長率則高于鑄造鈦合金的。

4 鈦及鈦合金粉末注射成形的發(fā)展趨勢

隨著MIM技術(shù)的發(fā)展，研究者開始將目光轉(zhuǎn)向一些新型鈦合金的粉末注射成形研究上。SIDAMDE等[55]采用MIM技術(shù)制備得到了抗拉強度為483 MPa，伸長率為21%，孔隙率為3.5%的多孔CP-Ti合金，該合金被譽為理想的生物移植材料。GU等[56]通過在鈦鋁釩粉體中添加TiH2(作為發(fā)泡劑和活性劑)，制備得到了一種開孔結(jié)構(gòu)的TC4鈦合金，其孔徑分布均勻，孔隙尺寸在90～190 μm，孔隙率為43%～59%，彈性模量為5.8～9.5 GPa。TUNCER等[57]在采用MIM技術(shù)制備TC4鈦合金時添加了一定量的NaCl和KCl造孔劑，造孔劑的用量對多孔TC4鈦合金的孔隙率和力學(xué)性能有較大影響。CHEN等[58]通過調(diào)整NaCl添加量，得到了孔隙率為42.4%～71.6%的多孔鈦，其孔隙多為連通孔，該多孔鈦的力學(xué)性能與人體疏松骨骼的相近。THIAN等[59]采用MIM技術(shù)制備了孔隙率約為50%的Ti-6Al-4V鈦合金/羥基磷灰石復(fù)合材料，研究了脫脂過程中升溫速率和氣體流量對坯體的微觀結(jié)構(gòu)、黏結(jié)劑脫除率及殘余碳含量的影響。AUST等[60]使用Ti6Al7Nb鈦合金粉和蠟基黏結(jié)劑，通過MIM技術(shù)成功制備了性能優(yōu)良的骨螺釘材料，其相對密度為97.6%，抗拉強度和屈服強度分別為815，714 MPa，伸長率為8.7%。AROCKIASAMY等[61]在鈦粉中添加鐵粉和鋅粉制備得到了Ti-5Fe-5Zr合金，研究了殘余孔隙和TiC相對性能的影響。日本九州大學(xué)的研究者采用MIM技術(shù)制備了Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si鈦合金，該鈦合金的抗拉強度為910 MPa，伸長率為14.1%；當鉬的質(zhì)量分數(shù)增至4%后，合金的力學(xué)性能更加優(yōu)異，抗拉強度高達1 010 MPa，伸長率達14.7%。美國使用Ti-6Al-2Sn-4Zn-2Mo鈦合金制造了車用進氣閥和排氣閥，不僅減輕了車身質(zhì)量，延長了閥門壽命，還提高了車輛速度[62]。

5 結(jié)束語

鈦及鈦合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能及生物相容性，在航空航天、汽車、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿?。目前，鈦及鈦合金的粉末注射成形研究取得了一些進展，但實際應(yīng)用相對較少，阻礙其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的原因有：所得制品的相對密度較??；鈦的高活性導(dǎo)致其在MIM過程中易被雜質(zhì)元素污染；使用最廣泛的黏結(jié)劑仍為蠟基黏結(jié)劑，該黏結(jié)劑的脫除率低，導(dǎo)致制品中雜質(zhì)元素含量較高。

未來，鈦及鈦合金粉末注射成形的研究將集中在低成本、高性能鈦及鈦合金的生產(chǎn)上，主要研究方向有：研制滿足MIM技術(shù)要求的低成本鈦合金粉；優(yōu)化粉末注射成形工藝參數(shù)，降低粉體在制備與注射成形過程中的氧化；添加對氧、氮親和力較強的單質(zhì)或氧化物，以避免產(chǎn)生鈦的氧化物或氮化物；開發(fā)新型高效的黏結(jié)劑體系。

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