本發明涉及金屬注射成形技術，尤其涉及一種金屬鈦產品的注射成形方法。
背景技術：
鈦及其合金具有低密度、高比強度、高耐腐蝕性、良好的生物兼容性等優點，在化工、生物醫療、汽車等領域有著廣泛的應用。但由于鈦及其合金熔點高、高溫下化學性質活潑、硬度較高等特點，在工業上一直被認為是難加工的材料。鈦粉末注射成形(ti-mim)技術，能夠制造近凈成形、復雜形狀的鈦零件，能克服鈦產品機加工困難和加工余量大的問題。使用價格低廉的氫化鈦(tih2)粉末作為注射成形的原料粉末，并且開發新型高效注射成形用的粘結劑體系是降低生產成本和提高產品性能的有效途徑。
目前，常規的金屬鈦產品的注射成形方法，在應用中存在明顯的不足：1、所選用的粘結劑相容性差，在注射成形過程中物料加工流動性差，注射過程中存有氣泡、飛邊等缺陷。2、坯件溶劑脫脂率低，脫脂時間長、溫度高，通常為在60℃～80℃下，脫脂10～24h，且脫脂坯缺陷多、保形性差。3、部分坯件雖然具有較高的脫脂率，但也正因為其脫脂率高，在使用中經注射成形、脫脂后所得的脫脂坯存在孔隙大、孔隙率高的缺陷，造成脫脂坯密度和強度等性能較低，進而導致終產品性能不高。4、注射成形過程中容易使得晶粒長大，真空燒結后的燒結坯多有變形，其表面不光滑，有鼓泡，尺寸精度和表面精度不高，所得產品的密度等諸多性能有待進一步提高，例如，采用常規注射成形方法所制得的金屬鈦產品，其相對密度(％)為97.95～98.96，硬度(hv)為380～388，屈服強度(mpa)為254～264，抗拉強度(mpa)為325～346，延伸率(％)為18～20。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種金屬鈦產品的注射成形方法，該注射成形方法具有設備工藝及操作簡單易行，高效快捷、成本低廉等諸多有點，能制得組織與力學性能優異的金屬鈦產品。
本發明的目的具體是通過以下技術方案來實現的：
一種金屬鈦產品的注射成形方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)原料配制
所述原料由氫化鈦粉末和粘結劑組成，且粘結劑占原料總質量的10％～15％；所述粘結劑由固體石蠟(pw)、液體石蠟(lpw)、聚丙烯(pp)、稀土(re)、硬脂酸(sa)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)，按照各組分的質量百分含量分別為pw30％～50％、lpw10％～20％、pp35％～40％、re1％～5％、sa2％～10％、eva1％～5％的用量稱取配置；
(2)喂料產品的制備
將原料混合均勻，放入預熱好的密煉機中在175℃～190℃下，混煉2h～4h，后將混煉好的熔融狀態的喂料取出，冷卻后在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最后放入真空干燥箱保存或抽真空包裝保存，即制得喂料產品；
(3)注射成形
將上述喂料產品加入注射成形機內，于注射溫度為160～190℃，注射壓力為60～127mpa，模溫為112～125℃條件下注射成形，制備出坯件；再將坯件置于正庚烷中脫脂，脫脂溫度為40～60℃，脫脂時間為4～5h，得到脫脂坯；后將脫脂坯置于低壓燒結爐內進行燒結，燒結溫度1200～1350℃，保溫120～240min，即得到金屬鈦產品。
作為進一步優化，上述氫化鈦粉末的平均粒度為9～11μm。
作為進一步明確，上述稀土由ceh2、lah2、ndh2、yh2、ceb6、lab6、ndb2、yb6中的任意一種或幾種組成。
作為進一步優化，上述稀土由ceh2、lah2、ndh2、yh2中的任意一種或幾種，與ceb6、lab6、ndb2、yb6中的任意一種或幾種混合組成，且稀土硼化物的添加總量小于等于粘結劑總質量的0.15％。通過進一步限定稀土組成中稀土硼化物的添加總量，在保證了注射成形鈦產品具有優異的組織和力學性能的同時，又避免了導致其致密度降低。
作為進一步明確，上述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)中的醋酸乙烯的質量含量為20％。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供了一種金屬鈦產品的注射成形方法，該注射成形方法具有設備工藝及操作簡單易行，高效快捷、成本低廉，易于工業化等諸多優點，其中，原料組成中所選用的粘結劑各組分相容性好，在注射成形過程中物料流變性能佳，注射過程中無氣泡、飛邊等缺陷；所制備的坯件在正庚烷中脫脂，于40～60℃下脫脂4～5小時，即可脫除99％以上的可溶性粘接劑-pw、lpw、sa，且脫脂坯缺陷少、保形性好，脫脂坯密度和強度等性能較高，進而提高了注射成形鈦的燒結致密度，燒結坯的孔隙平均尺寸均小于10μm，孔隙率僅為0.2％～0.6％，避免了晶粒長大，改善了鈦的組織與力學性能(終產品的相對密度(％)為99.46～99.53，硬度(hv)為398～400，屈服強度(mpa)為498～502，抗拉強度(mpa)為649～667，延伸率(％)為28～30)，使得真空燒結后的燒結坯不變形，表面光滑、無鼓泡，具有較高的尺寸精度和表面精度。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明進行具體描述，在此指出以下實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術熟練人員可以根據上述發明內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。
實施例1
一種金屬鈦產品的注射成形方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)原料配制
其原料由平均粒度為9～11μm的氫化鈦粉末和粘結劑組成，且粘結劑占原料總質量的14％；粘結劑由固體石蠟(pw)、液體石蠟(lpw)、聚丙烯(pp)、稀土(re)、硬脂酸(sa)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)，按照各組分的質量百分含量分別為pw35％、lpw15％、pp38％、re4％、sa6％、eva2％的用量稱取配置，且re由ceh2、lah2、ndh2和yh2按照質量比為1:1:1:1的比例組成；這些原料都采用常規市售產品，其中，固體石蠟為上海華靈康復機械廠生產的切片石蠟，它由高純度石蠟和微晶蠟制作而成；液體石蠟是成都科龍化工試劑廠生產的，聚丙烯是中國石油化工有限公司生產的優品級，稀土是廣州甕江試劑有限公司生產的，硬脂酸是成都科龍化工試劑廠生產的，含量大于99.0％，eva產自美國杜邦，且乙酸乙烯的質量含量為20％；
(2)喂料產品的制備
將原料混合均勻，放入預熱好的密煉機中在185℃下，混煉3h，后將混煉好的熔融狀態的喂料取出，冷卻后在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最后放入真空干燥箱保存，即制得喂料產品；
(3)注射成形
將喂料產品加入注射成形機內，于注射溫度為180℃，注射壓力為107mpa，模溫為125℃條件下注射成形，制備出坯件；再將坯件置于正庚烷中脫脂，脫脂溫度為60℃，脫脂時間為5h，得到脫脂坯；后將脫脂坯置于低壓燒結爐內進行燒結，燒結溫度1250℃，保溫220min，即得到金屬鈦產品。
根據所制備的脫脂坯斷口的sem圖譜和終產品即金屬鈦產品斷口處的sem圖譜可知，脫脂坯顆粒之間形成了大量孔隙，其孔隙率為20～30vol％，這既使得后續燒結過程順利打開表面開孔和內部連通孔道，縮短了后續燒結時間，又保證了脫脂坯具有適宜的強度，提高了終產品內部致密，使得燒結坯的孔隙平均尺寸均小于10μm，孔隙率僅為0.2％～0.6％，且顆粒大小均勻。
經檢測本例中所制得的鈦產品，其相對密度(％)為99.46，硬度(hv)為398，屈服強度(mpa)為502，抗拉強度(mpa)為650，延伸率(％)為28。
實施例2
一種金屬鈦產品的注射成形方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)原料配制
其原料由平均粒度為9～11μm的氫化鈦粉末和粘結劑組成，且粘結劑占原料總質量的11％；粘結劑由pw、lpw、pp、re、sa和eva，按照各組分的質量百分含量分別為pw40％、lpw17％、pp36％、re4％、sa2％、eva1％的用量稱取配置，且re由ceh2、lah2和ceb6分別按照占粘結劑總質量的3％、0.85％和0.15％比例組成；這些原料都采用常規市售產品，其中，eva產自美國杜邦，且乙酸乙烯的質量含量為20％；
(2)喂料產品的制備
將原料混合均勻，放入預熱好的密煉機中在180℃下，混煉3.5h，后將混煉好的熔融狀態的喂料取出，冷卻后在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最后抽真空包裝保存，即制得喂料產品；
(3)注射成形
將喂料產品加入注射成形機內，于注射溫度為165℃，注射壓力為87mpa，模溫為118℃條件下注射成形，制備出坯件；再將坯件置于正庚烷中脫脂，脫脂溫度為45℃，脫脂時間為4h，得到脫脂坯；后將脫脂坯置于低壓燒結爐內進行燒結，燒結溫度1300℃，保溫200min，即得到金屬鈦產品。
經檢測本例中所制得的鈦產品，其相對密度(％)為99.51，硬度(hv)為400，屈服強度(mpa)為498，抗拉強度(mpa)為649，延伸率(％)為30。
實施例3
一種金屬鈦產品的注射成形方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)原料配制
其原料由平均粒度為9～11μm的氫化鈦粉末和粘結劑組成，且粘結劑占原料總質量的13％；粘結劑由pw、lpw、pp、re、sa和eva，按照各組分的質量百分含量分別為pw33％、lpw12％、pp35％、re5％、sa10％、eva5％的用量稱取配置，且re由ceh2、ndh2、yh2和lab6、ndb2分別按照占粘結劑總質量的1.3％、2％、1.55％和0.05％、0.10％比例組成；這些原料都采用常規市售產品，其中，eva產自美國杜邦，且乙酸乙烯的質量含量為20％；
(2)喂料產品的制備
將原料混合均勻，放入預熱好的密煉機中在190℃下，混煉4h，后將混煉好的熔融狀態的喂料取出，冷卻后在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最后抽真空包裝保存，即制得喂料產品；
(3)注射成形
將喂料產品加入注射成形機內，于注射溫度為188℃，注射壓力為127mpa，模溫為116℃條件下注射成形，制備出坯件；再將坯件置于正庚烷中脫脂，脫脂溫度為50℃，脫脂時間為4.5h，得到脫脂坯；后將脫脂坯置于低壓燒結爐內進行燒結，燒結溫度1340℃，保溫235min，即得到金屬鈦產品。
經檢測本例中所制得的鈦產品，其相對密度(％)為99.53，硬度(hv)為400，屈服強度(mpa)為500，抗拉強度(mpa)為667，延伸率(％)為30。