一种钛银合金及其制备方法与流程

发布时间：2024-06-27 浏览量：15

　　本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种钛银合金及其制备方法。

　　背景技术：

　　纯银有着良好的导电导热性能，使其在电气电子工业获得了广泛地应用，但是纯银强度低、硬度低、易腐蚀、耐热性差，冷变形纯银制品经长期放置，易发生时效软化，使其应用受到限制。为此，人们为保证银制品材料优良性能，采用合金化的方法提高银合金的综合性能指标。银合金材料广泛应用于首饰、工艺品、牙科材料、餐具、货币、电接触材料、医疗器械和感光材料等方面。

　　钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm3，比钢轻43％，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942k，比黄金高近1000k，比钢高近500k。钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与o2、n2、h2、s和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。钛具有“亲生物”性，在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。

　　传统的钛银合金被大量的用于制造业，比如管材、线材、板材等模具、高炉、喷嘴、发动机燃烧室等元器件，然而传统的钛银合金性能已经无法满足日益苛求的经济发展需求，亟需开发一种具有优良综合性能的钛银合金。

　　技术实现要素：

　　为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种钛银合金，按重量份计，包括以下组分：

　　铁55～78份；银2～10份；钛2～10份；锰1～3份；白铜2～5份；钼2～5份；硅1～4份；铬2～7份；镍2～6份。

　　作为一种优选的技术方案，按重量份计，所述钛银合金包括以下组分：铁60～70份；银3～7份；钛3～8份；锰1～3份；白铜2～5份；钼2～5份；硅1～4份；铬2～6份；镍2～6份。

　　作为一种优选的技术方案，按重量份计，所述钛银合金组分还包括钇0.01～2份；钒1～6份；铌0.01～1份。

　　作为一种优选的技术方案，按重量份计，所述钛银合金组分还包括10～20份添加剂，所述添加剂包括石墨、抗磨剂、润滑剂。

　　作为一种优选的技术方案，所述抗磨剂为磷酸酯和/或聚四氟乙烯。

　　作为一种优选的技术方案，所述润滑剂选自二硫化钼、硫化钨、mose2、wse2、聚乙烯蜡、氮化硼中的一种。

　　作为一种优选的技术方案，所述钛、钇、钒、铌的重量份比为1：(0.1～0.3)：(0.5～1)：(0.01～0.1)。

　　作为一种优选的技术方案，所述钛、钇、钒、铌的重量份比为1：0.2：0.5：0.5。

　　作为一种优选的技术方案，所述钼、钇的重量份比为(2～5)：1。

　　本发明的第二方面提供了所述钛银合金的制备方法，包括以下步骤：

　　s1将铁、银、钛、锰、白铜、钼、硅、铬、镍、钇、钒、铌每种粉末单个进行退火；

　　s2将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理、将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

　　s3将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒、将制作好的颗粒在模压机中压制成生坯；

　　s4在氩气气氛下对生坯进行高温烧结，真空度为10～3pa、加热至1300～1700℃，反应3～6h。

　　有益效果：由本发明各个组分组成的钛银合金，通过在铁、银、钛合金中添加其他合金元素，形成了一种新型的钛银合金材料。该合金材料的综合性能得到良好的改进，特别是提高了钛银合金的抗拉强度、冲击强度以及耐腐蚀性。

　　具体实施方式

　　为了下面的详细描述的目的，应当理解，本发明可采用各种替代的变化和步骤顺序，除非明确规定相反。此外，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。

　　尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由其各自测试测量中发现的标准偏差必然产生的某些误差。

　　当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。

　　为了解决上述问题，本发明提供了一种钛银合金，其按重量份计，包括以下组分：

　　铁55～78份；银2～10份；钛2～10份；锰1～3份；白铜2～5份；钼2～5份；硅1～4份；铬2～7份；镍2～6份。

　　作为一种优选的实施方式，所述钛银合金，其按重量份计，包括以下组分：铁60～70份；银3～7份；钛3～8份；锰1～3份；白铜2～5份；钼2～5份；硅1～4份；铬2～6份；镍2～6份。

　　作为一种优选的实施方式，所述钛银合金，其按重量份计，所述钛银合金组分还包括钇0.01～2份；钒1～6份；铌0.01～1份。

　　所述钛银合金中主要成分为铁组分，主要添加元素为银组分和钛组分，还加入其它合金组分，用以改善整个合金性能。

　　所述锰在钛银合金中为良好的脱氧剂和脱硫剂，其可提高钛银合金的强度、硬度、淬性，改善其热加工性能，但其含量太高，会减弱合金的抗腐蚀能力和焊接性能。

　　所述钛是钛银合金中优良的脱氧剂，它能使合金的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，改善其焊接性能。但其含量太高会降低钛银合金的韧性。

　　所述钼可以使钛银合金的晶粒细化，提高淬透性和热强度。

　　所述硅和铬有助于提高在高温回火过程中析出特殊碳化物的弥散度，可以提高钛银合金的回火性能，提高其临界点，改善抗氧化性和耐腐蚀性。

　　所述镍和白铜可以无限互溶形成连续固溶体，其可以显著提高合金的耐腐蚀、强度、硬度、电阻，降低电阻率温度系数。

　　所述钇具有较大的原子半径，能促进金属晶格明显膨胀、增加了变形时的阻力，在晶界处偏聚并细化晶粒，增大了晶界面积，从而提高合金的位错密度，增加钛银合金硬度。所述钇有助于提高钛银合金再结晶温度、有效延缓了钛银合金的再结晶过程，增强了合金的抗时效软化能力。

　　所述钒能提高钛银合金的强度、硬度和抗烧损性。但钒含量过高，会导致晶界处出现龟裂而且不利于加工。

　　所述铌有助于提高钛银合金的强度、塑性加工性、抗氧性和抗碱金属腐蚀性能。而且可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调整合金的韧性。

　　作为一种优选的实施方式，所述钛银合金组分还包括10～20份添加剂，所述添加剂包括石墨、抗磨剂、润滑剂。

　　作为一种优选的实施方式，所述石墨、抗磨剂和润滑剂的重量份比为：1：(2～4)：(1～2)。

　　所述抗磨剂为磷酸酯和/或聚四氟乙烯。

　　作为磷酸酯的实例，可以列举的有磷酸三甲酚酯、亚磷酸二正丁酯、磷酸三苯酯等。

　　所述润滑剂选自二硫化钼、硫化钨、mose2、wse2、聚乙烯蜡、氮化硼中的一种。

　　所述添加剂主要用于辅助各组分的相溶性。

　　所述石墨和润滑剂都是高溶性产品，可以降低组分之间的磨损，所述抗磨剂可以提高整个合金的耐磨性。

　　作为一种优选的实施方式，所述钛、钇、钒、铌的重量份比为1：(0.1～0.3)：(0.5～1)：(0.01～0.1)。

　　优选地，所述钛、钇、钒、铌的重量份比为1：0.2：0.5：0.05。

　　本申请中通过加入钼、锰可以有效提高合金的强度，但是提高强度的同时会造成韧性的下降。通过在合金中加入钇、铌、钒金属元素，在提高合金强度的同时能提高合金的韧性。可能的原因是：钇、铌、钒、钛四种元素相互作用，作为固体质点，使晶核的生长呈树枝状，当遭遇外来作用力时，同样的形变量可分散到更多的晶粒中，产生较均匀的形变而不会造成局部应力过度集中。特别是钛、钇、钒、铌的重量份比为1：(0.1～0.3)：(0.5～1)：(0.01～0.1)时，各个晶粒在长大时彼此交叉，枝状间搭接牢固，裂纹不易扩张。

　　作为一种优选的实施方式，所述钼、钇的重量份比为(2～5)：1。

　　本申请中，银易于硫化反应生成硫化银而变黑。特别是在工业较为集中的城市空气中，含有工业化有害气体如h2s、so2、cl2、co2、nox等，使银表面层易产生腐蚀变色，由银白色变为浅黄色再为褐色最后黑色。在钛银合金中加入钼、钇能有效防止银被腐蚀。特别是在钛、钇、钒、铌的重量份比为1：(0.1～0.3)：(0.5～1)：(0.01～0.1)时，钼、钇的重量份比为(2～5)：1，钛银合金在保持高韧性、高强度的同时具有良好的抗硫化能力。

　　本发明的第二方面提供了所述钛银合金的方法，该方法包括以下步骤：

　　s1将铁、银、钛、锰、白铜、钼、硅、铬、镍、钇、钒、铌每种粉末单个进行退火；

　　s2将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理；将分级后粉末采用机械式干混法进行混合；

　　s3将混合后的粉末采用振动筛或辊筒制粒机进行制粒；将制作好的颗粒在模压机中压制成生坯；

　　s4在氩气气氛下对生坯进行高温烧结，真空度为10～3pa、加热至1300～1700℃，反应3～6h。

　　下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

　　另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。

　　实施例

　　实施例1

　　一种钛银合金，按重量份计，包括以下组分：

　　铁55份；银2份；钛2份；锰1份；白铜2份；钼2份；硅1份；铬2份；镍2份；钇0.01份；钒1份；铌0.01份，添加剂10份。

　　所述添加剂包括2份石墨、4份抗磨剂聚四氟乙烯和4份润滑剂二硫化钼。

　　一种制备上述钛银合金的方法，包括以下步骤：

　　s1将铁、银、钛、锰、白铜、钼、硅、铬、镍、钇、钒、铌每种粉末单个进行退火；

　　s2将退火后的粉末每种单个采用标准筛网对其进行分级处理，选出颗粒粒度为100～200目的粉末；将分级后粉末和添加剂采用机械式干混法进行混合；

　　s3将混合后的粉末采用辊筒制粒机进行制粒；将制作好的颗粒在模压机中压制成生坯；

　　s4在氩气气氛下对生坯进行高温烧结，真空度为8pa、加热至1600℃，反应4h。

　　实施例2

　　一种钛银合金，按重量份计，包括以下组分：

　　铁78份；银10份；钛10份；锰3份；白铜5份；钼5份；硅4份；铬7份；镍6份；钇2份；钒6份；铌1份，添加剂14份。

　　所述添加剂包括2份石墨、8份抗磨剂聚四氟乙烯和4份润滑剂二硫化钼。

　　一种制备上述钛银合金的方法，具体步骤同实施例1。

　　实施例3

　　一种钛银合金，按重量份计，包括以下组分：

　　铁60份；银5份；钛6份；锰2份；白铜3份；钼4份；硅3份；铬5份；镍4份；钇1份；钒3份；铌0.6份，添加剂12份。