钛粉末材料、钛材以及氧固溶钛粉末材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种氧固溶钛粉末材料的制备方法，其包括：在含氧的气氛下160℃以上且低于600℃的温度范围内加热，使在钛粉末粒子的表面形成钛氧化皮膜的工序；以及在不含氧的气氛下450℃以上且熔点以下的温度范围内加热具有钛氧化皮膜的钛粉末材料，分解形成于各钛粉末粒子表面的钛氧化皮膜、并使此时解离后的氧原子固溶于各钛粉末粒子的基质中的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种钛粉末材料以及钛材，特别涉及固溶了氧的高强度钛粉末材料、钛材以及它们的制备方法。
技术介绍
钛是有着钢的大约1/2的低比重的轻质原材，具有耐腐蚀性和强度优异的特征，因此，被利用于对轻质化有较高需求的飞机、铁路车辆、二轮车、汽车等的部件、家电产品或建筑用材料。另外，从优秀的耐腐蚀性的观点出发，也作为医疗用原材使用。但是，比较钢铁材料或铝合金，由于钛的材料成本较高，因此，其使用对象受到了限制。特别是钛合金虽然具有超出1000MPa的较高的拉伸强度，但其存在没有充分的延展性(断裂伸长率)、以及缺少在常温或低温范围内的塑性加工性能的问题。另一方面，纯钛在常温下具有超出25％的较高的断裂伸长率，并且在低温范围内具有优异的塑性加工性，但其存在拉伸强度为较低的400～600MPa左右的问题。由于对钛的高强度和高延展性的兼容、以及材料成本的降低的要求十分强烈，因此进行了各种研究。特别是从低成本化的观点出发，作为现有技术，研究了许多以氧这样比较廉价的元素而不是钒、钪、铌等高价的元素进行的高强度化。例如，日本特开2012-241241号公报(专利文献1)提出了以下工序作为用于得到氧固溶钛材料的方法。(a)准备钛粉末和TiO2粒子的工序。(b)调整TiO2粒子的添加量，使其相对于混合粉末整体按照质量基准为0.5％～3.0％，并混合钛粉末和TiO2粒子的工序。(c)在从700℃到低于TiO2的熔点的温度范围内且在真空气氛中，烧结上述混合物，使TiO2粒子热分解，使解离后的氧原子固溶于钛中的工序。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-241241号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题日本特开2012-241241号公报公开的方法、也就是使用TiO2粒子通过粉末冶金法制作的钛材与溶解制法材相比较，能够维持较高的强度和较高的延展性。但是，本申请的专利技术人进行了进一步的研究，其结果，发现了上述还存在需要改进的地方。由于TiO2粒子的粒径较小，因此容易形成凝聚体。具体来说，当增加TiO2粒子的添加量时，形成TiO2粒子的凝聚体，TiO2的分解无法完全进行，残留的TiO2粒子将成为损坏的起点，引起延展性的降低。考虑到上述问题，在利用TiO2粒子的粉末冶金法中，为了维持合理的延展性，存在TiO2粒子的添加量的上限，换言之，存在氧固溶量的上限。本专利技术的目的在于提供一种维持合理的延展性并且能够使大量的氧固溶于钛粉末材料中的氧固溶钛粉末材料的制备方法。本专利技术的其他目的在于提供一种维持合理的延展性并且固溶有大量氧的钛粉末材料以及钛材。解决技术问题的手段根据本专利技术的氧固溶钛粉末材料的制备方法包括以下工序：(a)在含氧的气氛中加热包含钛粉末粒子的钛粉末材料，使在上述钛粉末粒子的表面形成钛氧化皮膜的工序；(b)在不含氧的气氛中加热具有上述钛氧化皮膜的钛粉末材料，分解形成于各钛粉末粒子表面的钛氧化皮膜、并使此时解离后的氧原子固溶于各钛粉末粒子的基质中的工序。优选以形成钛氧化皮膜以及紧接着的钛氧化皮膜的分解为一循环，通过进行多次循环，增加向各钛粉末粒子的基质中的氧固溶量。用于形成钛氧化皮膜的加热温度优选为160℃以上且低于600℃，用于分解钛氧化皮膜的加热优选为450℃以上且熔点以下。优选通过将所述钛粉末材料收容于回转窑式加热炉内，进行有利于钛氧化皮膜的形成以及钛氧化皮膜的分解的热处理。根据任一上述揭示的方法制备的氧固溶钛粉末材料具有以下特征。即，各钛粉末粒子在其表面具有在大气中自然形成的氧化膜，向各钛粉末粒子的基质中固溶的氧量比自然形成的氧化膜中的氧量多。优选各钛粉末粒子的含氧量按照质量基准为0.4％～4.7％，进一步优选为1.15％～1.9％。在一实施方式中，构成钛粉末材料的钛粉末粒子由纯钛构成，钛粉末粒子的基质的显微维氏硬度的平均值为200～600。使用根据任一上述揭示的氧固溶钛粉末材料成形为规定的形状的钛材也是本专利技术的对象。在一实施方式中，该钛材为纯Ti粉末挤出材料，相对于挤出材料整体的含氧量为1.2质量％以上，断裂伸长率为18％以上。作为使钛粉末材料固化并形成钛材的方法，例如有压粉成形·烧结、热挤压加工、热轧加工、热喷涂、金属注射成形、粉末层叠造形等。通过下述的内容说明上述的特征的构成的作用效果或技术意义。附图说明图1是示意地表示本专利技术特征的图。图2是表示对纯钛原料粉末进行氧化热处理和固溶化热处理时的Ti的衍射峰的变化的图。图3是表示对纯Ti原料粉末进行氧化热处理和固溶化热处理时的TiO2的衍射峰的变化的图。图4是表示通过进行多次氧化热处理和固溶化热处理的循环所导致的含氧量的变化的图。图5是表示对纯钛原料粉末进行氧化热处理和固溶化热处理时的显微维氏硬度的变化的图。图6是表示含氧量和拉伸强度的关系的图。图7是表示含氧量和耐力的关系的图。图8是表示对纯Ti粉末挤出材料进行拉伸试验后的断裂面的扫描型电子显微镜照片。图9是表示Ti粉末之间的一部分熔融形成块状的情况的照片。图10是表示试样温度与发热量、重量增加率之间的关系的图。具体实施方式图1是示意地表示本专利技术特征的图。首先，使用该图1说明本专利技术的概要，之后说明更详细的数据等。[准备钛粉末材料]准备包含大量的钛粉末粒子的钛粉末材料。在这里，“钛粉末粒子”可以是纯钛粉末粒子或钛合金粉末粒子中的任意一者。各钛粉末粒子在其表面具有在大气中自然形成的氧化膜(自然氧化膜)，但由于是非常薄的膜，因此在图1中未图示自然氧化膜。自然氧化膜的厚度为0.1～1μm左右。[形成钛氧化皮膜]在含氧的气氛中加热准备的钛粉末材料，在各钛粉末粒子的表面形成钛氧化皮膜。促进钛氧化皮膜形成的热处理优选将钛粉末材料收容于回转窑式加热炉内进行。加热条件例如为下述。加热气氛：10vol.％O2-90vol.％Ar的混合气体混合气体流量：1L/mmin.加热温度：200℃保持时间：30min.转速：20rpm.通过上述氧化热处理，在各钛粉末粒子的表面形成钛氧化皮膜。使用回转窑式加热炉是为了通过对钛粉末材料施加旋转或振动而防止在氧化热处理时钛粉末粒子之间预烧结而成为块状。另外，含有氩气是为了防止由于氧过多造成的钛粉末材料的异常发热。[固溶化热处理]在不含氧的气氛中加热表面具有钛氧化皮膜的钛粉末材料，将形成于各钛粉末粒子表面的钛氧化皮膜分解，使在这时解离的氧原子固溶于各钛粉末粒子的基质中。促进钛氧化皮膜的分解的热处理优选将钛粉末材料收容于回转窑式加热炉内进行。也可以使用相同的回转窑式加热炉进行上述氧化热处理和固溶化热处理。加热条件例如为下述。加热气氛：100vol.％Ar气气体流量：1L/min.加热温度：600℃保持时间：30min.或60min.转速：20rpm.通过上述固溶化热处理，通过钛氧化皮膜的分解生成的氧原子向各钛粉末粒子的基质中均等地扩散并固溶。由此，能够得到作为目的的氧固溶钛粉末材料。将如上述地得到的氧固溶钛粉末材料放置于大气中，在各钛粉末粒子的表面形成自然氧化膜。相对于各钛粉末粒子整体，自然氧化膜中的氧量最多为0.2质量％左右。若通过本专利技术的方法进行氧化热处理和固溶化热处理，则固溶于各钛粉末粒子的基质中的氧量高于自然氧化膜中的氧量。[氧化热处理-固溶化热处理的反复]即使增加氧化热处理的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧固溶钛粉末材料的制备方法，其包括：在含氧的气氛中加热包含钛粉末粒子的钛粉末材料，使在所述粉末粒子的表面形成钛氧化皮膜的工序；在不含氧的气氛中加热所述具有钛氧化皮膜的所述钛粉末材料，分解形成于所述各钛粉末粒子表面的钛氧化皮膜、使此时解离后的氧原子固溶于所述各钛粉末粒子的基质中的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.10 JP 2014-0033921.一种氧固溶钛粉末材料的制备方法，其包括：在含氧的气氛中加热包含钛粉末粒子的钛粉末材料，使在所述粉末粒子的表面形成钛氧化皮膜的工序；在不含氧的气氛中加热所述具有钛氧化皮膜的所述钛粉末材料，分解形成于所述各钛粉末粒子表面的钛氧化皮膜、使此时解离后的氧原子固溶于所述各钛粉末粒子的基质中的工序。2.根据权利要求1所述的氧固溶钛粉末材料的制备方法，其中，以形成所述钛氧化皮膜以及紧接着的所述钛氧化皮膜的分解为一循环，通过进行多次循环，增加向所述各钛粉末粒子的基质中的氧固溶量。3.根据权利要求1或2所述的氧固溶钛粉末材料的制备方法，其中，用于形成所述钛氧化皮膜的加热温度为160℃以上且低于600℃，用于分解所述钛氧化皮膜的加热温度为450℃以上且熔点以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的氧固溶钛粉末材料的制备方法，其中，通过将所述钛粉末材料收容于回转窑式加热炉内，进行有利...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤胜义，
申请(专利权)人：近藤胜义，株式会社海莱客思，
类型：发明
国别省市：日本;JP