專利名稱：高密度鈦合金體的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種高密度鈦合體的制造方法，尤其涉及一種利用粉末治金燒結方法而成的高密度鈦合金體制造方法。
鈦材料本身是一種高強度且質輕耐腐蝕的優良材料，以往的鈦合金成型體制造方法大體上有鑄造、燒結、以及板材沖壓成型等方法。其中，以鑄造方法成型者雖可達較高的強度，但品質不穩定，產量有限，且成本高；以燒結方法成型者致密度不高，拉伸強度、延展性、強度不足；以板材沖壓方式成型者，受限于鈦合金的高硬度，模具損耗程度高，且形狀變化不多且不夠精確，例如直角部位成型不理想。而且，就燒結方式而言，在某些應用方面，為改良其強度的不足，除了傳統的直接以鈦粉擠壓成型方式外，亦有利用粉末注射成型方式者。其中，就傳統擠壓成型方式而言，為使鈦合金生胚易于脫離模具，不會造成卡模，必須使用大量的脫模劑；然因傳統燒結方式無法將脫模劑完全排除，造成燒結所得的鈦合金體的密度不高。就注射成型方式而言，一方面為了燒結致密性，會使用較小顆粒的鈦合金粉；再一方面為利于脫模，亦會使用大量的脫模劑，且使用量比傳統燒結法更多；另一方面為了排除大量的脫模劑，使用一種化學淬取方法通過特殊設備來排除脫模劑；只是該化學脫模劑排除方法不僅成本高、時間長，且經該方法所得的鈦合金體成品的密度亦僅能達到理想值的95％，且強度亦不及鑄造品。
另外，由于鈦合金具有優良性質，其運用范圍愈趨廣泛，除了眼鏡架外，亦試圖用于其它方面，例如高爾夫球桿的擊球面等。然而，若以鑄造配合切割方式制成，會有成本相當高的問題。若以沖壓成型方式制成，會有無法沖出一具良好構形的問題；而且，擊球面一般會設有一非常淺的凹陷邊緣，便利于組裝至桿頭上，因而該凹陷邊緣的角度必須非常精準。另外，若以習知燒結方式制成，會有強度不夠、不適用于諸如擊球面等需要相當高強度的產品上的問題。因此，上述各種長久習用的方法顯然無法制得一兼具較低成本、較高穩定度、較精確構形、較高強度、以及較高密度的鈦合金體。
本發明的目的在于提供一種兼具較低制造成本、較精確構形、較高強度的高密度鈦合金體制造方法。
為實現上述目的，本發明公開了一種高密度鈦合金體的制造方法，其包含一拌粉造粒步驟，將鈦粉與其它合金粉相混合并制成顆粒狀鈦合金粉；一高壓擠壓成型步驟，利用模具將該等鈦合金粉顆粒通過高壓擠壓成一特定形狀物體生胚；以及，一高溫燒結步驟，對該生胚進行高溫加熱，而制成一鈦合金體。
通過上述方法，雖以燒結方法制成，但因在開始時先將鈦粉與合金粉制成顆粒狀，并以高壓擠壓成型方式形成鈦合金體生胚，且以高溫進行燒結，將可以防止生胚在擠壓成型步驟中產生卡模問題，并能使鈦合金體生胚中的粘結劑、脫模劑等確實移除，而使鈦合金燒結體的密度大為提高。而且，該鈦合金粉顆粒的直徑最好大于150篩目，擠壓壓力最好大于每平方厘米2.8頓(Ton/cm2)，且溫度最好高于1200℃，如此一來，將可以制得一密度高達理想值的99％以上的高密度鈦合金體。
本發明的目的、特征及功效可通過參考下列附圖所示的較佳實施例的說明而更為明了。
圖2為一根據本發明的方法的流程示意圖。
圖3為一顯示特定溫度下成型壓力與燒結密度間的關系的曲線圖。附圖符號的說明1 擊球面11 階梯狀凹陷部12 橫溝2 鈦粉3 合金粉4 鈦合金顆粒5 擊球面生胚優選具體實施例的說明

圖1顯示一種尤其適用于以本發明所述方法制成的高爾夫球桿擊球面1的截面示意圖。如圖1所示，高爾夫球桿擊球面1的周緣具有一階梯狀凹陷部11，供嵌合至桿頭(未示出)上，此外，在擊球面1的表面上，形成有多數橫溝12，用以增加止滑效果。其中，凹陷部11的彎角幾乎成直角狀，橫溝12的底部截面亦呈凹狀。
圖2顯示一根據本發明的方法的工藝示意圖。如圖2所示，本發明的高密度鈦合金體制造方法，首先將鈦粉2與鋁、釩等其它合金粉3加以混合并制成顆粒狀而得到鈦合金顆粒4，其中鈦粉約占90％，其它例如鋁粉6％、釩粉3％等。另外，為制得較高密度鈦合金體，鈦粉的粒徑最好低于325篩目。且其氯含量最好低于0.15％。而且，為避免稍后在利用模具成型當中造成卡模問題，鈦合金顆粒的大小最好約略大于150篩目。
制得鈦合金顆粒4之后，即利用模具(未示出)對該等鈦合金顆粒4進行高壓擠壓成型，而制得一例如圖2所示的擊球面生胚5。此時，為使各顆粒4緊密結合在一起，如圖3的實驗數據得知，對于后續一特定燒結溫度而言，當擠壓壓力達每平方厘米4.4噸(Ton/cm2)時，將可以制得一密度高達理論密度99％的鈦合金體，亦即每立方厘米4.4克(g/cm3)，且在2.8Ton/cm2以上，即可制得一比習知還好的96％以上的密度達成率。
生胚制作完成后，為使各材料完全融合，并使少量結合劑、脫模劑等完成排除，即進行一高溫燒結的步驟。該高溫燒結最好在一真空環境中進行，且經由實驗得知，當燒結溫度高達1200℃以上時，并配合進行一8小時、溫度520℃的熱處理，以及前述擠壓壓力，將可以制得一密度高達理想值的99％的鈦合金體。
對依據上述方法燒結而得的鈦合金體于進行各種性質測試后，具有如下表一所列的性質。其中同時列出了若以鑄造方式制成時的性質。表一
由上述結果可知，根據本發明所制成的鈦合金體在與鑄造而得者相比較的下，其密度可高達理論密度的99％以上，其硬度甚至比鑄造而得者還高，強度亦非常良好。因此，本發明除了達到任何習知燒結方法所無法達成的性質外，在制制成本、產量、品質穩定等方面，亦較習知鑄造方法更為實用，因而可以制得一非常適用于例如擊球面等的具有極佳耐沖擊力的鈦合金體。
而且，經由上述數據亦可知，本案所述鈦合金燒結方法亦可應用于任何需要高密度、高強度的鈦合金體的物品上。例如輪框等。因此本發明的上述實施例雖舉擊球面為例作說明，但應不限于擊球面。
綜上所述，以上雖已例舉本發明的較佳實施例作說明，但在不背離本發明的精神與范圍下，仍可作任何等效的變更。因此，任何對于熟悉此技術的人士屬顯而易見的變更或改進都應在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種高密度鈦合金體制造方法，其包含一拌粉造粒步驟，將鈦粉與其它合金粉相混合并制成顆粒狀鈦合金粉；一擠壓成型步驟，利用模具將該等鈦合金粉顆粒擠壓成一特定形狀法人鈦合金體生胚；一燒結步驟，對該生胚進行加熱，而制成一鈦合金體。
2.如權利要求1所述的方法，其中每一鈦合金粉顆粒直徑大于150篩目。
3.如權利要求1所述的方法，其中該擠壓成型壓力達每平方厘米2.8噸以上。
4.如權利要求1所述的方法，其中燒結加熱溫度達攝氏1200度以上。
5.如權利要求1所述的方法，其中各粉體的原始顆粒直徑小于325篩目。
全文摘要
本發明公開了一種高密度鈦合金體的制造方法,其包含造粒步驟、擠壓成型步驟、以及高溫燒結步驟。其次,并通過選擇適當鈦合金粉原始顆粒大小,以及造粒直徑大小,并使高壓擠壓成型的生胚受到高溫燒結,將可以制得一高密度的鈦合金體。
文檔編號B22F3/12GK1335415SQ0012149
公開日2002年2月13日 申請日期2000年7月25日 優先權日2000年7月25日
發明者詹淑玉, 鄭錦樑 申請人:創世紀科技股份有限公司