基于鈦廢殘料制備高性能鈦合金坯技術

所屬學院：工程技術研究院

合作方式：?整體轉讓 ?技術許可 ?作價入股 ?合作開發 ?其它_____

成果簡介：

鈦合金輕質、高強、耐蝕耐熱，是近些年快速發展的戰略性金屬結構材料。但由于鈦本身性質導致在鈦產品的生產過程中必然會產生一定的殘料和邊角屑料。據統計，在海綿鈦生產過程中會產生10%的鈦廢殘料，在加工成材過程中會產生70~80%的邊角屑。目前國內積壓了大量的鈦廢料，同時今后每年仍會產生大量廢料。為此，將鈦廢料“變廢為寶”，能夠顯著降低鈦材成本，拓展鈦材應用至民用領域，同時顯著增加鈦資源的利用效率，助力產業轉型升級。

為此，我們開發了一種全流程粉末冶金鈦型材制造技術。采用鈦屑為原料，經過吸氫破碎為粉，添加固氧活化燒結劑后進行壓制、燒結形成坯料。在這一技術路線中，克服了鈦粉吸氧惡化材料塑性、鈦粉高溫燒結晶粒粗化等關鍵技術瓶頸，形成了鈦粉固溶氧無害化處理技術、鈦燒結坯控形控性技術兩項關鍵技術。所制造的粉末燒結坯料性能達到并超過目前熔鍛鈦合金水平，并降低成本30%以上。

成熟程度及推廣應用情況：

目前處于何種研發階段：?研發 ?小試 ?中試 ?小批量生產 ?產業化。

推廣應用情況：本項目通過回收鈦屑所制備的鈦合金坯料已經完成了熱加工的小試驗證，需進一步進行放大驗證。

技術優勢：

本技術提出的鈦合金氧無害化處理方法，利用活性燒結助劑溶解粉末鈍化膜，吸附固溶氧、形成穩定的氧化物。實現粉末活化燒結的同時顯著提高其力學性能。解決了鈦屑雜質含量高，制坯性能差的瓶頸問題。通過該技術制造的鈦合金坯性能滿足鍛件性能標準。

性能指標：

①外形尺寸：圓坯最大外徑300mm，最大長度600mm。燒結坯尺寸精度為±5mm。②微觀組織：燒結態TC4合金微觀組織與傳統兩相區加工組織相似，α平均長度15~25μm，滿足GB/T13810-2007 A6級和ETTC2 評級A6/A14級。③室溫力學性能TC4坯料抗拉強度σb≥920MPa，屈服強度σp0.2≥860MPa，延伸率δ5≥13%。滿足并超過ASTM B381-13以及GB/T 25137-2010關于鈦合金鍛件標準。

市場分析和經濟效益分析：

據統計2020年我國鈦材產量約15萬噸，但從鈦材制備鈦產品僅有10~20%的材料利用率，多數鈦成為制備加工過程廢料而被遺棄或用于低端行業，造成鈦資源的極大浪費的同時也制約鈦產業綠色、循環發展。若將這些鈦廢料回收利用制成鈦制品，會產生極大的經濟價值。本技術將以鈦屑為主的廢料用于回收制坯，成本相比真空熔煉坯料成本降低40%以上。

成果亮點：

北京科技大學具有自主知識產權，研究成果已授權中國發明專利2項，申請中國發明5項；2020年9月8日通過了中國有色金屬協會組織的技術成果鑒定會，經3位院士及同行專利鑒定，研究成果被評為“國際領先水平”；目前獲得包括中國有色金屬工業科學技術獎（發明）一等獎在內的3項行業省部級科技獎。

團隊簡介：

路新教授，工學博士，研究員，博士生導師，國家優秀青年基金獲得者，先進粉末冶金鈦材料研究室首席教授，長期從事粉末冶金鈦應用基礎研究，先后主持和承擔國家自然科學基金、863計劃、中國航空基金、北京市自然科學基金等項目30余項，發表學術論文100余篇，申獲PCT專利、國家發明專利等30余項，出版專著2部。曾獲中國有色金屬工業科學技術獎（技術發明）一等獎等行業省部級獎勵5項及第十屆中國金屬學會冶金青年科技獎、中華國際科學交流基金會杰出工程師青年獎等多項榮譽稱號。兼任《粉末冶金技術》期刊副主編、中國材料學會青年委員會理事、北京機械工程學會粉末冶金分會理事長、中國生物材料學會青年委員會委員等。

“先進粉末冶金鈦材料研究室”團隊圍繞航空航天、海洋工程、生物醫用、電子通訊等領域對輕質高強金屬材料的廣泛需求，長期致力于以鈦基合金為代表的球形粉體制備、材料成分結構設計、制件近終成形、以及材料服役性能表征、微合金強韌化機理等方面的系統理論和應用技術研究，為高性能、高穩定性、低成本鈦基合金制品的研發和產業化應用提供理論和技術支持。團隊現有教授2名，副教授1名，講師2名，研究生30余名。

成果相關照片：

圖1 固氧后形成的氧化物顆粒透射電鏡照片

   圖2燒結態和擠壓態力學性能

聯系方式：

北京科大科技園

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