基于钛废残料制备高性能钛合金坯技术

所属学院：工程技术研究院

合作方式：☐整体转让 ☒技术许可 ☐作价入股 ☒合作开发 ☐其它_____

成果简介：

钛合金轻质、高强、耐蚀耐热，是近些年快速发展的战略性金属结构材料。但由于钛本身性质导致在钛产品的生产过程中必然会产生一定的残料和边角屑料。据统计，在海绵钛生产过程中会产生10%的钛废残料，在加工成材过程中会产生70~80%的边角屑。目前国内积压了大量的钛废料，同时今后每年仍会产生大量废料。为此，将钛废料“变废为宝”，能够显著降低钛材成本，拓展钛材应用至民用领域，同时显著增加钛资源的利用效率，助力产业转型升级。

为此，我们开发了一种全流程粉末冶金钛型材制造技术。采用钛屑为原料，经过吸氢破碎为粉，添加固氧活化烧结剂后进行压制、烧结形成坯料。在这一技术路线中，克服了钛粉吸氧恶化材料塑性、钛粉高温烧结晶粒粗化等关键技术瓶颈，形成了钛粉固溶氧无害化处理技术、钛烧结坯控形控性技术两项关键技术。所制造的粉末烧结坯料性能达到并超过目前熔锻钛合金水平，并降低成本30%以上。

成熟程度及推广应用情况：

目前处于何种研发阶段：☐研发 ☒小试 ☐中试 ☐小批量生产 ☐产业化。

推广应用情况：本项目通过回收钛屑所制备的钛合金坯料已经完成了热加工的小试验证，需进一步进行放大验证。

技术优势：

本技术提出的钛合金氧无害化处理方法，利用活性烧结助剂溶解粉末钝化膜，吸附固溶氧、形成稳定的氧化物。实现粉末活化烧结的同时显著提高其力学性能。解决了钛屑杂质含量高，制坯性能差的瓶颈问题。通过该技术制造的钛合金坯性能满足锻件性能标准。

性能指标：

①外形尺寸：圆坯最大外径300mm，最大长度600mm。烧结坯尺寸精度为±5mm。②微观组织：烧结态TC4合金微观组织与传统两相区加工组织相似，α平均长度15~25μm，满足GB/T13810-2007 A6级和ETTC2 评级A6/A14级。③室温力学性能TC4坯料抗拉强度σb≥920MPa，屈服强度σp0.2≥860MPa，延伸率δ5≥13%。满足并超过ASTM B381-13以及GB/T 25137-2010关于钛合金锻件标准。

市场分析和经济效益分析：

据统计2020年我国钛材产量约15万吨，但从钛材制备钛产品仅有10~20%的材料利用率，多数钛成为制备加工过程废料而被遗弃或用于低端行业，造成钛资源的极大浪费的同时也制约钛产业绿色、循环发展。若将这些钛废料回收利用制成钛制品，会产生极大的经济价值。本技术将以钛屑为主的废料用于回收制坯，成本相比真空熔炼坯料成本降低40%以上。

成果亮点：

北京科技大学具有自主知识产权，研究成果已授权中国发明专利2项，申请中国发明5项；2020年9月8日通过了中国有色金属协会组织的技术成果鉴定会，经3位院士及同行专利鉴定，研究成果被评为“国际领先水平”；目前获得包括中国有色金属工业科学技术奖（发明）一等奖在内的3项行业省部级科技奖。

团队简介：

路新教授，工学博士，研究员，博士生导师，国家优秀青年基金获得者，先进粉末冶金钛材料研究室首席教授，长期从事粉末冶金钛应用基础研究，先后主持和承担国家自然科学基金、863计划、中国航空基金、北京市自然科学基金等项目30余项，发表学术论文100余篇，申获PCT专利、国家发明专利等30余项，出版专著2部。曾获中国有色金属工业科学技术奖（技术发明）一等奖等行业省部级奖励5项及第十届中国金属学会冶金青年科技奖、中华国际科学交流基金会杰出工程师青年奖等多项荣誉称号。兼任《粉末冶金技术》期刊副主编、中国材料学会青年委员会理事、北京机械工程学会粉末冶金分会理事长、中国生物材料学会青年委员会委员等。

“先进粉末冶金钛材料研究室”团队围绕航空航天、海洋工程、生物医用、电子通讯等领域对轻质高强金属材料的广泛需求，长期致力于以钛基合金为代表的球形粉体制备、材料成分结构设计、制件近终成形、以及材料服役性能表征、微合金强韧化机理等方面的系统理论和应用技术研究，为高性能、高稳定性、低成本钛基合金制品的研发和产业化应用提供理论和技术支持。团队现有教授2名，副教授1名，讲师2名，研究生30余名。

成果相关照片：

图1 固氧后形成的氧化物颗粒透射电镜照片

   图2烧结态和挤压态力学性能

联系方式：

北京科大科技园

010-62333830,62335841,62335665,62333626