包覆型钛粉的制备及其近净成形研究

发布时间：2020-04-16 00:38

【摘要】：粉末冶金技术具有能耗低、原料利用率高及近净成形的优势,能够克服传统熔铸钛合金及钛基复合材料加工成本高、复杂结构难制备等问题,因此在钛合金及钛基复合材料的制备方面得到了广泛应用。然而,由于粉末原料存在合金化元素或增强相与钛粉混合不均匀以及杂质污染等问题,这不但损害了材料的组织均匀性和力学性能,而且导致成形后零部件的形状与精度难以控制,严重制约了其工程应用。本论文提出通过制备包覆型钛粉,解决粉体原料中合金元素或增强相与钛粉混合不均匀等问题,并采用与之匹配的粉末冶金近净成形技术制备钛合金及钛基复合材料,研究包覆型钛粉对材料烧结收缩行为、致密度及组织性能等影响规律。本论文采用化学镀制备了不同镍含量的镍包覆钛复合粉体,实现了纳米级镍颗粒在钛粉表面的均匀包覆,并通过低成本模压真空烧结技术制备钛合金。包覆型钛粉由于在烧结过程中纳米镍颗粒早期快速溶解扩散机制,能够促进烧结收缩,并使材料发生线性收缩从而实现对材料形状和精度的控制,同时形成等轴α相晶粒,对比机械混合粉体,包覆型钛粉制备的钛合金致密度更高、组织更均匀。进一步对比两种粉体制备钛镍合金的室温拉伸性能,镍包覆钛复合粉体制备钛镍合金具有更高的屈服强度,同时塑性较好。镍含量为3.45 wt.%的包覆型钛粉制备的钛合金具有较为优异的拉伸性能,其屈服强度为570 MPa,延伸率达到了7.2%,约为相同镍含量混合粉体制备样品延伸率的2倍。通过设计并调节新型化学镀液的用量,在钛粉表面包覆镍的同时引入适量硼元素,硼在钛合金烧结过程中形成的TiB能够起到晶粒细化作用,从而进一步提高钛合金力学性能。在制备镍包覆钛复合粉体研究的基础上,通过调节化学镀工艺参数,在钛粉表面镀覆具有催化作用的纳米镍颗粒,然后采用流化床化学气相沉积技术原位合成碳纳米管包覆钛复合粉体。在优化后的工艺参数条件下,合成了晶化程度高、高长径比并在钛粉表面均匀分散的碳纳米管。采用放电等离子烧结技术对碳纳米管包覆钛复合粉体进行烧结得到钛基复合材料。在烧结温度为800°C时,钛基复合材料压缩屈服强度达到865 MPa,比相同条件下制备的纯钛提高了近25%,这主要由于碳纳米管的第二相强化作用。随着烧结温度的提高,材料的致密度和压缩屈服强度不断提高,当烧结温度超过900°C时,碳纳米管与钛基体发生强烈界面反应生成大量TiC导致材料塑性明显降低。
【图文】：

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图 1.1 液相烧结二元相图Fig. 1.1 Binary phase diagram of liquid phase sinterin能显著地提高钛合金烧结密度，但烧结过程中从而造成材料缺陷和晶粒粗化等，恶化了钛合制，，分布不均等将导致无法预估材料收缩量，情况。相烧结（Transient Liquid Phase Sintering）中液相只存在于烧结初和中期，在后期液相消取如图 1.2 所示。瞬时液相烧结由于液相存在以减少晶粒增大，一般可通过提高低熔点组

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图 1.1 液相烧结二元相图Fig. 1.1 Binary phase diagram of liquid phase sinte能显著地提高钛合金烧结密度，但烧结过程从而造成材料缺陷和晶粒粗化等，恶化了钛制，分布不均等将导致无法预估材料收缩量情况。相烧结（Transient Liquid Phase Sintering）中液相只存在于烧结初和中期，在后期液相取如图 1.2 所示。瞬时液相烧结由于液相存以减少晶粒增大，一般可通过提高低熔点
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF123.23

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