不同粉末粒度的粉末轧制多孔钛板的孔隙性能研究

发布时间：2021-08-12 20:54

　　为满足湿法冶金、氯碱、水处理、制药等行业对多孔钛板过滤元件的需求,以粉末轧制法制备多孔钛板为出发点,开展了满足轧制工艺要求的多孔钛板粉末轧制、烧结、性能测试等研究。通过对不同性能的钛粉进行粉末轧制、真空烧结,制得了宽度为420 mm、厚度不同、组织均匀的多孔钛板,研究了不同粉末性能对其孔隙度、最大孔径和透气度的影响。结果表明:随着粉末粒度的减小,多孔钛板的密度有所增大,孔隙度、最大孔径和透气度逐渐减小。其中,多孔钛板最大孔径和透气度的变化规律与模压多孔材料的相同。在追求孔隙度最大化时,以最小的轧制压力轧制成型多孔钛板,粉末粒度越大,其厚度越大。当粉末粒度相同时,多孔钛板厚度越大,其内部孔道路径越长,孔结构越复杂,气体在透过多孔结构通道时所消耗的能量也越多,透气度则越低。 

【文章来源】：中国材料进展. 2020,39(03)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

气流磨钛粉末的SEM照片

本文选用的四辊卧式粉末轧机的工作辊直径为50 mm，轧辊宽度为500 mm且水平布置，沿垂直方向进料。轧制前，需要对轧辊表面进行清理，以确保轧辊表面无灰尘及其他粉末颗粒等杂质附着[4]。粉末轧制结合真空烧结制备多孔钛板的工艺过程如图2所示[15]，为了获得最大的孔隙度和最小的厚度，对于不同粉末粒度的钛粉，通过调节最小辊间距、辊转速和成型所需的最小轧制压力等参数，轧制出宽度为420 mm、长度≥1000 mm，厚度不同、密度均匀的连续生坯带，不同粒度钛粉的轧制工艺参数如表2所示。将连续成型的轧制钛膜板坯平铺在平整的水平料架上，随后装入真空烧结装置中，其真空度≤10-2Pa，在烧结温度为1100℃下保温2 h，从而获得多孔钛板。采用电弧线切割法，垂直于轧制方向对多孔钛板进行线切割获得Φ50 mm圆片。

图4a为粒度分布于150～104μm的钛粉轧制后的钛膜板坯断面SEM照片，可以看出颗粒和颗粒之间是分离的。在1100℃下烧结2 h后其断面SEM照片如图4b所示，颗粒间有烧结颈相连，孔隙缩小或消失。这是因为钛膜板坯在1100℃的高温下，颗粒间原子获得了大量的能量，变得特别活跃，原子通过颗粒间原始接触点或面扩散转变成冶金结合，从而形成烧结颈。随着原子继续扩散，其向颗粒界面大量迁移，烧结颈扩大、颗粒间距缩小，形成连续、细小的孔隙网络;而且随着烧结时间延长，孔隙不断缩小、消失、重合，烧结体发生收缩，其密度增加、孔隙度减小[16]。由此可以分析出，随着粉末粒度的减小，颗粒间的接触点或面增多，原子扩散距离减少，有利于孔隙的缩小或消失，但这对于追求孔隙度最大化的多孔材料是不利的。表5为不同粒度的钛粉以最小轧制压力轧制出的不同厚度的连续成型钛膜板坯，在1100℃下烧结2 h后得到的多孔钛板的静态拉伸性能。可以看出，粉末粒度越小，多孔钛板的抗拉强度越大，但其增加幅度不大，这表明粉末粒度对多孔钛板抗拉强度的影响较小。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]钛合金粉末冶金工业化生产技术[J]. 王海英,郭志猛,芦博欣,张策.  钛工业进展. 2017(01)
[4]大规格粉末轧制多孔钛板的制备及拉伸性能[J]. 赵少阳,谈萍,陈刚,汪强兵,杨保军,刘晓青,杨坤,贺卫卫.  粉末冶金材料科学与工程. 2015(05)
[5]金属带材粉末轧制的研究[J]. 张忠伟,汪凌云,黄光胜,牛禧.  轻合金加工技术. 2005(04)



本文编号：3339058