机械合金化法制备TiNi合金的微观组织与性能

发布时间：2017-09-02 18:15

  本文关键词：机械合金化法制备TiNi合金的微观组织与性能

  更多相关文章： 机械合金化 TiNi形状记忆合金 高能球磨 粉末冶金 等离子体烧结(SPS)

【摘要】：TiNi形状记忆合金自1970年产生以来,以其优异的性能获得一些行业的青睐,目前近等原子比的TiNi合金是应用量最大的形状记忆合金,这主要由于其优异的形状记忆效应和超弹性能,以及高比强度、无磁性、耐蚀、耐磨、生物相容性好、高阻尼和电阻突变等特性。作为一种新型功能材料在众多领域得到广泛应用。传统的制备方法存在产品成分偏析的现象。机械合金化技术制备的NiTi合金,是一种具有非晶或微晶结构的材料,能够改善金属间化合物的脆性。本文主要对TiNi混合粉末机械合金化过程以及产物的微观组织和性能进行了研究。并从热力学和动力学角度对机械合金化产物做了分析。利用XRD、SEM、EDS等多种测试手段,对不同球磨时间下的产物的物相、微观形貌和元素成分进行了分析,研究表明：随球磨时间延长Ti-Ni混合粉末的微观组织发生了明显的改变,其在球磨过程中逐步形成置换固溶体,球磨19h开始出现非晶,27h的产物除非晶态TiNi合金粉外还有Ni固溶体相；高能球磨30h的产物除非晶相外,还发生明显的固相反应,生成了TiNi, Ni3Ti,Ti3Ni4等物相。此时合金化过程基本完成。球磨过程中,混合粉末成分逐渐趋于均匀,呈层片状复合颗粒。利用Miedema半经验模型对TiNi体系的合金化过程进行热力学计算,结果表明机械球磨过程中是按照固溶体→非晶→金属间化合物来进行。跟实验结果较为相符。另外,机械合金化过程中产生的大量缺陷也为扩散提供便利条件。球磨过程中晶粒细化以及产生的大量位错、晶界等各种缺陷使得Ti在Ni中的固溶度显著增加,这也是引起合金化的主要原因之一。对球磨30小时的合金粉末进行DSC测试和退火处理,DSC显示粉末在升温过程中都有非晶的晶化和连续相变过程,并且非晶转变温度和相变温度会随着球磨时间的延长有明显的降低。XRD结果显示在1000℃下主要退火产物是Ni3Ti、 Ti2Ni, TiNi2、TiNi和TiC,在650℃下主要退火产物与在1000℃下主要退火产物相似。但在上述两个退火温度下TiNi并不是主要物相,其中在650℃退火时TiNi的含量明显更低。利用常规真空烧结和等离子真空烧结两种烧结方式,结果表明：两种烧结方式下都不可能获得单一的具有形状记忆效应的TiNi相,但温度越高,TiNi相的相对比例越高,同时试样密度有所增加。利用等离子体烧结法得到的致密样品TiNi相比例较高,晶粒细密,达到微米级,硬度达900HV,是常规熔炼法制得TiNi合金的2-5倍,对等离子烧结法制备的样品进行力学性能测试,结果表明有一定形状记忆效应。
【关键词】：机械合金化 TiNi形状记忆合金 高能球磨 粉末冶金 等离子体烧结(SPS)
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 机械合金化的发展历史11
• 1.2 机械合金化的发展现状及应用领域11-12
• 1.3 机械合金化的基本原理12-14
• 1.4 机械合金化过程的主要影响因素14-16
• 1.5 机械合金化法的优点16-17
• 1.6 机械合金化法制备金属间化合物17-19
• 1.7 机械合金化法制备弥散强化金属间化合物19
• 1.8 机械合金化法制备金属间化合物19-20
• 1.9 TiNi合金及其合成工艺介绍20-23
• 1.10 TiNi合金的应用领域23-24
• 1.11 本课题研究的现状、研究目的和意义24
• 1.12 本课题的研究内容24-26
• 第2章 试验方法与设备26-31
• 2.1 试验流程图26-27
• 2.2 配料27
• 2.3 实验设备27-28
• 2.4 检测设备及方法28-31
• 第3章 TiNi合金粉末的制备与表征分析31-44
• 3.1 球磨时间对混合粉末微观形貌的影响31-35
• 3.2 球磨时间对TiNi粉末物相影响35-40
• 3.3 TiNi的机械研磨40-41
• 3.4 机械球磨过程中关于粉体污染问题的讨论41-42
• 3.5 小结42-44
• 第4章 机械合金化热力学分析44-62
• 引言44
• 4.1 Miedema理论模型简介44-47
• 4.2 元合金形成热的表达式47-48
• 4.3 Miedema半经验理论在TiNi体系机械合金化中的应用48-55
• 4.4 用公式(22)计算的结果及讨论55
• 4.5 机械合金化过程动力学分析55-57
• 4.6 机械合金化过程中TiNi元素的相互扩散57-59
• 4.7 机械合金化过程中Ti在Ni中固溶度的扩展59-61
• 4.8 小结61-62
• 第5章 热处理及其结果讨论62-69
• 5.1 热分析结果与讨论62-65
• 5.2 粉末松装退火结果分析65-67
• 5.3 小结67-69
• 第6章 TiNi合金粉末烧结成型研究69-85
• 6.1 烧结原理69-71
• 6.2 烧结温度的影响71-75
• 6.3 保温时间的影响75-77
• 6.4 等离子体烧结制备TiNi合金77-82
• 6.5 两种烧结方式的对比82
• 6.6 关于烧结过程中没有形成单一的TiNi相的讨论82-84
• 6.7 小结84-85
• 第7章 结论与展望85-87
• 7.1 结论85
• 7.2 展望85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-94
• 附录94

【参考文献】

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本文编号：780103