Cu含量对多孔Ti-5Mn合金微观结构及力学性能的影响

以质量分数为50%的碳酸氢铵颗粒为造孔剂,使用粉末冶金工艺经真空烧结制备出多孔Ti-5Mn-xCu(x=0,3,5,10)合金,并研究了Cu含量对多孔Ti-5Mn合金微观结构及力学性能的影响。研究结果显示,制备得到的多孔Ti-Mn-Cu合金的孔隙率随着Cu含量的增加而逐渐降低,其大孔孔径略为减小,大孔壁上微孔数量逐渐减少。多孔Ti-Mn-Cu合金中出现了Ti₂Cu相,并且其相对含量随着Cu含量的增加逐渐增多。多孔Ti-Mn-Cu合金的弹性模量和抗压强度均随Cu含量的增加而提高。含3%～10%Cu和5%Mn的多孔Ti-Mn-Cu合金具有合适的孔结构和与人体骨相近的力学性能,具有作为抗菌骨科植入材料的潜力。     

细长孔的多孔Ti-5Nb合金制备及力学性能研究

以钛粉和铌粉为原料,球形硬脂酸为占位剂,采用粉末冶金法制备出多孔Ti-5Nb合金,并用称重法、XRD、SEM和万能力学试验机等研究了硬脂酸添加量对多孔Ti-5Nb合金微观结构和力学性能的影响。结果表明:以球形硬脂酸为占位剂成功制备出了具有排列近似一致的、细长孔结构的多孔Ti-5Nb合金。当硬脂酸添加量从10%增加到50%时,多孔Ti-5Nb合金的相组成几乎没有变化,但其密度降低,孔隙率增大,大孔之间的连通性增加,弹性模量和抗压强度均降低。通过控制硬脂酸的添加量可以使多孔Ti-5Nb合金的力学性能与皮质骨和松质骨匹配。     

多孔Ti-5Ag合金的制备及力学性能研究

以钛粉和银粉为原料,不同含量的碳酸氢铵为占位剂,采用粉末冶金的方法制备多孔Ti-5Ag合金。结果表明制备的多孔Ti-5Ag合金的相组成为α-Ti。随着碳酸氢铵添加量的增加,多孔Ti-5Ag合金的密度逐渐降低,孔隙率逐渐增加。形貌观察表明随着孔隙率的增加,多孔Ti-5Ag合金中大孔的数量增多,并且孔与孔之间的连通性增加;力学测试显示其弹性模量和抗压强度均降低。多孔Ti-5Ag合金的力学性能可以通过控制碳酸氢铵的添加量调整到与人体骨匹配,有潜力作为多孔抗菌植入体用于骨科。     

氢化钛粉烧结Ti-6Al-4V性能研究

研究了以氢化钛粉与铝钒合金粉为原料,在冷等静压机压制成型后分别采用真空烧结和气氛烧结制备Ti-6Al-4V合金,并对制备的Ti-6Al-4V合金进行相对密度、微观组织及力学性能进行分析。结果表明:在真空条件或气氛条件下烧结制备Ti-6Al-4V合金的相对密度均大于98%,力学性能满足ASTM B348要求;与真空烧结相比,气氛烧结制备的Ti-6Al-4V合金晶粒尺寸较小,力学性能在真空烧结的基础上提高了8%~10%。     

烧结气氛及时间对凝胶注模成形多孔NiTi合金性能的影响

多孔NiTi合金由于其优异的形状记忆性能和生物相容性而广泛应用于医用植入材料领域。以雾化Ni粉和机械破碎法制备的TiH_2粉末作为原料,以甲基丙烯酰胺作为单体,通过凝胶注模工艺制备出了性能良好的多孔NiTi合金,研究了不同烧结气氛和保温时间对多孔NiTi合金孔隙率、微观组织及力学性能的影响。结果表明:烧结气氛对烧结体的各项性能均具有较大的影响,同氩气及氢气气氛下烧结相比,真空烧结得到的合金孔隙分布均匀,相组成均一,孔隙率及机械性能较好,是理想的烧结气氛;随着烧结时间的增加,合金孔隙率降低,孔径分布更加均匀,抗压强度和杨氏模量增加,同时物相组成并未出现太大变化,单一的NiTi相很难通过延长保温时间来获得。对于固相体积分数分别为42%和45%的坯体,在真空环境下,烧结时间由1 h增加到4 h,其孔隙率分别由49.58%和48.52%降低到35.01%和33.49%,抗压强度由57.13和98.04 MPa增加到207.34和296.14 MPa,弹性模量由10.12和14.2 GPa增加到17.01和19.96 GPa。     

正交法研究添加Y2O3对Ti-6Al-4V合金组织与性能的影响

采用正交实验方法,应用放电等离子烧结(SPS)技术制备出Y2O3含量分别为0.2%、0.6%、0.8%的Ti-6Al-4V合金,探究烧结温度、烧结压力、Y2O3含量和保压时间对Ti-6Al-4V合金显微组织、烧结密度和力学性能的影响,优化烧结工艺。结果表明,烧结温度对烧结密度的影响最大,接下来依次为烧结压力、Y2O3含量、保压时间;烧结温度对力学性能的影响最大,接下来依次为Y2O3含量、烧结压力、保压时间。当烧结温度1200℃、烧结压力50 MPa、保压时间5 min、Y2O3含量0.6%,烧结样的密度和压缩强度高,分别达到4.4138 g/cm3、1881.4 MPa,相比未添加Y2O3的Ti-6Al-4V合金,其压缩强度提高15.7%。     

Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金医用多孔材料的电子束选区熔化成形及表征

采用电子束选区熔化成形技术制备了具有不同孔结构的Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金医用多孔材料。对该多孔材料的显微组织、力学性能进行了表征,观察了样品表面对细胞生长形态的影响。实验结果表明:电子束选区熔化成形技术能够灵活地控制孔的结构和尺寸,使多孔材料力学性能与人骨力学性能更好地匹配;成形的Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金多孔材料主要由β相和均匀分布的颗粒状α相组成,其压缩应力-应变曲线存在一个较长的应力平台,对外来冲击可起缓冲作用,更适于用做人体承载部件;粗糙的孔壁结构为细胞生长提供了良好的生长条件,细胞生长状态良好。     

钴对凝胶注模成形医用植入钛合金材料的影响

本文采用凝胶注模成形工艺,用钴包覆钛粉制备多孔钛合金植入材料。研究了钴对成形工艺中浆料的粘度、孔隙率以及烧结体的抗压强度的影响,预混液中有机单体的浓度、单体(AM)/交联剂(MBAM)的比例对坯体的强度的影响。通过改变烧结温度和固相含量,可以实现多孔钛钴合金的孔隙率和抗压强度分别在29%~58%、68~378 MPa范围内调节,采用含钴8%的钴包覆钛粉以33%的固相含量制备坯体,在1 130℃保温2 h制备的多孔钛合金材料,孔隙率为45.6%、抗压强度为227 MPa、抗弯强度为213 MPa、弹性模量为15.8 GPa,力学性能与自然骨接近,适宜做自然骨替代材料。     

TiH_2粉末制备钛合金的组织与力学性能

以TiH_2粉末为原料,分别在1 100、1 150和1 200℃进行真空烧结,制备粉末冶金纯Ti以及Ti-6Al-4V与Ti-5Al-2.5Fe合金,研究烧结温度对合金密度、微观组织和力学性能的影响。结果表明:随烧结温度升高,钛和钛合金的密度均逐渐提高,拉伸性能明显提升。在1 200℃真空烧结后,纯Ti的相对密度达98.1%,抗拉强度和伸长率分别为501 MPa和11.3%;Ti-6Al-4V的相对密度为96.2%,抗拉强度和伸长率分别为968 MPa和8.1%;Ti-5Al-2.5Fe的相对密度为96.2%,抗拉强度和伸长率分别为867 MPa和6.7%。这3种材料的拉伸断口均出现大量韧窝,为韧性断裂的断口特征。以TiH_2粉末为原料制备的钛合金强度和伸长率均达到钛合金的标准性能要求。     

烧结温度及Y2O3对9Cr-RAFM钢性能的影响

采用粉末冶金技术,以球磨-模压-真空烧结工艺制备2种9Cr-RAFM钢:以0.3%Y2O3(质量分数)为弥散相的ODS 9Cr铁基高温合金和不添加Y2O3的Non-ODS 9Cr铁基高温合金。研究烧结温度及Y2O3对RAFM钢的力学性能和微观组织的影响。研究结果表明:采用球磨-模压-真空烧结工艺制备的ODS合金的综合力学性能高于Non-ODS合金,并且在1 390℃烧结,保温2 h条件下制备的ODS合金具有最佳的综合力学性能(抗拉强度600 MPa,伸长率23.1%)。并对不同球磨时间的合金粉末进行XRD物相分析,用SEM及能谱分析技术研究Y2O3影响RAFM钢的微观组织成分和力学性能的机理。     

银含量对多孔钛微观结构和力学性能的影响

以具有抗菌性的银作为合金化元素,以碳酸氢铵作为造孔剂,应用粉末冶金的方法制备出不同银含量的多孔钛银合金,并应用称重法、带能谱的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能力学试验机等研究了银含量对多孔钛微观结构和力学性能的影响。结果表明:银的添加量为3%时,多孔钛的孔隙率从65.18%升高到68.25%,多孔钛银合金的抗压强度和弹性模量均增加。进一步增加银的含量到10%时,多孔钛银合金的孔隙率保持在68%左右,其抗压强度和弹性模量变化较小。银的加入对多孔钛的孔结构无明显影响,其相成分主要为α-Ti。多孔钛银合金具有良好的孔结构和力学性能,有潜力用作抗菌骨科植入材料用于松质骨缺损修复。     

粉末烧结制备内燃机用Ti-22Nb-2.5Zr-1.5Mo合金组织与力学性能分析北大核心

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备内燃机用Ti-22Nb钛合金,对其进行固溶时效处理,并观察其显微组织结构,测试其力学性能。结果表明,采用等离子旋转电极法制备的Ti-22Nb预合金粉末试样致密度高,未观察到孔洞,具有更好的球形度,流动性也更优;烧结态和固溶处理的组织均由β相与α相构成,SPS法制备的Ti-22Nb合金经不同热处理由β相转变为ω相再转变为α相。相对于常规工艺制备的Ti-22Nb合金热处理后的组织结构,采用SPS法制备的Ti-22Nb合金经550℃时效处理获得了尺寸更小的α相;830℃固溶处理后的Ti-22Nb合金试样具有优异的力学性能,相对于常规方法制得的板材,拉伸强度增大了100 MPa。合理的固溶与时效处理可以使合金获得更优的综合力学性能。     

细晶Mo-18Cu合金烧结工艺的研究

采用溶胶-喷雾干燥-煅烧-氢还原方法制备了晶粒尺寸为30~50nm的超细Mo-18Cu复合粉末,并利用该复合粉末制备出了高性能细晶Mo-18Cu合金。研究了烧结工艺对烧结体致密化的影响、合金的力学性能和显微组织特征。结果表明:在1 350℃烧结,Mo-18Cu合金的相对密度可达98%以上,抗拉强度和伸长率分别达到545MPa和3.85%;合金的显微组织均匀,晶粒细小。     

粉末烧结法制备多孔Ti-6Al-7Nb合金的工艺优化

以Ti粉、Al粉和Nb粉为原料,采用粉末烧结法制备多孔Ti-6Al-7Nb合金,利用正交试验考察了混料时间、压制压力、烧结温度、烧结时间对孔隙率的影响。结果表明,各因素对孔隙率的影响主次顺序为:烧结温度烧结时间压制压力混料时间。结合骨科植入所需材料的孔隙率和孔径分布情况确定最优工艺参数为:混料时间4 h,压制压力100 MPa,烧结温度1 100℃,烧结时间2.5 h,采用最优工艺制备的多孔Ti-6Al-7Nb孔隙率为32%,孔径尺寸集中分布于5~12μm范围。     

Cu元素对Ti-16.28Si合金在900℃下氧化机制的影响

采用高能球磨-冷压-真空烧结工艺制备了Ti-16.28Si、Ti-15.46Si-5Cu和Ti-14.65Si-10Cu 3种合金,并在900℃下空气气氛中对其进行高温氧化实验。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)对烧结和氧化后合金样品的形貌、微区成分及物相组成进行分析,研究Cu元素对Ti-16.28Si合金在900℃下氧化机制的影响。结果表明:烧结后3种样品中主要含有Ti、Ti5Si3、Ti5Si4相,含Cu元素的样品中则出现了Cu3Si相且致密度随Cu含量升高而升高。900℃下氧化80 h后,合金样品表面的主要物相为Ti O2,同时含有少量的Si O2、Ti3O5、Cu O或Cu2O等相。3种合金中,Ti-16.28Si合金的氧化膜表层基本上都是Ti O2,抗氧化性能最好;其余2种合金的抗氧化性能稍低,Cu元素的加入降低了合金在900℃下的抗氧化性能。     

烧结工艺对医用Ti-Nb-Ta-Zr合金微观结构及性能的影响

低模量β钛合金因具有优良的生物相容性成为目前生物医用植入材料的研究热点。其中,Ti-Nb-TaZr因含无毒元素,且具有强度高、塑性好等优点,在生物材料领域得到广泛的发展。本文采用传统粉末冶金法制备Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金,结合显微硬度分布,根据均匀性指数和硬度变化系数分析相分布均匀程度,开展烧结工艺对钛合金微观结构与力学性能的影响研究。结果表明:随烧结温度的提高和烧结时间的延长,基体小孔隙尺寸逐渐减小并消失,相组成及分布发生了相应的变化,Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金压缩弹性模量为(4.77±0.48)～(7.4±0.81)GPa,先增大后减小,接近松质骨弹性模量。在模拟体液环境下,烧结态Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金阻抗谱呈现半容抗弧特征,相位角在较宽的频域10-1～102Hz之间存在峰值,表现出较高的耐蚀性能,为医用钛合金的生物力学性能研究提供理论基础。     

粉末粒度对热压Ti-6Al-4V合金微观组织和力学性能的影响

以4种不同粒径的球形Ti-6Al-4V粉末为原料,采用真空热压法进行成形固结。利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机分别分析粉末Ti-6Al-4V合金的物相组成、微观组织、断口形貌以及力学性能,研究粉末粒度及其组成对烧结体微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:热压烧结Ti-6Al-4V样品致密度均可达到98%以上。不同粒度粉末烧结后的合金均为网篮排列层片状组织。合金塑性主要受原始粉末粒度影响,随原始粉末粒度增大,烧结样品的晶粒尺寸增大,从而导致合金的塑性降低。粉末粗细搭配相比于原始粗粉,有助于提高合金的塑性,从而有效降低粉末钛合金的成本。     

机械合金化制备Fe-Si-Al软磁合金的研究

采用机械合金化制备Fe85-Si9. 5-Al5. 5合金粉末, 利用金相仪、激光粒度分析仪、 SEM和XRD研究了球磨时间及烧结工艺对Fe-Si-Al合金断裂形貌、微观组织及力学性能的影响. 试验结果表明, 将球磨10 h的复合粉末冷压成形后, 烧结温度为1350 ℃, 保温2 h, 可获得综合性能最佳的Fe-Si-Al合金, 致密度达99.6%、抗弯强度为801 MPa, 硬度为65.68HRA.     

Cu对牙科用Ti-10Zr合金组织和耐磨性能的影响

采用WS-4型非自耗电弧炉制备了含Cu的牙科用Ti-10Zr-xCu合金系,通过物相分析、显微组织观察、硬度和磨损性能测试等手段,研究Cu元素对牙科用Ti-10Zr合金组织和耐磨性能的影响。结果表明,该系列合金由α主相和少量的β相组成,随Cu含量的增加,合金中β相比例增大,且细晶强化作用逐渐加强。合金的维氏硬度从230 MPa增加到290 MPa,比Ti-10Zr合金高5%～26%。同时,随Cu含量增加,合金粘着磨损、磨粒磨损作用逐渐减弱,耐磨性显著提高。当铜含量为3%时,合金具有最好的综合力学性能。     

烧结方式对石英多孔陶瓷的性能影响研究

以长江沿岸低品位石英砂为主要原料,采用真空烧结制备石英多孔陶瓷材料.研究结果表明:采用真空烧结能够成功制备石英多孔陶瓷,多孔陶瓷材料烧结温度为1 050℃；制备的陶瓷密度为1.267g/cm3,孔隙度为51.6％,抗压强度为3.184MPa,且气孔较小,分布较均匀,外形完好.在相同的烧结温度和保温时间条件下,真空烧结的陶瓷孔隙度明显比大气烧结的小,密度和抗压强度则比大气烧结的要高.真空烧结的陶瓷表面更加致密,孔结构排列更平整,微观孔结构更加完整.当对石英多孔陶瓷材料的力学性能要求不高时,优先选用空气烧结；反之,则优先选用真空烧结.