Ti-13Nb-13Zr表面多孔梯度合金的制备及性能研究

利用放电等离子烧结（SPS）技术制备了中间致密、表面多孔的Ti-13Nb-13Zr梯度合金,研究了烧结温度（950~1200 ℃）对梯度合金组织演变、界面结合、表面孔隙特征、力学及体外矿化性能的影响。结果表明：随烧结温度的逐步上升,梯度合金中α-Ti相减少,β-Ti相增多,组织逐渐连续均匀分布,晶粒得到细化,中间基体与多孔层界面呈连续过渡且形成良好的冶金结合,表面多孔层孔隙率下降而平均孔径减小;梯度合金抗压强度值随烧结温度升高呈先增大后降低趋势,而弹性模量值变化不大;综合分析,烧结温度为1150 ℃时,制备的表面多孔梯度合金不仅具有良好的力学性能（抗压强度893MPa,弹性模量16GPa）,而且具有适宜的孔隙参数（孔隙率34.7%,平均孔径340.9μm）及优异的类骨磷灰石形成能力与体外矿化性能。     

医用多孔NiTi合金的显微组织、力学性能及耐蚀性

采用气氛烧结法制备了生物医用多孔Ni Ti合金,考察了造孔剂碳酸氢铵含量对合金显微结构、抗弯强度、弹性模量和耐蚀性的影响。结果表明,多孔Ni Ti合金主要含有Ni Ti合金相及少量Ti2Ni和Ni3Ti杂质相组成,碳酸氢铵含量对合金的相组成无显著影响。随着碳酸氢铵含量的增加,多孔Ni Ti合金的孔隙率增加、孔径增大,而抗弯强度和弹性模量降低,在模拟体液Hank’s溶液中的耐蚀性变差。多孔Ni Ti合金孔隙率为36%~62%,孔径为50~300μm,抗弯强度为22~220 MPa,弹性模量为0.7~6 GPa,这些参数均与人体骨组织极为接近,说明此多孔Ni Ti合金是非常有前途承重硬组织替代材料。     

SPS制备TiAl基合金微观组织演变研究

以等离子旋转电极雾化球形Ti47Al2Cr2Nb0.2W预合金粉末为原料,采用SPS技术在不同烧结温度下（1100℃、1200℃、1250℃、1300℃）制备TiAl基合金,结合XRD、SEM及TEM等检测手段,对预合金粉末致密化过程中显微组织演变进行了系统研究以及不同烧结温度对力学性能的影响。结果表明：当烧结温度超过1200℃时,组织内存在少量高温残留B2相,且随着烧结温度的升高,β相（B2相）含量有所增加;烧结温度在1100℃时合金具有最高的压缩断裂强度、拉伸断裂强度和断裂应变,分别为2367MPa、600MPa和2.25%;α2相、β相和γ相存在如下晶体学关系： ∥ ∥ , ∥ ∥ ;1300℃烧结样品中有形变诱导α2→γ相变以及形变孪晶产生。     

Mg-Cd-Nd-Zn-Zr合金的组织与力学性能研究

通过显微组织观察和力学性能测试等手段研究了Mg-Cd-Nd-Za-Zr合金的组织和力学性能.结果表明:Cd和Nd能细化镁合金晶粒,铸态平均晶粒尺寸细化到35 μm左右.挤压态平均晶粒尺寸细化到约10 μm;Mg-Cd-Nd-Zn-Zr镁合金经挤压变形后综合力学性能提高,抗拉强度和屈服强度分别提高到334和330 MPa,伸长率达到15%.     

烧结温度对一种镍基高温合金组织和力学性能的影响

借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等探讨了不同烧结温度对一种粉末冶金镍基高温合金（Ni-Cr-Fe-Al-Mn-Cu-Mo-Ti-Si）的组织及力学性能的影响。结果表明：烧结温度的高低影响着合金的微观组织形态,随着烧结温度的提高,合金的硬度和抗压强度呈现先升高后降低的趋势,当烧结温度在1330 ℃时,合金具有最高的维氏硬度值（253.2 HV）和最好的抗压性能（992.7 MPa）。同时,烧结温度的高低将直接影响强化相和有害相的析出。     

Ni含量和烧结压力对SPS法制备NiTi合金显微组织及摩擦学性能的影响

采用高能球磨和放电等离子烧结法(SPS)在1000℃制备了NiTi合金,研究了镍含量和烧结压力对NiTi合金致密度、显微组织、显微硬度和摩擦学性能的影响。结果表明：通过高能球磨后,粉末颗粒尺寸减小,随着镍含量增加,Ni相衍射峰向高角度偏移。NiTi合金致密度随着烧结压力增大而增大,在低烧结压力下,合金致密度随着镍含量增加从94.7%降低到84.6%;在高烧结压力下,合金致密度随着镍含量增加表现出先增加后减小的趋势,在镍含量为45%(质量分数,下同)时,合金致密度最低。NiTi合金中主要由NiTi相、NiTi₂相和Ni₃Ti相组成,Ni₃Ti相含量随着镍含量和烧结压力增大而增大,并且镍含量和烧结压力增大会引起Ni₃Ti相晶格畸变。随着镍含量从0%增加到65%时,合金显微硬度先增大后减小,在镍含量为50%时,显微硬度最大。在相同化学成分下,合金显微硬度随着烧结压力增大而增大。增大镍含量和烧结压力会降低NiTi合金磨损率,显著提高合金耐磨性。室温下NiTi合金的磨损机制是磨粒磨损和黏着磨损。     

钛硅系铸造合金的微观组织演变

研究了钛硅系铸造合金的相组成、微观组织。X射线衍射试验表明,随着硅含量的增加,Ti5Si3相（ζ）的衍射峰越来越明显。同时,合金由固溶体的片状或网蓝片组织逐渐演变为典型的棒状共晶组织。结果表明,钛硅系铸造合金与传统的铸造钛合金有着截然不同的微观组织特征。     

退火处理对梯度多孔Ti-6Al-4V合金组织和力学性能的影响

利用电子束逐层熔化(Additive manufacture-electron beam melting, AM-EBM)快速成型技术制备了孔隙率分层状梯度分布的Ti-6Al-4V合金,研究了退火处理对梯度多孔材料组织和力学性能的影响。结果表明,该梯度多孔材料孔壁组织为α’片层组织,片层之间有极少量的β相;其有效抗压强度、弹性模量为各均匀组分强度与模量的权重平均值。梯度多孔材料各层界面处容易产生应力不均,使其强度降低。在950_oC退火处理1h后,α相片层明显粗化,孔梁塑性提高,但有效弹性模量和抗压强度略有降低,优化了层状多孔材料的力学性质。     

SPS烧结时间对Ti_2AlNb合金组织与力学性能的影响

采用高能球磨法和放电等离子烧结技术（SPS）制备了Ti_2AlNb合金,研究了不同烧结时间对Ti_2AlNb合金微观组织及力学性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对合金显微组织及物相结构进行表征,利用万能拉伸试验机对合金拉伸性能进行测试。结果表明,烧结时间不会改变合金的物相组成,不同烧结时间下所制备的Ti_2AlNb合金均由B2相、胞状α2相和针状O相组成;在烧结温度1000℃、烧结时间70min、压强50MPa条件下,Ti_2AlNb合金中针状O相数量较多且分布均匀,其室温拉伸强度可达454.6 MPa。     

工艺参数对Micro-FAST制备多孔NiTi合金的影响

采用Micro-FAST技术成功制备出多孔NiTi合金,烧结时间短,成本低,节能环保。研究结果表明,随着烧结温度的升高,试样的孔隙度先减小后增加,再略微减小,有害相NiTi_2和Ni_3Ti减少,趋于形成NiTi单相。当烧结温度为1100℃时,试样孔隙分布均匀,随着烧结保温时间的延长,烧结试样孔隙度高达32.2%,孔径范围在100μm左右,符合人体骨组织植入物的要求。     

放电等离子烧结制备低密度AlTiCrNiCu高熵合金及其组织性能研究

采用机械合金化和放电等离子烧结工艺制备了低密度AlTiCrNiCu高熵合金材料,重点研究了球磨时间对各元素粉末的合金化过程及烧结温度(950 ~ 1050 ℃)对高熵合金组织及力学性能的影响。结果表明：高熵合金粉末为单相BCC结构,随着球磨时间的增加,粉末粒径先变大后变小,其最终平均粒径大约为20 μm。高熵合金块体材料的相结构为BCC1(基体相)+BCC2(富Cr相)+FCC(富Cu相),密度为6.22 ~ 6.30 g/cm_³。烧结温度的升高,有利于高熵合金粉末的冶金结合,促进了高熵合金块材料的致密化。当烧结温度为1050 ℃时,AlTiCrNiCu高熵合金具有良好的综合力学性能,其屈服强度、压缩强度、塑性和显微硬度分别为1410 MPa,2000 MPa,9.13%和524 HV。分析认为高的烧结温度为各元素原子间的充分扩散提供了足够的能量。然而,TEM分析表明,高的烧结温度也促进了弥散的FCC富Cu相在晶界的聚集长大。     

双步球磨与放电等离子烧结制备细晶TiAl合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结(SPS)技术制备细晶Ti-47Al(at%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪以及透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段对球磨后的粉末形貌结构、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸在20~40μm之间,内部结构均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl和少量的Ti3Al相及Ti2Al相组成,随着烧结温度的升高,Ti3Al相含量有所增加。当烧结温度为1000℃时,烧结块体获得的主要是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~250nm之间。当烧结温度为1100℃时,烧结块体致密、无孔洞,等轴晶粒有明显长大的现象,显微组织主要由等轴状的TiAl相和片层状的Ti3Al相组成。     

放电等离子烧结法制备TiB陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能

通过放电等离子烧结方法,在烧结温度分别为1,150℃、1,250℃、1,350℃、1,450℃时制备了TiB陶瓷刀具材料,并对其进行了力学性能测试。结果表明,当烧结温度为1,450℃时,材料的显微硬度和断裂韧性都达到最高。利用XRD和SEM分析了材料的微观组织,发现当烧结温度为1,450℃时,TiB陶瓷材料中几乎没有孔洞,达到了很高的致密度。     

等离子烧结温度对CoCrCuFeNi高熵合金组织及性能影响

本文通过氩气雾化制备CoCrCuFeNi球形粉末,随后在900℃、1000℃、1100℃、1150℃温度下通过放电等离子活化烧结(Spark plasma sintering,SPS),成功制备CoCrCuFeNi高熵合金块体。结果表明：随着烧结温度的升高,材料室温抗拉强度先降低后升高,均匀却延伸率先大幅度提高,随后降低;当烧结温度为1100℃时,材料屈服强度和抗拉强度分别达到379.3MPa和655.6MPa,断后延伸率达21.9%;当烧结温度超过1100℃时,开始出现局部熔化现象,材料内部出现元素明显偏析现象。烧结温度为900℃时,拉伸断口沿球形粉末表面脆性断裂,随着烧结温度提高,断口转变为包含韧窝的韧性断裂。由于高温烧结过程中基体内发生渗碳现象,透射电镜结果表明碳与基体发生反应,形成第二相碳化物。     

放电等离子烧结双相AlCrCoFeNi2.1 高熵合金的微观组织、耐腐蚀性能和力学性能

采用放电等离子烧结法在不同温度下制备AlCrCoFeNi_2.1高熵合金（HEA）,并对其微观组织、耐腐蚀性能和力学性能进行了研究。结果表明,烧结后的AlCrCoFeNi_2.1 HEA最大相对密度可达99.18%;该HEA主要由体心立方（bcc）相和面心立方（fcc）相组成,其比例分别为20.6%和79.4%。与fcc相相比,AlCrCoFeNi_2.1 HEA中bcc相的再结晶组织和变形组织更多,且bcc相在3.5%（质量分数）NaCl溶液中更容易被腐蚀。随着应变速率的增加,bcc相和fcc相的压力恢复速率降低,硬化效果增强。在1050 ℃下烧结的AlCrCoFeNi_2.1 HEA具有较高的极限抗拉伸强度,这主要归因于晶界强化、固溶强化和合金粒子之间良好的界面结合。该HEA的断裂形式包括bcc相的脆性断裂和fcc相的韧性断裂。     

放电等离子烧结温度对Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备了Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金,研究了烧结温度对合金致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在950~1150℃烧结温度范围内合金主要由β-Ti相和Ti-Nb-Ta-Zr固溶体组成的混合基体及少量未熔化的Nb、Ta金属颗粒组成,并且合金具有较高的致密度和抗压强度;随着烧结温度的升高,合金中混合基体组织尺寸越来越大且不断融合联结,Nb、Ta金属颗粒数量越来越少且尺寸越来越小,同时合金致密度和抗压强度呈增大趋势;所制备的合金压缩弹性模量值在50~57 GPa之间,具有良好的力学相容性,烧结温度变化对其影响较小。     

放电等离子烧结温度对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNTZ)合金,研究烧结温度对合金致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在950~1150℃烧结温度范围内合金具有较高的致密度和抗压强度,合金由β-Ti相与Ti-Nb-Ta-Zr固溶体形成的混合基体组织及少量未熔化的Nb、Ta、Zr金属颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度和抗压强度呈增大趋势,合金中混合基体组织尺寸越来越大且不断融合联结,难熔金属颗粒数量越来越少且尺寸越来越小。合金压缩弹性模量在58~60GPa之间,说明具有良好的力学相容性,烧结温度变化对其影响较小。     

微波烧结钨合金挤压棒材的微观结构及动态力学性能研究

采用分离式Hopkinson动态压缩装置对微波烧结93W-4.9Ni-2.1Fe合金棒材切割试样进行了动态力学性能研究,采用扫描电镜、光学电镜和纳米压痕硬度仪分别对合金试样微观组织和显微硬度进行了表征和测试。结果表明:微波烧结试样在受到冲击压缩时,钨晶粒与粘结相都发生均匀变形;应变率为2200s-1时,合金的最大应力为2587MPa,钨晶粒和粘结相显微硬度分别为8.716和6.267GPa;当应变速率为2200s-1时合金粘结相变形产生明显热软化效应,在与冲击力呈45°的方向形成了绝热剪切带,位于剪切带中心区域的钨晶粒沿其扩展方向发生变形被拉成纤维状。