SPS制备NiTi表面多孔梯度合金的组织演变与力学性能研究

利用放电等离子烧结技术制备了基体为NiTi、表面为多孔NiTi的生物医用梯度合金,研究了烧结温度对梯度合金的微观结构、显微组织演变、表面孔隙特征及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,合金由Ti、Ni、Ti_2Ni、Ni_3Ti混合相逐渐演变为以NiTi相为主及少量残留Ti_2Ni、Ni_3Ti相组成的组织,基体与多孔层界面处裂纹及缺陷逐渐减少并形成稳定的冶金结合,内外层晶粒不断细化,但过高的烧结温度会导致多孔层孔隙融合连通,使得梯度结构遭到破坏,同时表面多孔层孔隙率与平均孔径呈缓慢减小趋势;合金压缩弹性模量随烧结温度升高变化不明显,而抗压强度呈显著增大趋势。与块体NiTi合金及多孔NiTi合金相比,所制备梯度合金不仅具有良好的界面结合和表层孔隙特征、较高的抗压强度及较低的弹性模量,还具有优异的超弹性性能。     

SPS烧结W-10Ti合金的组织和性能

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了W-10Ti合金。通过扫描电镜和能谱分析了合金的微观组织,利用Den Broeder方法计算了合金的互扩散系数,测试了合金的密度和显微硬度,并与真空烧结的合金进行了对比。结果表明:与真空烧结相比,SPS烧结的合金组织均匀,富钛相少且细小,W在富钛相中的固溶度和Ti在富钨相中的固溶度都有所增加,且Ti在富钨相中的固溶度增加得更多。W-Ti合金的互扩散系数与W的摩尔浓度有一定的依赖关系,随着W摩尔浓度的升高呈先减小后增大趋势,SPS烧结的合金互扩散系数比真空烧结高出2个数量级。SPS法制备的W-Ti合金相对密度为96.1%,显微硬度HV0.05为5.21 GPa。     

? SPS烧结压力对60NiTi合金显微组织及摩擦学性能的影响

采用放电等离子烧结法在1000 ℃制备60NiTi合金,研究烧结压力对60NiTi合金的显微组织、显微硬度和摩擦学性能的影响规律;采用X射线衍射仪、扫描电镜分析60NiTi合金的显微组织,采用显微硬度仪评价60NiTi合金的显微硬度,通过摩擦磨损试验机研究60NiTi合金摩擦学性能,利用三维白光轮廓仪分析磨痕形貌并计算60NiTi合金的磨损体积,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌。试验结果表明:在25MPa烧结压力下,通过放电等离子烧结法制备的60NiTi合金显微组织均匀,主要为NiTi相和Ni3Ti相。随着烧结压力增加,60NiTi合金的显微硬度随之增加,且在50MPa烧结压力时合金的显微硬度达到最大值534 HV0.2kg。60NiTi合金的磨损率和磨痕深度随着烧结压力的增加而减小,60NiTi合金的磨损率和磨痕深度最小值分别为0.76×10-6 mm3/N?m、15 μm,其磨损机制为磨粒磨损与黏着磨损共同作用机制。     

原料粉末对SPS烧结W10Ti合金组织及性能的影响

分别采用两类粉末为原料:一类粉末是将球磨前后的W和钛源Ti或TiH_2进行机械混合,另一类粉末是将未球磨的W粉和钛源TiH_2粉进行机械合金化。之后选用SPS烧结技术(spark plasma sintering)来制备W-10Ti合金。通过XRD、SEM、纳米压痕等检测手段研究了原料粉末对W-10Ti合金组织及性能的影响。结果表明:较未球磨W粉,采用球磨W粉所制备的WTi合金组织中无纯钛相,且富钛相含量减少了44%,同时合金的纳米硬度提高了55.7%。细小、均匀的TiH2粉末有利于获得富钛相较少、均匀、细小的微观组织,用其制备的WTi合金致密度高达100%。相比使用Ti粉来制备W-10Ti合金,TiH2粉制备的合金电导率、纳米硬度和弹性模量分别提高了7%、46%和34%。而采用机械合金化粉末所制备的合金中条状的富钛相增多,组织更为细小,且该合金的韧性较好,但其致密度及纳米硬度均较低,分别仅为96.8%和2.8 GPa。因此,SPS烧结使用的粉末状态是制备高性能WTi合金的关键因素。     

SPS烧结温度对ACNs/Ti复合材料组织结构与力学性能的影响

通过放电等离子烧结（SPS）制备ACNs（无定形碳纳米颗粒）/Ti复合材料,并采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、光学显微镜以及电子万能试验机对不同烧结温度下ACNs/Ti复合材料的显微组织、相组成及力学性能进行表征。结果表明,较低烧结温度（800℃）下,未反应的ACNs虽然会对复合材料的强度有所贡献,但其与基体的界面结合较弱,会导致复合材料塑性严重下降。较高烧结温度（1000℃）下,与基体充分反应的TiC颗粒过度生长后尺寸较大,这一现象会造成材料强度下降。当烧结温度为900℃时,ACNs与Ti基体完全反应生成TiC颗粒,这种细小弥散的TiC沿着基体颗粒周围分布形成了准连续网状结构,此时ACNs/Ti复合材料具有最佳的强塑性匹配,其抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为648.19 MPa、551.02 MPa、36.19%。     

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。     

Ti对SPS烧结Nb/Nb5Si3复合材料组织和性能的影响

以Nb、Si和Ti粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术对Nb-20Si、Nb-20Si-5Ti、Nb-20Si-15Ti和Nb-20Si-24Ti材料进行原位合成。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对材料的组织结构进行分析,探讨Ti对复合材料组织和性能的影响规律。结果表明,Ti元素的加入使得复合材料中Nb5Si3相转变成(Nb,Ti)5Si3,随着Ti加入量的增加,组织中出现了单质的Ti相,当Ti含量达到24%时,组织中还会出现Nb3Si相;同时Ti的加入会降低复合材料的硬度,提高其高温抗氧化性能。     

烧结温度对多孔Inconel625合金性能的影响

Inconel625有着优异的耐蚀性与高温力学性能,被广泛用于航空航天、石油化工、核工业等领域。多孔材料有着轻质化与优良的透过性能常被用于过滤材料。本文旨在制备出耐蚀性良好的过滤材料,利用粉末冶金技术制备出兼具Inconel625合金本身特性与功能特性的多孔Inconel625合金。实验采用100~200μm粒度的合金粉末,通过模压-气氛烧结的工艺制备了多孔Inconel625合金,并对不同烧结温度下的合金做了形貌表征与性能评价。结果表明,在1240℃烧结温度下合金烧结颈发育良好,孔隙球化率高,此时透气度满足服役性能需求,可作为高温气液过滤材料使用,该温度下合金剪切性能达到最优,最大剪切力为51.0KN,也为后续进一步的研究提供了参考依据。     

烧结温度对M3∶2高速钢SPS烧结组织和性能的影响

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了M3∶2粉末冶金高速钢,研究了SPS烧结M3∶2粉末冶金高速钢最佳烧结温度、显微组织与性能.通过实验得到以10℃/min的速率升到1200℃时高速钢的连续升温烧结曲线,分析在此烧结实验下的烧结过程,进而确定烧结温度范围.在此范围内的不同温度下烧结试样,根据试样密度、硬度、相对密度和显微组织确定M3∶2粉末高速钢最佳烧结温度.结果表明:在烧结温度900℃、保温时间10min、压力30 MPa工艺下,SPS烧结的M3∶2粉末冶金高速钢,其显微组织均匀、晶粒细小、无碳化物偏析,相对密度达98.17％,硬度达63.37 HRC.     

烧结温度对W-10Ti合金显微组织和硬度的影响

以W粉和Ti粉为原料,采用真空热压烧结工艺制备了W-10%Ti合金,研究了烧结温度对W-Ti合金的相组成、微观形貌和硬度的影响。结果表明,合金主要由富W固溶体、富Ti固溶体和心部未发生扩散的α-Ti相组成。随烧结温度的升高,W与Ti的相互固溶度增大,α-Ti相的残余量减少,1400℃烧结的W-Ti合金中部分富Ti固溶体发生了共析转变。合金的致密度和维氏硬度均随烧结温度的升高先增大后减小,在1300℃时有最大值,分别达99.4%和6.3 GPa。     

烧结温度对多孔钽性能影响

以粒径为1~2μm的钽粉造粒形成的二次球形颗粒为原料,采用模压成形、真空烧结的方法制备了多孔钽。研究了烧结温度对多孔钽孔隙性能的影响。结果表明:粉末压坯在烧结过程中随着温度的升高,烧结颈逐渐形成、长大,烧结体的尺寸发生收缩,孔隙度和透气系数减小,强度提高;1800℃时具有大孔与小孔交错分布的三维多孔结构,此时1.2~2.2μm的孔隙占84%。     

烧结温度对Micro-FAST制备TiAl合金组织和性能的影响

为解决TiAl合金成形困难的问题,以Ti、Al元素粉末为原料,采用Micro-FAST制备Ti-47Al合金,研究不同温度(7001050℃)对TiAl合金组织和性能的影响,并且探究了烧结过程中颗粒的迁移机制。结果表明,700℃烧结时不能形成典型组织,主要相为TiAl3;800℃及以上烧结时为岛状组织,主要相为大量的TiAl和少量的Ti3Al;在1050℃烧结时具有最佳的综合力学性能。烧结过程由多种扩散机制共同控制,随着烧结的进行,依次为蒸发-凝聚、体积扩散、晶界扩散和表面扩散。     

渗硼对60NiTi合金表面组织与性能的影响

60NiTi合金具有高硬度、低弹性模量、耐腐蚀等优点,被认为是极具应用潜力的新型航空航天轴承材料。为了进一步提升60NiTi合金的耐磨特性,本文利用固相渗硼技术对其进行了表面改性处理,研究了改性层的显微结构特征及其相结构的热力学形成机理,分析了表面改性对合金力学与摩擦学性能的影响规律。结果表明,60NiTi经1000℃-5h渗硼处理后形成了TiB₂/NiTi₂+TiB₂/Ni₃Ti的梯度涂层结构,整体厚度约20μm。渗硼后样品的表面硬度从420HV0.2提升至2600HV0.2,20N外加载荷作用下的平均摩擦系数和磨损率分别降低了约39%和92%。由于摩擦热的作用,渗硼样品表面会生成具有润滑作用的氧化硼相,因此呈现出良好的减摩耐磨特性。     

烧结温度对凝胶注模多孔Ni-Ti合金性能的影响

以TiH_2粉及雾化Ni粉为原料,采用凝胶注模成型技术,制备出Ni-Ti凝胶生坯,再通过真空干燥、脱脂以及烧结工艺制备出多孔Ni-Ti合金。运用XRD、SEM对多孔Ni-Ti合金进行了相成分及微观结构表征,分析了不同烧结温度对于多孔Ni-Ti合金孔隙率、力学性能、物相成分及微观形貌的影响。结果表明,随着烧结温度的增加,孔隙率降低,抗压强度和杨氏模量增加。对固相体积分数为45%的生坯,在1050℃下高真空烧结2 h,制备出孔隙率为42.65%,抗压强度为202.65 MPa,杨氏模量为17.14 GPa,主相为NiTi相的多孔Ni-Ti合金。基体满足人体骨性能需要。     

DLC膜对NiTi合金表面性能的影响

采用新型等离子浸没离子注入和沉积（PIIID）法以C2H2为等离子源对NiTi合金进行表面改性。利用Raman光谱分析膜层结构；采用纳米压痕和光电子能谱（XPS）分析涂层前后NiTi合金的表面力学性能和表面成分，利用电化学阻抗谱和动电极化测试涂层前后基体的耐腐蚀性能。结果表明：NiTi合金表面的膜层是DLC：经过PIIID处理后，基体表面由原先的TiOz转变为DLC；纳米硬度和杨式模量得到提高；耐腐蚀性能获得明显改善。     

石墨烯对热压烧结TiC/Ti复合材料组织和性能的影响

本文采用真空热压烧结炉以碳粉、石墨烯、碳粉和石墨烯混合粉3种不同碳源制备了TiC/Ti复合材料。通过金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及附带能谱仪和拉伸实验机等对复合材料的组织和力学性能进行了研究。结果表明,复合材料主要由α-Ti相和TiC相组成。加碳粉作碳源材料时,碳在钛基体中有一定固溶,钛相晶格膨胀,复合材料抗拉强度较高,约612.75 MPa;添加石墨烯的复合材料中石墨烯团聚严重,生成的TiC相量少,复合材料的抗拉强度较低为482.93 MPa;当石墨烯和碳粉混合碳源时,复合材料的抗拉强度为542.41 MPa。石墨烯的加入对提高复合材料的屈服强度和弹性模量具有一定作用,这对于丰富钛基复合材料的研究具有重要的理论和实践意义。     

变形温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头组织性能的影响

研究了近等温锻造温度对Ti2A1Nb/Ti60双合金焊接接头显微组织和力学性能的影响.结果表明:经不同温度近等温变形及相同热处理后,Ti2A1Nb/Ti60双合金试样焊缝组织得到明显细化,强度和塑性得到提高,均高于基体Ti60合金;随着变形温度的升高,Ti60合金热影响区显微组织中初生等轴α相逐渐减少,β转组织增多,片状α相变短变粗.因此,合金的室温拉伸强度逐渐升高,塑性逐渐下降;变形温度为1010℃的试样,其焊缝熔合区显微组织较为均匀,塑性相B2含量较多,焊件室温及600℃高温拉伸均表现出较好的强度与塑性匹配.     

SPS烧结温度对Ti-45Al-8Nb合金组织及力学性能影响研究

本文以雾化法制备的Ti-45Al-8Nb (at.%) 预合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺技术(SPS)制备了Ti-45Al-8Nb合金,研究了不同烧结温度对合金显微组织及力学性能的影响规律。实验结果表明,在烧结温度范围内(1250℃、1275℃、1300℃),合金均为全片层组织,并具有高抗压强度和压缩率。随着烧结温度的提高,合金中γ相含量升高,α₂相含量下降。1250℃放电等离子烧结时,合金中并未出现B2相,随着烧结温度的升高,合金中的B2相主要由晶界析出,并呈增多的趋势。分析表明,主要是由于放电等离子烧结过程中使得粉末间产生局部高温形成液相,其后的快速凝固导致高温β相来不及转变而形成的B2相残留。合金总体表现出随着烧结温度的升高,合金的强度和塑性性能下降的趋势。SPS烧结温度为1250℃时,抗压强度和压缩率最佳,分别为2084.20MPa和33.10%。合金SPS烧结温度为1250℃和1275℃时,断裂模式主要为沿片层断裂和穿片层断裂混合方式。SPS烧结温度为1300℃时,断裂则主要以沿片层断裂为主。     

颗粒尺寸对微波烧结多孔NiTi合金的显微结构及力学性能的影响

以不同颗粒尺寸的Ni/Ti粉末为原料,采用微波烧结技术制备了多孔NiTi合金,并系统考察了颗粒尺寸对多孔NiTi合金的显微结构和力学性能的影响。结果表明,随着颗粒尺寸的减小,多孔NiTi合金中的Ti2Ni和Ni3Ti第二相减少而单质Ni相消失。同时,多孔NiTi合金的孔隙形貌由带尖角的不规则形状向近球形转变。此外,多孔NiTi合金的孔隙率和孔径随着颗粒尺寸的增大而增大,而洛氏硬度、抗压强度和抗弯强度均下降。因此,减小颗粒尺寸有利于获得理想的显微结构(纯净的物相和均匀的孔隙结构)和提高微波烧结多孔NiTi合金的力学性能。     

退火温度对Ti811轧制合金组织及性能的影响

对Ti811钛合金板材进行多道次轧制,并进行了退火处理,利用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机研究了轧制Ti811合金的显微组织、断口组织和力学性能。结果表明,轧制态Ti811合金组织主要由细长β相和粗大的板条状α相组成,轧制后退火可促进α相晶粒和β相晶粒等轴化,同时退火处理也促进了α相晶粒转化成β相晶粒,退火温度越高转换比例越大。退火处理减小了轧制Ti811合金的异向抗拉强度差,其中900℃退火试样的室温综合力学性能最好,轧制方向(LD)和厚度(TD)方向抗拉强度分别达到947.4MPa和924.7MPa,伸长率分别达到11.6%和9.4%。另外,断裂方式为韧性断裂。