低温真空扩散反应制备高性能TiAl合金粉

通过高能球磨均匀混合以及低温真空预烧工艺制备TiAl合金粉,原料为粒度43μmTi粉和9~12μmAl粉,研究不同温度下不同保温时间后Ti、Al混合粉的合金化程度。结果表明:高能球磨1h的Ti、Al混合粉在500℃保温2h,再在600℃保温3h能制得主要为TiAl相和少量Ti3Al相的合金粉,制备合金粉的平均粒径为20μm左右。     

成型压力对Ti-48at%Al材料致密度和硬度的影响

以钛粉以及铝粉为原料,通过3h高能球磨获得Ti-48at%Al合金粉后,采用冷压成型、烧结制备Ti-48at%Al合金材料。利用黄培云压制理论计算冷压成型Ti-48at%Al合金在成型压力990、1188、1386、1782MPa的压坯密度分别为2.359、2.86、3.0、3.02g/cm3。分析了Ti-48at%Al基合金粉的压制行为及成型压力对材料烧结前后致密度和硬度的影响。结果表明,在1386MPa下,该材料经烧结工艺后致密度达到98%及硬度达到395HB。     

球形钛粉烧结过滤器的开发

气体雾化法制备的高质量球形钛粉 (商标名为TILOP (TitaniumLowOxygenPow der) )是一般粉末冶金和注射成形的原料。这种制备方法的特点是能够生产粒径小的球形钛粉 ,而且价格较低。TILOP是用海绵钛棒状压实体经高频感应加热熔化 ,下滴的溶液用氩气等惰性气体喷射制得的钛粉。与不规则形状的氢化脱氢 (HDH )钛粉相比 ,其流动性和冲填性好 ,而且表面积小 ,制备过程的污染小 ,含氧量低 ,质量好。因此这种钛粉正在作为粉末冶金、注射成形、铸造、喷镀、制作靶材的原料使用。粉末烧结金属过滤器用的原料一般采用耐蚀的不锈钢 ,最近由于环…     

NaCl包覆/氢化脱氢联合法制备超细钛粉及其性能

以海绵钛为原料,采用经过氢化破碎、阻止剂包覆、真空脱氢以及阻止剂脱除的方法制备超细钛粉。采用TEM、SEM以及激光粒度测试等手段研究制备过程中工艺参数对钛粉形貌、粒度及氧含量的影响,探讨阻止剂的晶粒长大抑制机理。结果表明:海绵钛在700℃、2 h渗氢后经过球磨5 h,粉末中位径(D50)达到2.61μm,以NaCl为阻止剂对氢化粉末进行包覆,经630℃、2 h脱氢并脱除阻止剂后,制得的超细钛粉呈不规则形状,中位径达6.16μm,氧含量为0.89%(质量分数);阻止剂的引入造成钛粉氧含量的微量增加;通过阻止剂包覆,在粉末颗粒表面形成厚度为5~10 nm的隔离层,阻碍了加热过程中Ti颗粒表面的原子扩散,从而阻止加热脱氢过程中粉末颗粒的长大。     

烧结温度对Micro-FAST制备钛微型齿轮致密化的影响

将新颖的多物理场活化烧结微成形技术(Micro-FAST)引入到钛微型齿轮的制备中,研究了烧结温度对Micro-FAST制备钛微型齿轮致密化的影响。结果表明,在1200℃烧结保温4 min,体系的相对密度即可达到90.5%。Micro-FAST的烧结致密化过程大致可分为4个阶段:预热阶段、低温保温阶段、快速升温阶段和烧结保温阶段,钛粉末的致密化过程主要发生在快速升温阶段。对烧结体系的收缩动力学曲线研究发现,在电场、力场和温度场的耦合作用下,粉末体系在450℃发生了塑性变形,在1032℃生成了局部液相。研究表明,与传统烧结法相比,多物理场活化烧结法是一种新型和高效的制备钛微型零件的良好方法。     

钛及钛合金粉末的注射成形

介绍了钛及钛合金粉末注射成形技术的发展、应用现状及制备工艺。指出了钛及钛合金粉末注射成形技术研究方向和扩大应用的途径是：①使用价格低廉的氢化脱氢粉和气体雾化粉混合得到的钛及钛合金粉作为注射成形的原料粉末；②开发新型高效的钛及钛合金粉末注射成形用的粘结剂体系；③优化混炼工艺；④优化注射条件参数以消除注射缺陷；⑤开发先进的脱脂工艺，使脱脂时间进一步缩短并减少脱脂缺陷，以降低成本；⑥研究钛及钛合金烧结工艺以及超小型零件的注射成形工艺，控制产品尺寸精度，提高产品性能。扩大产品的尺寸。     

凝胶注模制备多孔Ni-Ti合金的研究

多孔Ni-Ti合金由于其优异的形状记忆性能而广泛应用于医用植入材料领域。本文以TiH2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,通过后续真空干燥、脱脂以及烧结工艺成功制备出性能优异的医用植入多孔Ni-Ti合金。运用XRD、SEM对多孔Ni-Ti合金进行了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、机械性能、组织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45vol. %的生坯在1050 ℃条件下高真空烧结保温2h,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,基本满足人体骨性能需要。     

海绵钛—钛粉联合法生产

目前,世界上年产钛粉1万t以上,制取钛粉的方法有多种,但工业上主要采用的是钠法钛的研磨法和镁法钛的氢化法。近年来,钠法钛厂都先后关闭,钠法钛逐渐短缺,迫切需要找替代产品。而镁法钛氢化法钛粉设备简单,操作简便,投资较少,可制得细粒度的钛粉。因此,镁法钛氢化法钛粉生产发展很快。但镁法钛氢化法生产的钛粉,一般含氧、氮、铁比钠法钛粉偏高。镁法钛氢化法钛粉要想占领钛粉市场,就必须提高产品质量,降低钛粉产品中的氧、氮和铁含量以及降低生产成本。     

不同钛粉末的PIM烧结性能研究

针对复杂形状纯钛件的精密制备,采用粉末注射成形技术,设计了几种不同粉末组成,制备成催化脱脂型喂料,再经粉末注射成形,烧结成制品。系统研究了烧结工艺参数对钛烧结件致密度、碳氧含量、显微组织和力学性能的影响。实验结果表明: 综合性能较好的P3试样钛件经1250 _oC真空烧结2h后,致密度为95.7%,其C、O 含量分别为0. 14%和0. 46%,拉伸强度968MPa,抗弯强度为1141MPa,抗拉强度为720MPa,延伸率为4.5%,晶粒细小均匀,并呈现韧性断裂特征。     

装粉方式对钛粉压制成形影响的数值模拟

用MSC.Marc软件模拟了3种不同装粉方式下钛粉压制成形过程中粉末的流动情况及压坯的密度分布规律.结果表明:粉末装粉方式对粉末压制过程及压坯密度有较大的影响,与平式装粉方式相比,采用凸式装粉,试样的烧结坯密度提高了6%,孔隙分布的均匀性也得到相应的改善.     

镁对氢化钛烧结致密化的影响

以氢化钛粉末和镁粉为原料,利用模压工艺制备纯钛,主要研究了镁对氢化钛粉末烧结致密化的影响。结果表明,少量镁的添加能够促进氢化钛粉末的烧结致密化,而过量镁则降低烧结密度,镁添加量为0.5%(质量分数,下同)时效果最优,将烧结体相对密度由96.5%提高到98.7%。通过对烧结过程动力学、镁还原氧化钛反应的热力学和动力学,以及烧结体成分进行分析,发现少量镁促进氢化钛烧结致密化的机理为:真空烧结时镁从坯体中挥发,形成的镁蒸气对粉末颗粒表面的氧起到净化作用,提高了烧结活性,从而提高烧结密度。     

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。     

Evaluation of microstructure and phase relations in a powder processed Ti-44AI-12Nb alloy

Titanium aluminides based on the ordered face-centered tetragonal γTiAI phase possess attractive properties, such as low density, high melting point, good elevated temperature strength, modulus retention, and oxidation resistance, making these alloys potential high-temperature structural materials. These alloys can be processed by both ingot metallurgy and powder metallurgy routes. In the present study, three variations of the powder metallurgy route were studied to process a Ti-44Al-12Nb (at. %) alloy: (a) cold pressing followed by reaction sintering (CPprocess); (b) cold pressing, vacuum hot pressing, and then sintering (HP process); and (c) arc melting, hydride-dehydride process to make the alloy powder, cold isostatic pressing, and then sintering (AM process). Microstructural and phase relations were studied by x-ray diffraction (XRD) analysis, optical microscopy, scanning electron microscopy with an energy-dispersive spectrometer (SEM-EDS), and electron probe microanalysis (EPMA). The phases identified were Ti₃AI and TiAl; an additional Nb₂AI phase was observed in the HPsample. The microstructures of CPand HP processed samples are porous and chemically inhomogeneous whereas the AM processed sample revealed fine equiaxed microstructure. This refinement of the microstructure is attributed to the fine, homogeneous powder produced by the hydride-dehydride process and the high compaction pressures.     

机械合金化制备Fe-10%Ni合金研究

采用纯Fe粉和Ni粉利用高能卧式搅拌球磨机制备了Fe-10%Ni(质量分数,下同)合金,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差热分析(DTA)研究了球磨粉末的相组成、形貌和热稳定性,并对其热压烧结的块材进行了组织分析与性能测试。结果表明,在球磨机转速400 r/min,球料比20:1条件下,球磨8 h后,Ni原子完全固溶在Fe原子晶格中,形成体心立方结构Fe(Ni)过饱和固溶体,延长时间到16 h,球磨粉末颗粒尺寸更均匀细小,但仍为体心立方Fe(Ni)固溶体。对球磨16 h的合金粉末在500~800℃进行退火处理,发现粉末结构稳定,仍为体心立方Fe(Ni)固溶体。对球磨16 h的合金粉末进行热压烧结,发现950℃下烧结块材中出现少量fcc结构的Fe(Ni)固溶体相,而继续在970℃复烧后则完全转变为面心立方结构的Fe(Ni),但950℃热压烧结块材的强度和延伸率高于970℃复烧的块材,原因在于无压复烧块材中产生氧化物和孔洞。     

摩托车发动机用Ti-Al-Fe-Mo气门的制备及性能表征

以Ti粉和Al、Fe、Mo等元素粉末为原料,采用粉末冶金工艺制备了Ti-Al-Fe-Mo合金,并最终制成摩托车发动机用钛气门,研究了钛合金制备过程中的组织和性能演变规律,考察了钛气门的装机试验使用效果。结果表明,采用粉末冶金工艺制备的Ti-Al-Fe-Mo合金具有优良的综合性能,其抗拉强度为1232 MPa,屈服强度为1186 MPa,延伸率为6.5 %,硬度为49 HRC。在钛合金表面涂覆TiN硬质耐磨涂层后,制成的钛气门可满足摩托车发动机的装机测试要求。与使用钢制气门相比,使用钛气门可以使发动机的功率和扭矩提高约12%,油耗降低1%,并显著降低噪音。     

Ti-Al-C系复合材料的微观组织演变

以Ti粉、纯Al和碳纤维为原料,采用浸渗-反应合成法制备出Ti-Al-C系复合材料。首先将Ti粉和碳纤维制成预制件,再将熔融的纯Al压入预制件,制备出铸态的复合材料。随后将铸态的复合材料分别在600至1260 ℃间进行原位反应,保温时间为1 h。通过SEM和EDX 分析了复合材料的显微组织和产物的元素成分,同时,采用XRD分析复合材料的相组成。结果表明,在较低温下,TiAl3和Al4C3首先生成;随着温度的进一步升高,TiAl3 分解,TiC析出;在高温下,氧化现象发生,有Al2O3生成。Ti-Al-C系复合材料在原位反应过程中遵循生成-分解-析出-氧化机制。     

放电等离子烧结的钛铝合金组织及氧化性能研究

研究了TiH2-45Al-0.2Si-5Nb未球磨和球磨两种粉末的放电等离子烧结组织特征以及经1000℃、100h高温氧化后的氧化性能.结果表明,未经球磨粉末的烧结组织由层片状TiAl和Ti3Al相组成,而经球磨粉末的烧结组织由细小的颗粒状TiAJ和Ti3Al相组成.球磨粉末的烧结组织氧化速度低于未球磨粉末的烧结组织,形成了连续的Al2O3和TiO2混合氧化物层,具有良好的高温抗氧化性.     

热压烧结制备钛基合金TiAl+Ti及其显微结构

在1473 K,30 MPa,1.5 h的热压条件下直接烧结TiAl金属间化合物和Ti混合粉末,制备了钛基合金(TiAl+Ti)样品,采用XRD、SEM研究了2种不同成分配比对烧结产物相组成及显微结构的影响。结果表明,不同成分配比热压烧结体的显微组织分布相差较大,但相组成基本相同;对于TiAl和Ti体积比7:3的钛基合金样品,Ti粉末中Fe元素易于固溶到Ti_2Al和Ti_3Al中,析出相主要由TiAl、Ti_2Al(Fe)、Ti_3Al(Fe)和富Ti相组成;该比例的混合粉末在热压烧结过程中发生了不同程度的扩散反应,最终形成了组织渐变的Ti/Ti_3Al(Fe)//Ti_2Al(Fe)/TiAl显微结构。     

低成本高性能粉末冶金钛合金

粉末冶金是短流程制备低成本、高性能钛及钛合金的有效方法。低成本氢化脱氢（HDH）钛粉可用于制备粉末冶金钛合金制件,但由于受间隙原子含量高、烧结致密度低和微观组织粗大等因素影响,使粉末冶金钛制品的组织性能优势得不到发挥。实验采用氢化脱氢钛粉—冷等静压—真空烧结的技术路线制备了Ti-6Al-4V烧结坯,间隙原子含量低（O<0.16 wt.%, N<0.05 wt.%, H<0.015 wt.%）,具有均匀细小的近等轴?组织,良好的室温拉伸性能（UTS>930 MPa, YS>870 MPa, El>14%）。实验同时表明了HDH工艺制备低间隙原子含量钛粉的可行性,间隙原子含量的增加主要源于粉末及压坯的操作、转移和储存过程。得益于粉末冶金钛合金的细晶和近终成形特点,它无需通过开坯锻造,并且近成型的烧结坯能够提高材料利用率,减少后续热加工变形量及加工道次。因此,以粉末钛合金烧结坯替代锻坯进行后续的塑性加工能够大幅度降低钛合金构件及型材的成本。