放电等离子烧结制备FeSiB块体非晶合金

采用DSC测定FeSiB非晶粉末的玻璃态转变点(Tg)、初始晶化点(Tx)和过冷液相区(ΔTx),以此为基础,利用放电等离子烧结技术制备出了φ10mm×7mm、致密度为92.3%的块体非晶合金。采用XRD、SEM、VSM、万能试验机分析了烧结块体样品的相组成、微观形貌、磁性能和抗压强度。研究表明,当烧结条件为压力500MPa、温度360℃时,得到的块体非晶合金致密度最高,其饱和磁化强度为1.44T,抗压强度为1200MPa。400℃晶化后块体样品的饱和磁化强度为1.54T,抗压强度为2039MPa。     

放电等离子烧结制备非晶合金的研究进展

非晶合金具有优异的力学性能、耐蚀性、磁性能等,是一种具有极大应用潜力的新型结构材料和功能材料,然而传统方法制备的非晶合金受"临界冷却速度"的影响,有尺寸上的限制,制约了非晶合金的应用范围。而放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备的非晶合金不受"临界冷却速度"的影响,可以制备出较大尺寸的非晶合金。本文主要从致密化机理、工艺影响因素、性能对比、数值模拟等方面介绍了放电等离子烧结制备非晶合金的研究现状,分析其难点及以后的发展方向。     

放电等离子烧结制备高铌TiAl合金

以Ti-45Al-8．5Nb-0．2B-0．2W-0．1Y合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备了高铌TiAl合金。结果表明,当烧结温度高于1000℃时,可制备出致密度高、组织均匀的高铌TiAl合金;烧结温度对合金的显微组织影响显著,通过改变烧结温度可得到具有近γ（NG）、双态（DP）、近片层（NL）、全片层（FL）4种典型组织的高铌TiAl合金：合金的室温力学性能与显微组织密切相关,当烧结温度为1100℃时,所制备合金显微组织为细小双态组织,其抗拉强度为1024MPa,延伸率为1．16％,显示出较好的室温力学性能。     

放电等离子烧结制备超高强度块体Al90Mn9Ce1合金

采用放电等离子烧结（spark plasma sintering）法在低压和低温（50MPa和400-500℃）条件下快速烧结制备出了含准晶强化相的块体Al90Mn9Ce1合金，其致密度大于98％，抗压强度超过1000MPa．与普通高强度铝合金相比，其强度约提高1倍．结果表明，在放电等离子烧结过程中，采用大电流、短时、低温的烧结条件可使快冷雾化法制备的原始合金粉末中的准晶强化相及其它细小强化相得以保存，而局域强放电等离子体可以分解或破碎铝合金粉末表面的氧化膜，使合金粉末颗粒间的结合强度增加，制备出的块体铝合金具有高的致密度和超高强度．     

放电等离子烧结CuIn5合金的工艺优化

采用正交试验法确定了CuIn₅合金放电等离子烧结(SPS)的最佳工艺参数,研究了烧结温度、烧结时间、烧结压力对CuIn₅合金的致密度、硬度和导电性能的影响。结果表明:影响CuIn₅合金致密度和硬度的主要因素均为烧结温度,其次为烧结压力,烧结时间的影响最小;影响CuIn₅合金电导率的主要因素为烧结温度,其次为烧结时间和烧结压力。利用SPS技术制备CuIn₅合金的最佳工艺为烧结温度850 ℃,烧结时间5 min,烧结压力50 MPa。采用最佳工艺制备的CuIn₅合金组织均匀致密,In固溶于Cu中形成固溶体,其晶格常数为0.362 865 nm,晶格畸变率为0.38%,致密度为99.56%,显微硬度为136.3 HV0.1,导电率为37.86%IACS。     

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。     

放电等离子烧结温度对W-30Re合金组织性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备W-30Re合金,研究烧结温度对合金致密度、显微硬度、显微组织和断裂方式的影响。结果表明,利用放电等离子烧结技术可以在较短时间内制备出晶粒细小,组织均匀的高密度W-30Re合金。随着烧结温度的升高,合金的致密度与硬度不断增大,合金中粘结相的数量不断增加;合金的断裂方式由沿晶断裂转变为以沿晶断裂为主,以粘结相的延性撕裂为辅的断裂方式。     

放电等离子烧结MoNbTaW难熔高熵合金

以纯金属元素粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备了MoNbTaW难熔高熵合金,研究了烧结温度和保温时间等工艺参数对MoNbTaW难熔高熵合金的物相、晶体结构、烧结行为和力学性能的影响。结果表明,在烧结温度1800℃和保温5min即可形成BCC单相高熵合金;烧结温度是影响MoNbTaW难熔高熵合金致密度、晶粒尺寸和力学性能的主要因素;随着烧结温度的升高,合金的晶粒尺寸增大,致密度、硬度和和屈服强度均增高;烧结温度为2000℃时合金的致密度可达99.8%,化学成分无偏析,屈服强度为1314±14MPa,断裂韧性为(5～6)MPa.m_1/2,其断裂模式为解理断裂。     

放电等离子烧结制备镧镁镍贮氢合金

为了改善镧镁镍贮氢合金的循环稳定性,以La0.78Mg0.22Ni3.70合金为研究对象探索放电等离子烧结适宜温度。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析了合金的断口形貌及相结构,电池测试仪测试了合金的电化学性能。结果表明,合金的烧结过程含有膨胀—收缩阶段,收缩阶段相对较长。随烧结温度升高,合金收缩引起的位移增加,合金断口先致密后蓬松,含有LaNi5、(La,Mg)2Ni7主相以及LaNi2.28残余相。与其它温度烧结合金相比,950℃烧结合金具有较高的放电容量和循环稳定性。     

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。     

SPS烧结Ti-25Ta-3Ag合金的组织演变与腐蚀行为研究

用XRD、SEM等测试手段对SPS烧结的Ti-25Ta-3Ag生物合金的物相、形貌和微观结构进行表征;采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了不同烧结温度制备的合金在人工模拟体液(Hank’s溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明：Ti-25Ta-3Ag烧结产物中存在α相(不规则多边形)、马氏体α＂相(针状)和β相(片层状),同时在晶界处有单质Ag(白色颗粒)析出。电化学实验表明：随着烧结温升高,合金的耐腐蚀性能增强。该合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是：Ag提高了合金的腐蚀电位,且在晶界析出,由于Ag的高耐腐蚀性,使得晶界不易发生腐蚀;另一方面合金表面形成的钝化膜主要由TiO₂和Ta₂O₅氧化物,Ti和Ta的低价态氧化物以及金属Ag组成,且钝化膜与基体钛结合紧密,其稳定性和保护性更强。     

放电等离子体烧结制备钨-钒-铬合金及性能表征

利用机械球磨、放电等离子体烧结法制备了质量分数(%,下同)为W-(10~30)V-(10~30)Cr的三元合金,对烧结后的合金进行了显微结构和室温力学性能研究。结果表明,采用放电等离子体烧结可以制得相对密度为99.7%的W-30V-20Cr合金,其实际密度比烧结纯钨降低了49.74%;显微结构分析表明V、Cr可以很好地合金化,形成塑性连续相,包裹在钨分散相的周围,很好地改善了钨合金的力学性能,W-30V-20Cr的抗弯强度为437.13 MPa,比烧结纯钨增加了25%,HV硬度为6154 MPa;W-30V-20Cr合金具有较高的断裂韧性值,为15.51 MPa·m1/2。     

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。     

SPS法制备的三元合金Ag0.405Sb0.532Te的热电性能

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了三元合金Ag0.405Sb0.532Te,并研究了它的输运性能,即Seebeck系数、电导率和热导率。结果表明,当温度从316K上升到548K时,电导率从7.6×104S·m-1下降到6.6×104S·m-1。在438K以上,热导率随温度上升逐渐增加,低于438K时,热导率趋于稳定,约为0.86W·(K·m)-1。无量纲热电优值ZT在548K时取得最大值0.65,稍高于Ag0.365Sb0.558Te三元合金的0.61。与掺Ag的AgxBi0.5Sb1.5-xTe3(x=0～0.4)合金相比,热电性能得到了改善。并再次讨论了AgxBi0.5Sb1.5-xTe3合金中析出的第二相Ag-Sb-Te三元合金的作用机制。     

放电等离子烧结WMoNbTaV-Al2O3 高熵合金组织及磨损性能

以金属粉末为原料,采用放电等离子烧结技术制备新型含α-Al₂O₃的WMoNbTaV难熔高熵合金,研究了烧结温度对合金致密化行为、相结构、显微组织和耐磨性能的影响。结果表明：在1800~1900 ℃烧结时,WMoNbTaV-Al₂O₃高熵合金基体具有单一bcc相结构,Al₂O₃的平均晶粒尺寸为1.15 μm。随着烧结温度升高,合金的晶粒尺寸增大,致密度和显微硬度也在不断增高,在1900 ℃烧结时硬度达到7967.4 MPa。1900 ℃烧结得到的合金具有优异的耐磨性,磨损量仅为1800 ℃烧结合金的一半。且WMoNbTaV-Al₂O₃高熵合金的耐磨性远高于纯W材料。当磨料粒度为37.5 μm时,1900 ℃烧结的合金磨损量为0.9 mg,磨损性能是纯W材料的83倍。     

纳米Cu粉末的放电等离子烧结

利用放电等离子烧结装置考察了纳米铜粉坯体的升温过程,研究了烧结速度和烧结温度对烧结等效电阻、烧结体相对密度及晶粒尺寸的影响。结果表明：在烧结过程中存在着最佳的烧结速度,当烧结速度为150℃／min时,样品致密度达到峰值88％左右,晶粒的平均尺寸接近200nm,且烧结的等效电阻随升温速度的增加而降低;纳米Cu粉末在250℃时开始烧结成块,随烧结温度提高,烧结致密度不断提高,电阻降低;但是当升温速度过快,烧结温度过高时,出现反致密化现象。     

放电等离子体烧结FePt 合金的微观结构和磁学性能

采用熔炼、机械破碎和放电等离子体烧结法制备了Fe50Pt50合金,研究了合金的微观结构和磁学性能。结果表明在烧结过程中合金中无序的面心立方相向有序的 L10有序相转变,Fe50Pt50合金的有序度和矫顽力随着放电等离子体烧结温度的升高而降低;在800℃烧结时,可获得的最大磁能积为50.81 kJ/m3。     

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。