ECAP制备超细晶生物医用钛及钛合金的研究进展

钛及钛合金由于质轻、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异,已成为应用最广泛的生物医学金属材料之一。然而,较低的塑性、耐腐蚀性能和耐磨损性能限制了其发展和应用。剧烈塑性变形被认为是对金属材料最有效的晶粒细化方法之一,其中,等通道转角挤压（ECAP）是制备块状超细晶（UFG）/纳米晶金属材料的常用技术。通过ECAP变形,可以制备具有优异综合性能的UFG钛及钛合金。本文综述了生物医用UFG钛及钛合金的ECAP制备方式,着重讨论了ECAP变形对钛及钛合金的组织、力学性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能的影响,分析了钛及钛合金的ECAP变形机制和晶粒细化机制,提出了通过ECAP变形结合传统塑性加工和变形后热处理来进一步优化钛及钛合金综合性能的想法。     

钛及钛合金剧烈塑性变形研究进展

剧烈塑性变形（SPD）是制备超细晶材料的重要技术手段。基于国内外在钛及钛合金剧烈塑性变形领域所取得的成果，介绍了等通道转角挤压、搅拌摩擦加工、高压扭转、累积叠轧和多向锻造5种典型的剧烈塑性变形技术的基本原理和研究进展，探讨分析了剧烈塑性变形对钛及钛合金组织演变和力学性能的影响。指出了目前钛及钛合金剧烈塑性变形技术所存在的问题，并对今后的发展进行了展望。     

等通道转角挤压法制备超细晶纯钛的研究进展

近年来,围绕超细晶纯钛的制备及其性能提升方面开展了许多研究。本文综述了制备超细晶纯钛块材的等通道转角挤压工艺及其重要参数,分析了挤压过程中纯钛的位错滑移及孪晶变形机制。超细晶纯钛的强度、塑性、抗疲劳性能显著提高,而耐蚀性测试结果呈多样性,有待进一步研究。等通道转角挤压和后续热机械处理的结合,可进一步提高超细晶纯钛的综合性能,表明采用ECAP技术制备的超细晶纯钛在各行各业有着广阔的发展前景。     

剧烈塑性变形技术及在医用钛合金上的应用

剧烈塑性变形(SPD)能使材料同时具有良好的力学性能和优良的生物相容性能。与传统的钛合金相比,超细晶生物医用钛合金具有更高的强度、更好的耐腐蚀性和抗疲劳性能。重点论述了剧烈塑性变形技术及其在医用钛合金中的应用,详细地阐述了4种SPD细化晶粒方法。     

超细晶纯钛阳极氧化表面性能研究

研究了常规纯钛和超细晶纯钛阳极氧化表面的形貌、膜-基结合力、抗腐蚀性能和微动摩擦磨损性能。结果表明:与常规纯钛氧化表面相比,超细晶纯钛氧化表面具有更多纳米尺度孔穴,更高的膜-基结合力(后者是前者的2倍),更高的抗模拟体液电化学腐蚀性能(后者的腐蚀速率是前者的2/5),更低的摩擦系数(0.12:0.34)、更高的耐磨性。分析认为,以上性能变化是纯钛组织超细化提高其晶体缺陷(内能)所致。     

等通道转角挤压法制备超细晶纯钛的研究进展（英文）

近年来,围绕超细晶纯钛的制备及其性能提升方面开展了许多研究。本文综述了制备超细晶纯钛块材的等通道转角挤压工艺(ECAP)及其重要参数,分析了挤压过程中纯钛的位错滑移及孪晶变形机制。超细晶纯钛的强度、塑性、抗疲劳性能显著提高,而耐蚀性测试结果呈多样性,有待进一步研究。等通道转角挤压和后续热机械处理的结合,可进一步提高超细晶纯钛的综合性能,表明采用ECAP技术制备的超细晶纯钛在各行各业有着广阔的发展前景。     

超细晶奥氏体不锈钢的研究状况及问题

详细介绍了超细晶奥氏体不锈钢技术,综述了奥氏体不锈钢力学性能、晶间腐蚀性能、应力腐蚀性能、点蚀和缝隙腐蚀性能与晶粒尺寸之间的关系,指出了超细晶奥氏体不锈钢研究存在的问题.     

SPD制备纳米/超细晶金属材料的成形方法

为了探索SPD法制备纳米/超细晶金属材料的新工艺方法,对ECAP、HP1等经典工艺方法制备纳米/超细晶金属材料的晶粒细化特点进行了分析,结果显示目前SPD工艺存在的问题主要表现在:成形效率低、变形过程中出现疲劳裂纹、制件尺寸小、显微组织不均匀.指出今后SPD的研究应从晶粒细化机理和纳米结构与材料性能的关系等方面展开.     

深度轧制技术制备的纳米晶金属板材腐蚀性能研究进展

概述了目前已提出的几种纳米晶金属材料制备技术和不同纳米晶金属材料腐蚀研究进展。介绍了深度轧制技术制备纳米晶金属板材,阐述了该技术制备的纳米晶金属板材(工业纯铁、304不锈钢和工业纯铝)腐蚀性能研究进展。与相应的普通金属材料相比,深度轧制技术制备的这三种纳米晶金属材料在不同腐蚀环境(溶液、熔盐和高温气体)中耐腐蚀性能(局部腐蚀和均匀腐蚀)提高。大量纳米晶及其相应普通金属材料的腐蚀实验结果表明,传统的材料微观结构参量(成分及其分布、晶粒尺寸、位错密度和残余应力等)不是腐蚀性能的本征参量。提出了从金属材料价电子结构和氧化膜电子结构角度理解金属材料腐蚀性能及其相关腐蚀机理,并在现有工作基础上提出金属材料电化学腐蚀本征参量的概念。     

超细晶轻合金的制备及超塑性研究进展

超细晶材料具有优异的超塑性能,综述了通过大塑性变形方法获得镁、铝合金超细晶材料的超塑性能研究进展和通过大塑性变形和热氢处理获得超细晶钛合金的超塑性能,展望了超细晶轻合金的发展趋势。     

非对称梯度挤压下的块体金属塑性流变特征

超细晶金属材料具有优异的综合性能,剧烈塑性变形(Severe plastic deformation, SPD)是制备块体金属超细晶材料的一种重要方法。目前国内外已经提出了多种SPD超细晶制备工艺,但要实现其工业化生产还有许多问题,这突出体现在材料损伤严重、变形均匀性差和模具结构复杂等多个方面。基于金属在挤压通道内的塑性变形特征,本文提出了一种新的块体金属超细晶制备方法-非对称梯度挤压(Asymmetric gradient extrusion, AGE)工艺。采用有限元方法结合挤压试验,探究了纯铜在AGE条件下的塑性变形特征。为了验证AGE方法在制备超细晶方法中的优势,对比分析了纯铜在等弯通道挤压(Equal-channel angular pressing, ECAP)和AGE多道次循环挤压条件下的等效应变累积特征和损伤演化规律。结果表明：AGE与ECAP的单道次应变均值基本相同,但AGE在变形均匀性和损伤累积方面均优于ECAP。AGE在制备金属超细晶材料方面表现出了明显的优势。     

超细晶纯钛微弧氧化表面润湿性和耐腐蚀性能研究

以纯钛为原料,经等通道转角大应变加工处理得到超细晶纯钛,采用微弧氧化法对纯钛和超细晶纯钛表面进行了改性处理,研究了改性处理对样品的表面形貌、润湿性和耐腐蚀性等的影响。实验发现微弧氧化处理后,虽纯钛及超细晶纯钛表面均形成多孔氧化膜层、接触角减小、表面粗糙度和表面能提高,但与纯钛相比,超细晶纯钛腐蚀速率与电流密度较纯钛的更小。因此,经微弧氧化法改性后,超细晶纯钛比纯钛更适合应用于医用植入物领域。     

轧制变形超细晶纯钛的电化学腐蚀行为

工业纯钛经过8道次等通道弯角挤压处理后,在室温或液氮温度下进行轧制。随后以林格式人工模拟体液为腐蚀介质,对两步大变形前后纯钛的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明,8道次ECAE处理后获得的超细晶纯钛,较退火粗晶态具有更好的轧制变形能力。两步大变形制备超细晶纯钛不仅表现出良好的综合力学性能,而且具备优异的耐腐蚀性能。8道次ECAE处理的纯钛在室温冷轧后的耐腐蚀性较液氮温度冷轧后好,主要因为不同温度轧制织构组分改变使得平行于样品表面的晶面变为密排面或低指数晶面,比高指数晶面难溶解,呈现更优的耐腐蚀性能。     

钛及钛合金腐蚀行为研究进展

钛及钛合金在服役过程中会出现点蚀、应力腐蚀和电偶腐蚀等问题,因此对于钛及钛合金腐蚀行为的研究极为重要。综述了近年来钛及钛合金在海洋工程、航空工业、油气开采和化学工业中腐蚀行为的研究进展及存在问题,简要介绍了钛及钛合金表面处理技术取得的研究成果,最后对该领域发展趋势进行了展望：(1)在现有研究的基础上应更深入探究钛及钛合金在多影响因素耦合作用下的腐蚀失效行为及表面处理技术;(2)注重结合实验和数值模拟等手段从微观尺度探究钛及钛合金的腐蚀机理,加快建立钛及钛合金腐蚀性能等相关数据库;(3)进一步降低各种表面处理技术的成本,开发“复合防护”技术,深入探究能够提升钛及钛合金综合性能的新型表面处理技术。     

超细/纳米晶无黏结相WC硬质合金的研究进展

无黏结相WC硬质合金（Binderless tungsten carbide,BTC）因具有传统硬质合金无可比拟的优异耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性,在耐冲蚀、高耐磨的工具、精细刀具以及石油、页岩气开采等领域有很好的应用前景。超细/纳米晶BTC制备的关键问题之一是如何控制WC晶粒的长大,本文从超细/纳米WC粉末的制备技术、BTC材料成分设计及成型工艺和烧结技术等方面对超细/纳米晶BTC的相关研究成果进行综述,强调了原料WC粒度、第二相化合物添加、先进成型工艺和烧结技术在BTC致密化过程中的关键作用,对比了不同成分体系、不同烧结工艺下超细/纳米晶BTC材料的性能差异;指出超细/纳米晶BTC制备过程中存在的主要问题为致密化和强韧化,可通过已开发的多种先进烧结技术及第二相增强增韧技术来解决,但尚未实现工业化应用;最后,阐明了超细/纳米晶BTC的发展趋势为在低温低压下获得更细的致密烧结体。     

一种表面纳米化的大规格超细晶钛合金薄板及其制备方法

本发明公开了一种表面纳米化的大规格超细晶钛合金薄板及其制备方法,包括初步轧制、包覆叠轧和表面处理。该方法通过初始大变形轧制及后续低温包覆叠轧工艺得到晶粒尺寸小于2μm的大规格超细晶钛合金薄板;且随着碾压道次数的增加,下压力逐渐增加,经过多道次碾轧后可获得表面为纳米晶、芯部为超细晶的钛合金薄板。     

690合金的成分和显微组织对腐蚀行为的影响

研究了碳、磷、铝、钛等元素和不同热处理制度对690合金显微组织和晶间腐蚀、应力腐蚀性能的影响.结果表明,690合金中碳、磷含量提高均明显恶化其晶间腐蚀性能,合金中添加铝、钛元素提高其晶间腐蚀抗力.但碳、磷、铝、钛元素对合金在290℃50%NaOH溶液中的抗应力腐蚀性能有不同影响.合金固溶处理后进行时效处理,沿晶析出细小而连续的碳化物沉淀,可阻止应力腐蚀裂纹扩展。     

多向锻造及时效对Ti-6Al-4V合金滑动磨损性能的影响

对Ti-6Al-4V合金进行了复合多向锻造和时效处理,制备了具有强度高且塑性优良的超细晶钛合金材料,以增强超细晶钛合金的耐滑动磨损性能.研究结果表明:经过复合处理后试样晶粒明显细化且超细的第二相微粒呈弥散分布,力学性能显著提高;经过多向锻造并400℃×4h时效处理后,试样的抗拉强度和屈服强度分别从888.00、845....     

钛合金缝隙腐蚀、离子渗氮与表面纳米化的研究进展

钛合金凭借优异的耐腐蚀性能,在海洋工程中有着巨大的应用前景,但是其在苛刻条件下易发生缝隙腐蚀及耐磨性差等缺点也影响了它的使用。总结了钛合金发生缝隙腐蚀的条件与原因,以及普通离子渗氮对钛合金耐磨性和耐腐蚀性能的影响,并重点探讨了表面纳米化对钛合金离子渗氮层结合力和耐蚀性能的影响。研究发现,钛合金在高温(65℃以上)、高酸性(低pH值)、高Cl~-浓度、低氧含量的苛刻环境中会发生缝隙腐蚀,氧浓差电池与自催化酸化作用是钛合金缝隙腐蚀的主要机理,钛吸氢形成的脆性TiH_2则会加速缝隙腐蚀过程。普通离子渗氮在钛合金表面形成的高硬度TiN、Ti_2N层可以提高钛合金的耐磨性,同时提高其耐均匀腐蚀性能。但是,由于离子渗氮层与钛合金基体的硬度差别较大,结合力不强,腐蚀过程中容易发生脱落。利用表面纳米化技术制备表面梯度纳米晶结构,有望通过离子渗氮获得结合力好的渗氮层结构,并可以有效降低渗氮温度。     

集成电路用纳米晶Cu-Al合金的制备及其结构、性能分析

采用大塑性变形法(SPD)制备出了集成电路用纳米晶材料,同时利用透射电子显微镜(TEM)及电子万能试验机对不同SPD方法生产的Cu-Al合金进行微结构分析及拉伸性能试验。结果表明:层错能是影响纳米晶Cu-Al合金微观结构与拉伸性能的关键性因素,纳米晶Cu-Al合金的微观结构形成机制,平均晶粒尺寸以及强塑性匹配程度均随着层错能的降低而发生改变。