低成本TiH_(2)粉末制备Ti/(TiB+TiC)复合材料的组织与性能

使用低成本的TiH_(2)粉末代替纯钛粉,通过添加B4C原位生成TiB和TiC两种增强相,经过真空无压烧结及热挤压工艺制备出具有优异力学性能的Ti/(TiB+TiC)钛基复合材料,分析了制备工艺和增强相对复合材料组织与性能的影响。结果表明,TiH_(2)粉末具有较好的烧结活性,脱氢烧结样品的相对密度可达97.7%;经热挤压工艺,相对密度进一步提升到99.9%,接近于全致密。增强相TiB为短纤维状,TiC为颗粒状,均匀分布在等轴α-Ti基体中,能抑制等轴晶的长大,细化晶粒。热挤压工艺能进一步细化晶粒,使组织更加均匀致密,挤压态钛基复合材料具有高硬度和良好的强塑性匹配。TiH_(2)+4%B4C(体积分数)挤压态复合材料维氏硬度Hv0.3310,屈服强度683 MPa,抗拉强度851 MPa,断后伸长率15.1%。

TiH_(2)压坯烧结脱氢性能试验研究

试验将TiH_(2)压坯在氩气气氛保护下以10℃/min的升温速率升温加热,进行TiH_(2)粉体TG和DSC检测。TiH_(2)压坯在真空烧结炉中以不同温度烧结并保温2 h,计算氢化钛压坯不同烧结温度下的脱氢率,分析TiH_(2)脱氢物相显微组织。结果表明:脱氢过程是一个吸热过程,TiH_(2)的分解有两个明显的吸热峰。TiH_(2)在(400~600)℃之间失重率的变化最大。XRD脱氢物相分析得到原料化合物的物相为TiH_(1.924)。TiH_(2)原料开始分解温度为400℃,当温度达到700℃时TiH2脱氢结束。

锂离子电池SiO/TiH_(2)复合负极材料的制备及其电化学性能

SiO材料具有较高的理论比容量、较低的电压平台以及比Si低的体积膨胀率,被认为是最具有商业化潜力的负极材料,但是SiO存在因初始库伦效率低、体积膨胀率高引起的循环快速衰减等问题。将SiO负极材料与钛氢化合物复合,采用简单、易于工业化的球磨和热处理方法制备了SiO/TiH_(2)负极材料,探讨了热处理温度与SiO和TiH_(2)的质量比对SiO/TiH_(2)复合负极材料的影响。结果表明,热处理过程中形成的高导电性中间相可以起到增强导电性、缓冲体积膨胀、显著改善复合负极材料循环和倍率性能的作用。其中热处理温度为700℃、质量比为4∶1的SiO/TiH_(2)复合负极材料的初始库伦效率为74.4%,100次循环后比容量为555.2 mA·h/g,比容量保持率为53.6%。

含TiH_(2)发泡混合体的热分解行为研究

TiH_(2)是制备轻质闭孔泡沫铝材料的重要原料,为改善其热分解行为,将Al粉和TiH_(2)进行低能球磨制备发泡混合体,实现Al粉对TiH_(2)的包覆作用。对制备的该发泡混合体进行热重分析。结果表明:低能球磨可实现TiH_(2)颗粒尺寸的减小,并使其均匀镶嵌在Al粉上;发泡混合体的分解温度要大于单纯经过预处理TiH_(2)的分解温度且发泡混合体的吸热峰由410~550℃的单峰变为480~560℃和650~675℃的双峰形态。随着发泡混合体中Al粉的不断增多,TiH_(2)的吸热密度不断减小,而Al粉的吸热密度不断增大。

TiH_(2)粉末制备钛合金的组织与力学性能

以TiH_(2)粉末为原料,分别在1100、1150和1200℃进行真空烧结,制备粉末冶金纯Ti以及Ti-6Al-4V与Ti-5Al-2.5Fe合金,研究烧结温度对合金密度、微观组织和力学性能的影响。结果表明:随烧结温度升高,钛和钛合金的密度均逐渐提高,拉伸性能明显提升。在1200℃真空烧结后,纯Ti的相对密度达98.1%,抗拉强度和伸长率分别为501 MPa和11.3%;Ti-6Al-4V的相对密度为96.2%,抗拉强度和伸长率分别为968 MPa和8.1%;Ti-5Al-2.5Fe的相对密度为96.2%,抗拉强度和伸长率分别为867 MPa和6.7%。这3种材料的拉伸断口均出现大量韧窝,为韧性断裂的断口特征。以TiH_(2)粉末为原料制备的钛合金强度和伸长率均达到钛合金的标准性能要求。

基于TiH_(2)原料的粉末冶金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的组织与性能研究

目的研究烧结工艺对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织演变及力学性能的影响。方法以TiH_(2)粉末为原料,采用粉末冶金工艺制备低成本高性能的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金,分析合金在不同烧结条件下组织与性能的变化规律。结果TiH_(2)的脱氢温度区间集中在450~700℃;Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的烧结过程可分为缓慢致密化、快速致密化、全致密化3个阶段。随着烧结温度的升高与保温时间的延长,试样基体中的等轴α-Ti含量减小,而层片状组织结构的体积分数增大;同时,材料的孔隙率降低,孔洞的圆整度提高,而孔隙半径减小。在1250℃下保温烧结4 h后,可制得相对致密度为97.5%的合金试样,其压缩屈服强度σb为1140 MPa,而压缩应变δ为24%。结论相比于保温时间,烧结温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的烧结行为有着更加显著的影响,合理选择烧结参数可制得高致密高性能的钛材。

TiH_(2)制备纯钛的气氛烧结工艺研究

以TiH_(2)粉为原料,经过冷等静压成型后进行真空烧结,烧结坯微观结构存在孔隙,相对密度98%,平均晶粒尺寸≥50μm。为细化烧结坯的微观组织以提升力学性能指标,本实验在脱氢烧结之前通入比例为H_(2)∶Ar=1∶5的混合含氢氩气,氢分压为16887.5Pa,在320℃时保温6~8h,基体发生β→α+TiH_(x)共析相变,形成了更细小、均匀的微观组织。烧结后纯钛致密度均>99%,平均晶粒度≤25μm。与真空烧结相比,抗拉强度平均提高了47%,延伸率平均提高了33%;与ASTMB348-10标准相比,抗拉强度平均提高了10%,延伸率提高了20%。

钛粉冷等静压影响烧结性能实验研究

这是一篇冶金工程领域的论文。本文选用TiH_(2)粉作为实验原料,研究冷等静压不同压制压强和保压时间下TiH_(2)粉的烧结行为,揭示压制压强和保压时间对TiH_(2)烧结试样收缩率和相对密度的影响,以提高压坯密度和产品性能。研究结果表明:烧结试样收缩率随压制压强增加减小,压制压强达到400 MPa后,压制压强对烧结试样相对密度影响不大,出于制样效率及该冷等静压机压制压强极限考虑,压制压强不宜超过400 MPa;烧结试样收缩率随保压时间增加减小,当保压时间达到20 min后,烧结试样相对密度随着保压时间的延长变化甚微,出于制样效率的考虑,保压时间以15~20 min为宜。

激光选区熔化成形含钛6061铝合金的显微组织与力学性能

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形6061铝合金易形成粗大的柱状晶和热裂纹。采用低能球磨组装修饰法制备TiH_(2)/AA6061铝基复合粉末,采用激光选区熔化技术制备含钛6061铝合金试样,分析不同TiH_(2)添加量对试样显微组织和力学性能的影响。结果表明:添加1%TiH_(2)(质量分数,下同)即可使合金熔池边界形成连续的等轴晶区,平均晶粒尺寸从59.8μm减小到2.53μm,粗大的柱状晶粒和裂纹被抑制,添加1.5%TiH_(2)时,SLM试样的粗大柱状晶组织绝大部分消失。显微组织转变归因于Ti元素增强成分过冷以及原位反应形成L12-Al_(3)Ti形核质点,该质点与铝基体形成共格界面,具有较强的异质形核作用,显著促进Al基体柱状晶向等轴晶转变及晶粒细化。经激光选区熔化成形后,添加1%TiH_(2)的试样抗拉强度为274 MPa,屈服强度为238 MPa,断后伸长率为18%。

选区激光熔化成形(ZrH_(2)+TiH_(2))/Al-Cu-Mn合金的显微组织与力学性能

Al-Cu系合金因较宽的凝固区间,在选区激光熔化(selective laser melting,SLM)成形中存在热裂纹问题。实验通过机械混粉的方法制备了(ZrH_(2)+TiH_(2))/Al-Cu-Mn复合粉体,并通过SLM成形试样。采用金相显微镜、SEM、EDS、显微硬度仪、拉伸实验等,研究了ZrH_(2)、TiH_(2)复合添加对Al-Cu-Mn合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:当激光能量密度为120 J/mm3时,试样致密度最高。ZrH_(2)、TiH_(2)添加后,试样微观组织由粗大的柱状晶转变为等轴晶,晶粒发生细化,成形过程中的开裂现象明显改善。相比于初始Al-Cu-Mn粉体,ZrH_(2)、TiH_(2)添加后SLM成形试样显微硬度提升了16.5%,室温抗拉强度达到356.5 MPa,伸长率为8.8%;经540℃固溶处理1 h+185℃时效处理10 h后,试样抗拉强度提升至460.9 MPa,伸长率达到11.4%。

钛粉烧结工艺参数控制研究

为得到适宜的钛粉烧结工艺参数,从而制备出全致密高性能的钛粉末冶金件,研究了烧结温度、保温时间和升温速率对烧结坯收缩率和相对密度的影响。结果表明:烧结试样的收缩率及相对密度随烧结温度、保温时间升高而增大,随升温速率减小而增大。提高烧结温度可以降低烧结坯孔隙率、减少残余孔隙尺寸,但可能导致材料力学性能下降;保温时间达到4 h后,孔隙逐步扩散、长大和湮灭,大孔隙消失;较低升温速率有利于组织内部缺陷消失、内应力释放和气孔消除。综合考虑烧结效率、烧结炉温度极限、烧结组织控制、烧结试样收缩率、烧结试样相对密度和节约能源等因素,选择烧结温度1200℃、保温时间4 h、升温速率5℃/min。

多孔钎焊砂轮的制备及SiC陶瓷磨削试验研究

基于模压成形和真空固相烧结工艺,选用Cu-10Sn结合剂、经氧化预处理的TiH钎焊造孔剂、MBD8金刚石磨粒,制备出磨粒把持力大、孔隙分布均匀的多孔钎焊金刚石砂轮(PBDGW)。开展PBDGW与多层钎焊金刚石砂轮(MBDGW)的SiC陶瓷磨削对比试验,从磨削力、工件表面粗糙度和表面/亚表面形貌等方面分析砂轮的磨削性能。试验结果表明:与MBDGW相比,PBDGW磨削SiC陶瓷的切向力下降了8.4%~23.6%、法向力下降了10.2%~38.6%,磨削加工表面粗糙度平均降幅为10.4%;工件表面完整性较好,表面/亚表面的脆性断裂、微观裂纹等缺陷较少。

塑性变形对氢化钛粉烧结纯钛材微观结构及性能的影响

采用TiH_(2)粉为原料,经过成形、一次烧结可获得相对密度>95%的纯钛,其伸长率为6.67%,断面收缩率为2.97%。为提高其塑性指标,本实验以20 mm×200 mm的纯钛烧结棒为原料,采用旋锻工艺制备了5 mm的纯钛棒材。经检测得知退火态棒材的抗拉强度为431.26 MPa,伸长率为26%,断面收缩率为38.53%,塑性指标较烧结棒提高70%以上,但略低于外购退火态纯钛锻棒力学性能。烧结钛材在旋锻过程中受到三向压应力,烧结坯中存在的微孔孔隙及微裂纹不容易聚集扩展成为宏观裂纹,且易随两向压缩一向延伸的变形方式变为危害较小的线缺陷,材料塑性得到显著提高。

氢化钛高温分解制高纯WTi合金

本研究分析了TiH_(2)高温分解释氢的特性,将其应用于高纯WTi合金靶材的热压成型制备中。讨论了热压过程工艺对烧结样品纯度及原料配比对烧结坯微观组织的影响,采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、碳硫分析、氧氮氢分析仪、辉光放电质谱法(GDMS)等观察WTi10样品的微观形貌及检测杂质含量。结果表明,随着Ti H_(2)在Ti成分中占比的提高,烧结出的WTi合金的气体杂质含量减少,烧结WTi10合金的微观组织更趋均匀,W元素无扩散至Ti基体内形成纤维状富钨相倾向逐渐减弱。研制出纯度99.9993%的超高纯WTi10靶材制品。