【摘要】：鈦基復(fù)合材料(TMCs)具有重量輕、硬度高、強度高、韌性好、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)點,在汽車制造與航空航天方面具有重要的應(yīng)用。由于鈦的導(dǎo)熱性差,熔點高和高溫下易氧化等缺點,用傳統(tǒng)的加工方式來制備鈦基復(fù)合材料已經(jīng)不能滿足目前對于高性能材料的要求。作為增材制造中最重要一種加工方式之一的選擇激光熔化(SLM)技術(shù)能很好地解決以上問題,而制約SLM技術(shù)發(fā)展的一個重要原因是原材料的成本問題。本文提出一種將不能直接用于選擇激光熔化的非球形的超低成本鈦粉改性成為可直接用于SLM成形的球形/近球形鈦粉,并且在球磨改性過程中加入第二相粉體,在改性過程中實現(xiàn)了粉體的形貌和成分同步改性。利用選擇激光熔化技術(shù)成功地制備出了低成本高性能的鈦基復(fù)合材料(TiB/Ti based composites),系統(tǒng)地研究了第二相的添加量對鈦基復(fù)合材料微觀形貌和機械性能的影響。主要研究內(nèi)容為:(1)對復(fù)合粉體改性過程中的球磨參數(shù)進(jìn)行了探索,采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了不同參數(shù)下的球磨改性粉體形貌,得出球形度最好的改性參數(shù)。利用X射線衍射(XRD)、能譜分析(EDS)、激光粒度儀、粉體綜合特性測試儀和氮氧分析儀等儀器研究了改性前后粉體的物相變化、元素含量、粒度分布、流動性、和氧含量等。(2)在SLM制備鈦基復(fù)合材料過程中,改變激光功率和激光掃描速度,成功制備出表面完整無缺陷的鈦基復(fù)合材料。對打印后的成形件進(jìn)行致密度測試和微焦點CT三維掃描,結(jié)果表明:能量密度從46 J/mm~3增大到97 J/mm~3時,致密度先增大后減小,當(dāng)能量密度為64 J/mm~3時致密度最高為99.3%;當(dāng)激光功率從90W增加到140W后,致密度逐漸減小,激光功率為140W時,打印件的致密度低于99%。微焦點CT三維掃描后發(fā)現(xiàn)試樣內(nèi)部主要分布有一些球形氣孔,沒有發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。(3)采用光學(xué)顯微鏡(OM)、SEM、XRD、EDS和電子背散射衍射(EBSD)等技術(shù)研究了SLM成形不同TiB_2添加量下鈦基復(fù)合材料的微觀形貌、物相變化、成分分析和晶粒尺寸,結(jié)果表明:加入的TiB_2顆粒與Ti發(fā)生原位反應(yīng)生成了短棒狀的TiB晶須。當(dāng)TiB_2添加量較少時,成形件的晶粒細(xì)化并出現(xiàn)少量的TiB晶須;當(dāng)TiB_2添加量較多時,成形件的熔道變得清晰可見,而且出現(xiàn)大量的TiB增強相,部分TiB發(fā)生聚集,平均晶粒尺寸從4.52μm細(xì)化到了1.11μm,晶粒形狀也由剛開始的片狀轉(zhuǎn)化為等軸狀。(4)最后對不同TiB_2添加量下SLM成形的TiB/Ti基復(fù)合材料的拉伸性能、壓縮性能和顯微硬度進(jìn)行了測試,對拉伸斷口進(jìn)行微觀分析。試驗結(jié)果表明,隨著TiB_2添加量的增加,拉伸強度和壓縮強度增大,抗拉強度由913MPa增加到1100MPa,壓縮強度由1562MPa增加到1863MPa,而拉伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變減小,拉伸應(yīng)變由16%減小到1.7%,壓縮應(yīng)變由46%減小到33%,斷裂方式由韌性斷裂方式轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)解理斷裂。隨著TiB_2添加量的增加,硬度由295HV增加到411HV,壓痕面積逐步減小。
【圖文】：

1-1 氫化脫氫法制備鈦粉工藝流比于氣霧化鈦粉在價格上具研究，以下對氫化脫氫鈦粉的屬鈣在高溫下生成的鈣蒸汽氧處理，經(jīng)過洗滌干燥后得降到了 0.14%。清華大學(xué)的stem）對氫化脫氫鈦粉進(jìn)行球好，，流動性指數(shù)從 46 提高到2 為氫化脫氫鈦粉球化前后粉

圖 1-1 氫化脫氫法制備鈦粉工藝流程圖于氫化脫氫鈦粉相比于氣霧化鈦粉在價格上具有很大的優(yōu)勢，所氫化脫氫鈦粉都有研究，以下對氫化脫氫鈦粉的研究做簡要綜述。明祥等人[36]利用金屬鈣在高溫下生成的鈣蒸汽作為還原劑，對氧化脫氫鈦粉進(jìn)行脫氧處理，經(jīng)過洗滌干燥后得到脫氧鈦粉，經(jīng)過脫從原來的 0.56%下降到了 0.14%。清華大學(xué)的蓋國勝等人[37]利用 articalCompositeSystem）對氫化脫氫鈦粉進(jìn)行球化處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)后粉體的流動性變好，流動性指數(shù)從 46 提高到 71，體積密度從 1.1 1.73 g/cm3，圖 1-2 為氫化脫氫鈦粉球化前后粉體形貌。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.3

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本文編號：2600164