【摘要】：粉末冶金技術(shù)具有能耗低、原料利用率高及近凈成形的優(yōu)勢(shì),能夠克服傳統(tǒng)熔鑄鈦合金及鈦基復(fù)合材料加工成本高、復(fù)雜結(jié)構(gòu)難制備等問(wèn)題,因此在鈦合金及鈦基復(fù)合材料的制備方面得到了廣泛應(yīng)用。然而,由于粉末原料存在合金化元素或增強(qiáng)相與鈦粉混合不均勻以及雜質(zhì)污染等問(wèn)題,這不但損害了材料的組織均勻性和力學(xué)性能,而且導(dǎo)致成形后零部件的形狀與精度難以控制,嚴(yán)重制約了其工程應(yīng)用。本論文提出通過(guò)制備包覆型鈦粉,解決粉體原料中合金元素或增強(qiáng)相與鈦粉混合不均勻等問(wèn)題,并采用與之匹配的粉末冶金近凈成形技術(shù)制備鈦合金及鈦基復(fù)合材料,研究包覆型鈦粉對(duì)材料燒結(jié)收縮行為、致密度及組織性能等影響規(guī)律。本論文采用化學(xué)鍍制備了不同鎳含量的鎳包覆鈦復(fù)合粉體,實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)鎳顆粒在鈦粉表面的均勻包覆,并通過(guò)低成本模壓真空燒結(jié)技術(shù)制備鈦合金。包覆型鈦粉由于在燒結(jié)過(guò)程中納米鎳顆粒早期快速溶解擴(kuò)散機(jī)制,能夠促進(jìn)燒結(jié)收縮,并使材料發(fā)生線性收縮從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料形狀和精度的控制,同時(shí)形成等軸α相晶粒,對(duì)比機(jī)械混合粉體,包覆型鈦粉制備的鈦合金致密度更高、組織更均勻。進(jìn)一步對(duì)比兩種粉體制備鈦鎳合金的室溫拉伸性能,鎳包覆鈦復(fù)合粉體制備鈦鎳合金具有更高的屈服強(qiáng)度,同時(shí)塑性較好。鎳含量為3.45 wt.%的包覆型鈦粉制備的鈦合金具有較為優(yōu)異的拉伸性能,其屈服強(qiáng)度為570 MPa,延伸率達(dá)到了7.2%,約為相同鎳含量混合粉體制備樣品延伸率的2倍。通過(guò)設(shè)計(jì)并調(diào)節(jié)新型化學(xué)鍍液的用量,在鈦粉表面包覆鎳的同時(shí)引入適量硼元素,硼在鈦合金燒結(jié)過(guò)程中形成的TiB能夠起到晶粒細(xì)化作用,從而進(jìn)一步提高鈦合金力學(xué)性能。在制備鎳包覆鈦復(fù)合粉體研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)調(diào)節(jié)化學(xué)鍍工藝參數(shù),在鈦粉表面鍍覆具有催化作用的納米鎳顆粒,然后采用流化床化學(xué)氣相沉積技術(shù)原位合成碳納米管包覆鈦復(fù)合粉體。在優(yōu)化后的工藝參數(shù)條件下,合成了晶化程度高、高長(zhǎng)徑比并在鈦粉表面均勻分散的碳納米管。采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)對(duì)碳納米管包覆鈦復(fù)合粉體進(jìn)行燒結(jié)得到鈦基復(fù)合材料。在燒結(jié)溫度為800°C時(shí),鈦基復(fù)合材料壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到865 MPa,比相同條件下制備的純鈦提高了近25%,這主要由于碳納米管的第二相強(qiáng)化作用。隨著燒結(jié)溫度的提高,材料的致密度和壓縮屈服強(qiáng)度不斷提高,當(dāng)燒結(jié)溫度超過(guò)900°C時(shí),碳納米管與鈦基體發(fā)生強(qiáng)烈界面反應(yīng)生成大量TiC導(dǎo)致材料塑性明顯降低。
【圖文】：

圖 1.1 液相燒結(jié)二元相圖Fig. 1.1 Binary phase diagram of liquid phase sinterin能顯著地提高鈦合金燒結(jié)密度，但燒結(jié)過(guò)程中從而造成材料缺陷和晶粒粗化等，惡化了鈦合制，，分布不均等將導(dǎo)致無(wú)法預(yù)估材料收縮量，情況。相燒結(jié)（Transient Liquid Phase Sintering）中液相只存在于燒結(jié)初和中期，在后期液相消取如圖 1.2 所示。瞬時(shí)液相燒結(jié)由于液相存在以減少晶粒增大，一般可通過(guò)提高低熔點(diǎn)組

圖 1.1 液相燒結(jié)二元相圖Fig. 1.1 Binary phase diagram of liquid phase sinte能顯著地提高鈦合金燒結(jié)密度，但燒結(jié)過(guò)程從而造成材料缺陷和晶粒粗化等，惡化了鈦制，分布不均等將導(dǎo)致無(wú)法預(yù)估材料收縮量情況。相燒結(jié)（Transient Liquid Phase Sintering）中液相只存在于燒結(jié)初和中期，在后期液相取如圖 1.2 所示。瞬時(shí)液相燒結(jié)由于液相存以減少晶粒增大，一般可通過(guò)提高低熔點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TF123.23

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本文編號(hào)：2629183