鉭鎢合金具有良好的室溫加工性、耐腐蝕性、超耐溫特性以及低蒸氣壓和高溫下的低蒸發(fā)速率等優(yōu)點,被廣泛用于電子技術(shù)、航空航天技術(shù)、武器系統(tǒng)等重大工程領(lǐng)域。傳統(tǒng)電子熔煉技術(shù)制備的鉭鎢合金,其晶粒粗大,軋制導(dǎo)致的各向異性明顯。基于此,本文結(jié)合機械合金化和放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了高性能的鉭鎢合金材料。探討了放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備的鉭及鉭鎢合金的致密化影響機制、組織結(jié)構(gòu)演化行為、工藝參數(shù)對合金力學(xué)性能的影響規(guī)律。取得如下研究成果:純鉭的放電等離子燒結(jié)快速致密化溫度區(qū)間為800℃-1300℃,其收縮速率最大值在1100℃。當(dāng)燒結(jié)溫度從1500℃增至1900℃,致密度、晶粒尺寸逐漸增大,材料的抗拉強度、抗彎強度增大,顯微硬度先增大后降低,試樣斷裂方式由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂。燒結(jié)過程中,對于低溫/低有效應(yīng)力指數(shù)n≈1.6,純Ta燒結(jié)的表觀活化能為107.01KJ/mol,其致密化機制是晶界滑移聯(lián)動的一系列界面反應(yīng)和晶界擴散;對于高溫/高有效應(yīng)力指數(shù),當(dāng)n=3.1時致密化機制為位錯攀移,且其位錯源密度與有效應(yīng)力相關(guān);當(dāng)n=4.1時致密化機制仍然是位錯攀移,但位錯源密度與有效應(yīng)力無關(guān)。在軸向壓力為35Mpa,爐腔真空度小于10Pa的條件下,以100℃/min的升溫速率,從室溫升至700℃,保溫5min,再升溫至1200℃,保溫5min,隨后升溫到1600℃,保溫5min,最后隨爐冷卻至室溫,純鉭試樣呈現(xiàn)優(yōu)異的室溫延展性,其抗拉強度為325.3Mpa,極限抗彎強度338.83Mpa。Ta-2.5wt%W、Ta-5wt%W、Ta-7.5wt%W、Ta-10wt%W的混合粉末在燒結(jié)溫度1600℃下能夠?qū)崿F(xiàn)合金化,形成致密度最高可達94.3%的鉭鎢固溶體。發(fā)現(xiàn)隨著鎢含量的增加合金致密和晶粒尺寸呈下降趨勢,顯微硬度和合金強度增強,塑性下降。Ta-10wt%W合金脆性增大,其抗拉強度693.41Mpa,抗彎強度749.25Mpa。綜合分析了機械合金化對Ta-10wt%W復(fù)合粉末的影響,得出了預(yù)合金粉末制備的優(yōu)化工藝。機械合金化能提高粉末燒結(jié)性,細化晶粒,提高合金力學(xué)性能,合金燒結(jié)致密度最高可達98.5%,室溫極限壓強度可達2239Mpa,其在1000℃下的抗拉強度是214Mpa。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.416
【部分圖文】：

鎢的主要價態(tài)有（–2），（–1），（0），（+1），（+2），（+3），（+4），（+5）和（+6），（+6）及（+4）是最常見的價態(tài)[1,13]。（2）熱性能鉭是除了鎢、錸和鋨等難熔金屬之外熔點最高的金屬，鉭的熔點為2996℃，鎢是熔點最高的金屬，其熔點為 3460℃。他們都有低的蒸氣壓和高溫下低的蒸發(fā)速率等優(yōu)點。圖 1-1 為鉭和鎢的熱性能參數(shù)隨溫度變化而變化的曲線，表 1-1為鉭和鎢的熱性能參數(shù)隨溫度變化的方程。

圖 1-2 Ta-W 二元相圖鉭鎢合金中間隙元素對合金的性能有很大的影響，鉭中C、H。其中氧元素對鉭的危害最大，在鉭中形成間雖然能夠一定程度增加鉭合金的強度，但大大降低鉭鉭合金生產(chǎn)過程中應(yīng)該盡量避免氧的污染。氫在鉭中的而降低的，鉭中氫含量的增加大大降低了鉭的塑性，表對鉭的塑性的影響。氮和碳在高溫下直接與鉭反應(yīng)生等化合物化合物[1,2,15-17]。表 1-4 氫對鉭塑性的影響[2] 時間/h 增重/% 130.0110.031鉭鎢合金的應(yīng)用優(yōu)越的高溫性能、優(yōu)良室溫加工性、優(yōu)異的抗腐蝕性能

圖 1-4 放電等離子燒結(jié)的工作原理圖等離子燒結(jié)的原理粉末冶金燒結(jié)技術(shù)主要是以直接加熱和間接加熱兩種方所采用的電流是常規(guī)的直流電或者交流電，放電等離子流。其燒結(jié)過程可以看作粉末顆粒的放電、電阻加熱和過程中電流通過粉末的示意圖如 1-5 所示，脈沖電流，粉末顆粒間放電產(chǎn)生局部高溫，一方面使顆粒表面氧化了粉末顆粒的表面；另一方面高溫等離子的沖擊清除表面吸附的氣體雜質(zhì)，在電場的輔助加熱下實現(xiàn)粉末顆散。而且在電流沖擊壓下粉末顆粒間接觸部分形成燒結(jié)分快速擴散并降溫，使得燒結(jié)頸形成，圖 1-6 為放電形成示意圖。放電等離子燒結(jié)在電場的輔助加熱下能活頸促進粉末顆粒間物質(zhì)的傳輸。其獨特的燒結(jié)機理被廣、金屬間化合物、超高溫陶瓷、納米材料、功能梯度材
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本文編號：2890963