本文關鍵詞：稀土釹對泡沫鈦的微觀組織及抗壓縮性能的影響研究

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【摘要】：多孔材料是當前材料界的一種新型的結構與功能材料,在很多領域都得到了應用。鈦及鈦合金具有低密度、高比強度、較寬的工作溫度范圍、良好的耐腐蝕性和生物相容性等優(yōu)異性能。泡沫鈦及其合金融合了鈦合金與多孔金屬的特性,能夠減輕材料的重量而不削弱其強度,同時還有高的韌性、耐腐蝕性。雖然國內已經制備出了不同孔隙率的泡沫鈦材料,但是基本都還停留在實驗室研究的階段,距離批量化的工業(yè)生產還有較大的一段距離,所以本文通過粉末冶金混合元素法制備造孔劑的體積分數為30%泡沫鈦,以期改善泡沫鈦燒結狀態(tài),從而提高泡沫鈦的各種性能,為制備高性能、高孔隙率的泡沫鈦材料提供理論依據和基礎。針對孔隙率為30%左右的泡沫鈦材料,在工藝優(yōu)化方面,研究了壓制壓力、燒結溫度和燒結時間三個影響因素對泡沫鈦的宏觀大孔結構、孔壁上的微觀組織及抗壓縮性能的影響,希望得到最佳的工藝參數。然后在這基礎之上,再添加稀土釹作為促進燒結的增強劑,從宏觀大孔孔壁的微觀組織形貌、孔壁內部微觀小孔、孔隙率、初始屈服強度、壓縮應變、楊氏模量、物相和金相顯微組織這幾個方面研究稀土釹的不同添加量對泡沫鈦組織性能影響,以期達到改善泡沫鈦燒結狀態(tài),提高泡沫鈦性能的實驗目的。主要得出以下結論:(1)壓制壓力作為對燒結試樣的性能影響十分重要的一個因素,適當的提高壓制壓力可改善金屬顆粒之間的接觸,可以提高生坯的致密度,提高材料的成型效果,阻礙晶粒的生長,有益于材料提高強度。但是壓制壓力過高時燒結過程中由于內應力的急劇消失會導致材料內部有裂紋的產生,致使燒結材料的致密度降低,力學性能下降。不同的基體材料及顆粒尺寸,不同的造孔劑及含量多少、顆粒尺寸,最佳的壓制壓力都有所不同,通過實驗檢測得知針對于造孔劑體積占30%的泡沫鈦,最佳的壓制壓力為200MPa。(2)燒結溫度同樣作為對燒結試樣性能影響特別重要的一個因素,在一定的溫度范圍內(基體材料熔點的2/3-3/4之間),隨著燒結溫度的提高,試樣的燒結狀態(tài)逐漸得到改善,力學性能也有所提高,但是當燒結溫度達到一定高度時,燒結材料的力學性能也會達到一定水平,增長的幅度會很小。通過實驗研究表明適宜的燒結溫度為1250℃,其燒結試樣的初始屈服強度高達374.03MPa。(3)燒結時間是指在高溫燒結時的保溫時間,對燒結試樣的性能影響也很重要。燒結溫度一定,在一定的時間范圍內,隨著燒結時間的延長,試樣的燒結狀態(tài)也逐漸得到改善,力學性能也會提高,但是當燒結過程完成時,再繼續(xù)增長燒結時間,其意義就不大了。通過試驗研究,本文實驗中2h為最佳的燒結時間。(4)通過實驗考察不同稀土釹的添加量對泡沫鈦宏觀大孔和微觀小孔的影響,結果表明:稀土釹的添加對泡沫鈦宏觀大孔孔壁的微觀組織形貌影響不大,但是隨著稀土釹元素的添加及其含量的提高,孔壁內部微觀小孔的尺寸有明顯減小的趨勢,且微觀小孔的形狀逐漸變?yōu)榍蛐巍?5)通過實驗考察不同稀土釹的添加量對泡沫鈦試樣孔隙率的影響,表明:在一定的范圍內(0 wt%-4 wt%),對于造孔劑體積分數占30%設計的泡沫鈦試樣的孔隙率隨著稀土釹含量的增加而降低,主要是通過稀土釹的添加可以改善泡沫鈦的燒結狀態(tài),致使孔壁內部的致密化程度提高而使得泡沫鈦的孔隙率降低。(6)稀土釹的添加對泡沫鈦試樣的初始屈服強度影響不是很明顯。試樣的初始屈服強度均值都在374MPa左右。但是稀土釹的添加使得泡沫鈦的壓縮應變有了顯著的提高,當稀土釹的添加量從0 wt%增加到4 wt%時,泡沫鈦試樣的壓縮應變從5.21%增大到了7.15%,改善了泡沫鈦材料的塑形。隨著稀土釹添加量從0 wt%增加到4 wt%時,泡沫鈦試樣的楊氏模量從7.19GPa降低到5.24GPa。(7)考察不同稀土釹的添加量對泡沫鈦物相和金相的影響:可能是由于添加量過少,或者在檢測面上并沒有稀土釹的分布而造成在做XRD時,沒有檢測出關于釹的物相。稀土釹的添加對泡沫鈦材料在燒結過程中有細化晶粒的作用,從而也使得泡沫鈦的致密程度得到提高,改善其力學性能。
【關鍵詞】：泡沫鈦 稀土釹 初始屈服強度 孔隙度 楊氏模量
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 泡沫鈦及稀土添加國內外研究現狀11-13
• 1.3 泡沫鈦的結構特征13
• 1.4 多孔金屬材料制備方法13-15
• 1.4.1 粉末燒結法14
• 1.4.2 中空球燒結法14
• 1.4.3 漿料發(fā)泡法14
• 1.4.4 熔體發(fā)泡法14
• 1.4.5 粉末冶金法14
• 1.4.6 滲流鑄造法14
• 1.4.7 燒結溶解法14-15
• 1.5 泡沫鈦的應用15-19
• 1.5.1 吸能緩沖材料15-16
• 1.5.2 吸聲隔音材料16-17
• 1.5.3 催化劑載體17
• 1.5.4 電極材料17-18
• 1.5.5 生物醫(yī)用材料18-19
• 1.6 稀土增強型泡沫鈦材料19-20
• 1.6.1 稀土元素以及稀土元素的物理化學性質19
• 1.6.2 稀土元素的用途19-20
• 1.6.3 稀土元素對鈦合金的增強作用20
• 1.6.4 稀土元素的添加形態(tài)20
• 1.7 本課題的研究意義和研究內容20-22
• 1.7.1 本課題的研究意義20
• 1.7.2 本課題的研究內容20-22
• 2 泡沫鈦材料制備及分析方法22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 實驗方法22
• 2.3 實驗材料22-26
• 2.3.1 Ti粉的選擇22-23
• 2.3.2 造孔劑的選擇23-25
• 2.3.3 稀土的選擇25-26
• 2.4 實驗室所用儀器設備26-29
• 2.5 試樣的制備29-30
• 2.5.1 配粉、混料29
• 2.5.2 壓制成型29-30
• 2.5.3 燒結30
• 2.6 檢測分析手段30-32
• 3 粉末燒結制備泡沫鈦的工藝研究32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 壓制壓力對泡沫鈦性能的影響32-36
• 3.2.1 壓制壓力對泡沫鈦材料宏觀形貌的影響32-33
• 3.2.2 壓制壓力對泡沫鈦材料抗壓縮性能的影響33-36
• 3.3 燒結溫度對泡沫鈦性能的影響36-40
• 3.3.1 燒結溫度對泡沫鈦材料微觀組織結構的影響37-38
• 3.3.2 燒結溫度對泡沫鈦材料抗壓縮性能的影響38-40
• 3.4 燒結時間對泡沫鈦性能的影響40-44
• 3.4.1 燒結時間對泡沫鈦材料微觀組織結構的影響41-42
• 3.4.2 燒結時間對泡沫鈦材料抗壓縮性能的影響42-44
• 3.5 本章小結44-46
• 4 稀土釹對泡沫鈦的燒結行為及組織性能的研究46-64
• 4.1 引言46
• 4.2 稀土釹添加對泡沫鈦組織及性能的影響機理46-47
• 4.3 實驗過程及檢測分析47-62
• 4.3.1 泡沫鈦材料內部的孔結構48-49
• 4.3.2 稀土釹對泡沫鈦材料宏觀大孔孔壁的微觀組織形貌的影響49-50
• 4.3.3 稀土釹對泡沫鈦材料孔壁內部微觀小孔的影響50-51
• 4.3.4 稀土釹對泡沫鈦材料孔隙率的影響51-55
• 4.3.5 稀土釹對泡沫鈦材料抗壓縮性能的影響55-57
• 4.3.6 稀土釹對泡沫鈦材料壓縮應變的影響57-58
• 4.3.7 稀土釹對泡沫鈦材料楊氏模量的影響58-60
• 4.3.8 稀土釹對泡沫鈦材料物相的影響60-61
• 4.3.9 稀土釹對泡沫鈦材料金相的影響61-62
• 4.4 本章小結62-64
• 5 結論64-66
• 致謝66-68
• 參考文獻68-74
• 附錄74
• A. 作者在碩士學位期間發(fā)表的論文及專利74
• B. 作者在碩士學位期間參與的科研項目74
• C. 作者在碩士學位期間參與的學術活動74

【參考文獻】

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本文編號：1132591