本文關(guān)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(dāng)前材料界的一種新型的結(jié)構(gòu)與功能材料,在很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。鈦及鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)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(qiáng)度,同時(shí)還有高的韌性、耐腐蝕性。雖然國內(nèi)已經(jīng)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(shí)驗(yàn)室研究的階段,距離批量化的工業(yè)生產(chǎn)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?jǐn)?shù)為30%泡沫鈦,以期改善泡沫鈦燒結(jié)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(jù)和基礎(chǔ)。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(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間三個(gè)影響因素對泡沫鈦的宏觀大孔結(jié)構(gòu)、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(shù)。然后在這基礎(chǔ)之上,再添加稀土釹作為促進(jìn)燒結(jié)的增強(qiáng)劑,從宏觀大孔孔壁的微觀組織形貌、孔壁內(nèi)部微觀小孔、孔隙率、初始屈服強(qiáng)度、壓縮應(yīng)變、楊氏模量、物相和金相顯微組織這幾個(gè)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(dá)到改善泡沫鈦燒結(jié)狀態(tài),提高泡沫鈦性能的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�。主要得出以下結(jié)論:(1)壓制壓力作為對燒結(jié)試樣的性能影響十分重要的一個(gè)因素,適當(dāng)?shù)奶岣邏褐茐毫筛纳平饘兕w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(qiáng)度。但是壓制壓力過高時(shí)燒結(jié)過程中由于內(nèi)應(yīng)力的急劇消失會導(dǎo)致材料內(nèi)部有裂紋的產(chǎn)生,致使燒結(jié)材料的致密度降低,力學(xué)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(shí)驗(yàn)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(jié)溫度同樣作為對燒結(jié)試樣性能影響特別重要的一個(gè)因素,在一定的溫度范圍內(nèi)(基體材料熔點(diǎn)的2/3-3/4之間),隨著燒結(jié)溫度的提高,試樣的燒結(jié)狀態(tài)逐漸得到改善,力學(xué)性能也有所提高,但是當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到一定高度時(shí),燒結(jié)材料的力學(xué)性能也會達(dá)到一定水平,增長的幅度會很小。通過實(shí)驗(yàn)研究表明適宜的燒結(jié)溫度為1250℃,其燒結(jié)試樣的初始屈服強(qiáng)度高達(dá)374.03MPa。(3)燒結(jié)時(shí)間是指在高溫?zé)Y(jié)時(shí)的保溫時(shí)間,對燒結(jié)試樣的性能影響也很重要。燒結(jié)溫度一定,在一定的時(shí)間范圍內(nèi),隨著燒結(jié)時(shí)間的延長,試樣的燒結(jié)狀態(tài)也逐漸得到改善,力學(xué)性能也會提高,但是當(dāng)燒結(jié)過程完成時(shí),再繼續(xù)增長燒結(jié)時(shí)間,其意義就不大了。通過試驗(yàn)研究,本文實(shí)驗(yàn)中2h為最佳的燒結(jié)時(shí)間。(4)通過實(shí)驗(yàn)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(jié)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(nèi)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(shí)驗(yàn)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(nèi)(0 wt%-4 wt%),對于造孔劑體積分?jǐn)?shù)占30%設(shè)計(jì)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(jié)狀態(tài),致使孔壁內(nèi)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(qiáng)度影響不是很明顯。試樣的初始屈服強(qiáng)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(yīng)變有了顯著的提高,當(dāng)稀土釹的添加量從0 wt%增加到4 wt%時(shí),泡沫鈦試樣的壓縮應(yīng)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(shí),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(shí),沒有檢測出關(guān)于釹的物相。稀土釹的添加對泡沫鈦材料在燒結(jié)過程中有細(xì)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(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：泡沫鈦 稀土釹 初始屈服強(qiáng)度 孔隙度 楊氏模量
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 泡沫鈦的結(jié)構(gòu)特征13
• 1.4 多孔金屬材料制備方法13-15
• 1.4.1 粉末燒結(jié)法14
• 1.4.2 中空球燒結(jié)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(jié)溶解法14-15
• 1.5 泡沫鈦的應(yīng)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(qiáng)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(xué)性質(zhì)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(qiáng)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(nèi)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(nèi)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(shí)驗(yàn)方法22
• 2.3 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室所用儀器設(shè)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(jié)30
• 2.6 檢測分析手段30-32
• 3 粉末燒結(jié)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(jié)溫度對泡沫鈦性能的影響36-40
• 3.3.1 燒結(jié)溫度對泡沫鈦材料微觀組織結(jié)構(gòu)的影響37-38
• 3.3.2 燒結(jié)溫度對泡沫鈦材料抗壓縮性能的影響38-40
• 3.4 燒結(jié)時(shí)間對泡沫鈦性能的影響40-44
• 3.4.1 燒結(jié)時(shí)間對泡沫鈦材料微觀組織結(jié)構(gòu)的影響41-42
• 3.4.2 燒結(jié)時(shí)間對泡沫鈦材料抗壓縮性能的影響42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 4 稀土釹對泡沫鈦的燒結(jié)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(jī)理46-47
• 4.3 實(shí)驗(yàn)過程及檢測分析47-62
• 4.3.1 泡沫鈦材料內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)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(nèi)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(yīng)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(jié)62-64
• 5 結(jié)論64-66
• 致謝66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 附錄74
• A. 作者在碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利74
• B. 作者在碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目74
• C. 作者在碩士學(xué)位期間參與的學(xué)術(shù)活動(dòng)74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1132591