本論文以Ti粉、Al粉和B粉為原材料,配制了成份為Ti-7Al-x B(x=0,0.2,0.4,0.6wt.%)混合粉末,利用雙罐三維擺動(dòng)式球磨機(jī)在轉(zhuǎn)速為400r/min的條件下高能球磨,利用SEM、XRD等儀器分別對(duì)球磨5h、10h、15h和20h后粉末顆粒的形貌變化和相變化進(jìn)行了研究。將球磨20h后的混合粉末利用真空熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)(加熱溫度1100℃、加壓30MPa、保溫1h),分析不同成份的燒結(jié)合金的相組成、增強(qiáng)體形貌、致密度以及硬度的變化規(guī)律。利用MG-2000銷盤式磨損試驗(yàn)機(jī)測試了在載荷20N、30N、40N、50N條件下Ti-7Al-x B合金的磨損性能,并對(duì)制備合金材料的磨損機(jī)制進(jìn)行了探討。在箱式電阻爐中測試了合金在900℃空氣中的氧化行為,從氧化動(dòng)力角度研究了Ti-7Al-x B合金的高溫氧化性能。高能球磨實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Ti-7Al-x B混合粉末經(jīng)20h高能球磨后,粉末顆粒細(xì)化至幾個(gè)微米左右,隨著少量硼元素含量的增加顆粒尺寸逐漸減小。XRD分析結(jié)果表明,在球磨的過程中一部分鋁固溶到了鈦的晶格中。從TEM結(jié)果中可知,細(xì)化后的粉末呈片狀結(jié)構(gòu),生成了Ti B新相,說明在球磨的過程中細(xì)化顆粒的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械合金化。真空熱壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:制備的Ti-7Al-x B合金致密度在97%以上、組織均勻分布,Ti B具有典型的晶須狀形貌。添加0.2 wt.%的硼元素后,合金晶粒尺寸明顯細(xì)化,進(jìn)一步增加硼含量晶粒細(xì)化效果不明顯,晶粒細(xì)化機(jī)制是Ti B增強(qiáng)相對(duì)基體合金晶粒長大的阻礙作用。硼元素的加入顯著提高了Ti-7Al合金的致密度和硬度,但隨著硼元素含量的增加,合金的致密度有小幅度降低。干摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在20N~50N載荷范圍內(nèi),在相同的載荷下,Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金的摩擦系數(shù)低于Ti-7Al基體合金的摩擦系數(shù),不同硼元素含量合金的摩擦系數(shù)相差不大。Ti-7Al基體合金的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而呈增加的趨勢,Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而呈減小的趨勢。Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金的耐磨性能優(yōu)于Ti-7Al基體合金。隨著載荷的增加,Ti-7Al基體合金的磨損機(jī)制由輕微的粘著磨損向嚴(yán)重粘著磨損轉(zhuǎn)變。在載荷為50N時(shí),Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6 wt.%)的磨損機(jī)制主要為輕微粘著磨損、氧化磨損和磨粒磨損。900℃恒溫氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)100h高溫氧化試驗(yàn)后,Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金與Ti-7Al基體合金相比,氧化增重曲線上升緩慢,且隨著B元素含量的增加,氧化層厚度減小。Ti-7Al基體合金的氧化產(chǎn)物主要是棱柱狀結(jié)構(gòu)的Ti O2,Ti-7Al-x B合金的氧化產(chǎn)物是細(xì)顆粒狀的連續(xù)致密的Ti O2+Al2O3混合物分布在棱柱狀Ti O2氧化物的表面。在氧化層中Ti元素和Al元素的含量呈互補(bǔ)的趨勢,硼元素的加入促進(jìn)了氧化層的致密化,提高了Ti-7Al基體合金的抗氧化性。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF125.22
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 鈦及鈦合金概述
    1.2 Ti-Al-B系鈦合金研究現(xiàn)狀
    1.3 含硼鈦合金的組織
        1.3.1 Ti-B二元合金體系
        1.3.2 TiB的晶體結(jié)構(gòu)和形貌
        1.3.3 生成TiB的反應(yīng)體系
        1.3.4 含B鈦合金的晶粒細(xì)化
    1.4 Ti-B合金的制備方法
        1.4.1 外加法
        1.4.2 原位反應(yīng)法
    1.5 含硼鈦合金磨損性能
        1.5.1 含硼鈦合金的磨損機(jī)制
        1.5.2 鈦合金磨損性能研究
    1.6 含硼鈦合金高溫氧化理論
        1.6.1 合金元素對(duì)鈦合金抗氧化性能的影響
        1.6.2 氧化膜中應(yīng)力的產(chǎn)生
        1.6.3 鈦合金高溫抗氧化性能研究
    1.7 論文研究目的及主要研究內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)方案基本路線
    2.2 實(shí)驗(yàn)材料
    2.3 實(shí)驗(yàn)方法
        2.3.1 球磨混粉
        2.3.2 真空熱壓燒結(jié)
    2.4 樣品表征
        2.4.1 掃描試樣制備
        2.4.2 掃描電鏡（SEM）分析
        2.4.3 X—射線衍射（XRD)物相分析
        2.4.4 透射電子顯微鏡（TEM）分析
    2.5 性能檢測
        2.5.1 致密度測試
        2.5.2 硬度測試
        2.5.3 磨損性能測試
        2.5.4 高溫氧化性能測試
第3章 Ti-7Al-xB合金的制備
    3.1 高能球磨粉末形貌和組織分析
        3.1.1 Ti-7Al-xB混合粉末形貌分析
        3.1.2 Ti-7Al-xB混合粉末物相分析
        3.1.3 Ti-7Al-xB（x=0, 0.2）混合粉末透射分析
    3.2 真空熱壓燒結(jié)組織和性能分析
        3.2.1 致密度分析
        3.2.2 Ti-7Al-xB合金物相分析
        3.2.3 Ti-7Al-xB合金微觀組織分析
        3.2.4 Ti-7Al-xB合金的硬度分析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 Ti-7Al-xB合金的摩擦磨損性能
    引言
    4.1 摩擦系數(shù)分析
        4.1.1 Ti-7Al-xB (x=0, 0.2）合金磨損曲線分析
        4.1.2 Ti-7Al-xB (x=0, 0.2, 0.4, 0.6)合金摩擦系數(shù)分析
    4.2 磨損性能分析
    4.3 磨損機(jī)制
        4.3.1 Ti-7Al基體合金的磨損機(jī)制
        4.3.2 Ti-7Al-xB(x=0.2,0.4,0.6)合金的磨損機(jī)制
    4.4 本章小結(jié)
第5章 Ti-7Al-xB合金的高溫氧化性能
    引言
    5.1 氧化動(dòng)力學(xué)曲線
    5.2 氧化層表面物相分析
    5.3 Ti-7Al-xB合金氧化表面形貌分析
        5.3.1 Ti-7Al基體合金氧化表面形貌與成份分析
        5.3.2 Ti-7Al-xB(x=0.2, 0.4, 0.6)合金氧化表面形貌與成份分析
    5.4 Ti-7Al-xB合金氧化層斷面分析
        5.4.1 Ti-7Al基體合金斷面分析
        5.4.2 Ti-7Al-xB(x=0.2, 0.6)合金斷面分析
    5.5 氧化機(jī)理分析
    5.6 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝

【相似文獻(xiàn)】

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1 姬連峰;Ti-7Al-xB合金的制備與性能研究[D];吉林大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2844905