稀土釹對泡沫鈦的微觀組織及抗壓縮性能的影響研究.pdf

1、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(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驗室研究的階段，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數(shù)為

2、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)時間三個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燒結(jié)的增強劑，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、初始屈服強度、壓縮應(yīng)變、楊氏模量

3、、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(jié)狀態(tài)，提高泡沫鈦性能的實驗?zāi)康摹?br>　　本研究主要內(nèi)容包括：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，有益于材料提高強度。但是壓制壓力過高時燒結(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

4、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(jié)溫度同樣作為對燒結(jié)試樣性能影響特別重要的一個因素，在一定的溫度范圍內(nèi)（基體材料熔點的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)溫度達到一定高度時，燒結(jié)材料的力學(xué)性能也會達到一定水平，增長的幅度會很小

5、。通過實驗研究表明適宜的燒結(jié)溫度為1250℃，其燒結(jié)試樣的初始屈服強度高達374.03MPa。③燒結(jié)時間是指在高溫?zé)Y(jié)時的保溫時間，對燒結(jié)試樣的性能影響也很重要。燒結(jié)溫度一定，在一定的時間范圍內(nèi)，隨著燒結(jié)時間的延長，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，再繼續(xù)增長燒結(jié)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(jié)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(jié)果表

6、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?。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(nèi)（0 wt%-4 wt%），對于造孔劑體積分數(shù)占30%設(shè)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(jié)狀態(tài)，致使孔壁內(nèi)部的致密化程度提高而使得泡沫

7、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(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，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，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