多孔鈦及合金制備與抗壓縮性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、由于高科技技術(shù)的迅速發(fā)展，因此，對(duì)材料性能、結(jié)構(gòu)等方面的要求也隨著提高，朝著輕質(zhì)化和其他多種優(yōu)良特性相結(jié)合的先進(jìn)功能材料和結(jié)構(gòu)材料發(fā)展以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域?qū)Σ牧系膽?yīng)用需求。通過(guò)對(duì)多孔鈦制備的工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)對(duì)高性能多孔金屬制備提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。
　　本實(shí)驗(yàn)均在真空度為10-1 Pa，燒結(jié)溫度為1250℃，燒結(jié)時(shí)間為2 h的實(shí)驗(yàn)條件下采用粉末冶金混合元素法制備多孔鈦，通過(guò)添加不同含量的FeV80粉末和碳粉以及高能球磨原料預(yù)

2、處理對(duì)多孔鈦孔隙結(jié)構(gòu)、微觀組織和抗壓性能的影響作了系統(tǒng)的研究。利用Comsol Multiphysics有限元模擬軟件研究了多孔材料孔隙特征（隙率、孔徑大小、孔的形貌）對(duì)材料彈性模量的影響，通過(guò)與Nielsen模型理論計(jì)算比較，來(lái)對(duì)多孔材料機(jī)械性能做評(píng)估和預(yù)測(cè)，其主要結(jié)論如下：
　?、侔凑誘i-xC、Ti-xFeV80設(shè)計(jì)的不同配比通過(guò)高能球磨對(duì)混合原料進(jìn)行預(yù)處理磨制60min后，經(jīng)激光粒度檢測(cè)，細(xì)化了粒度，有部分顆粒發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象

3、，同時(shí)增加了原料表面的粗糙度，經(jīng)物相分析，原料沒(méi)有其它新物相的生成。
　　②通過(guò)在鈦粉中添加不同含量碳粉以及球磨工藝的加入對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響做了考查。結(jié)果表明：隨著含碳量的增加，孔隙率呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，當(dāng)含碳量增加到2.5wt％時(shí)，孔隙率急劇增大。添加碳粉后，從XRD檢測(cè)結(jié)果表明，基體有TiC物相的生成。
　?、弁ㄟ^(guò)預(yù)處理后的原料而制備多孔鈦材料，燒結(jié)坯更為致密化，熔化過(guò)程更為明顯，顆粒間結(jié)合程度更好。當(dāng)含碳量達(dá)到1.5

4、 wt%、2 wt%時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線幾乎保持一致，其初始屈服強(qiáng)度分別為339.8 MPa、331.8 MPa，2 wt%比1.5 wt%時(shí)其強(qiáng)度略有下降。當(dāng)含碳量添加到2.5 wt%時(shí)，其初始屈服下降到195.1 MPa。當(dāng)原料未經(jīng)預(yù)處理，純鈦燒結(jié)制得的多孔鈦時(shí)，其初始屈服強(qiáng)度為143 MPa，碳含量添加到1 wt%時(shí)，初始屈服強(qiáng)度為182 MPa，碳含量增加到2.5 wt%時(shí)，初始屈服強(qiáng)度下降到141 MPa。
　　④實(shí)驗(yàn)通過(guò)

5、在鈦粉中添加不同含量碳粉以及球磨工藝加入對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響作了研究，結(jié)果表明適量FeV80的添加，對(duì)材料孔隙結(jié)構(gòu)起著致密化作用。添加FeV80后對(duì)制得的燒結(jié)坯做XRD檢測(cè)結(jié)果表明：基體有TixVy(x+y=1)物相的生成。原料預(yù)處理后，純鈦燒結(jié)制得的燒結(jié)坯，其初始屈服強(qiáng)度為184.7MPa，隨著FeV80含量的增加，當(dāng)含量增加到12 wt%時(shí)，其強(qiáng)度為281.4MPa，增加到16 wt%時(shí)，其強(qiáng)度略有下降，為277.3 MPa。而未

6、預(yù)處理的原料，當(dāng)純鈦燒結(jié)時(shí)，其初始屈服強(qiáng)度為143.6 MPa，當(dāng)添加8wt%FeV80時(shí)，初始屈服強(qiáng)度增加到201.8 MPa，當(dāng)繼續(xù)添加到12 wt%、16 wt%時(shí)，其強(qiáng)度略有降低，分別為194.6 MPa、198.2 MPa。
　?、萃ㄟ^(guò)Comsol計(jì)算不同孔隙特征對(duì)多孔鈦彈性模量的影響，并與Nielsen模型計(jì)算結(jié)果作了對(duì)比。結(jié)果表明：當(dāng)孔隙率從28.3%增加到72.3%時(shí)，其彈性模量從30.8 GPa降低到15.9 G

7、Pa。通過(guò)模擬結(jié)果擬合出了Nielsen模型中n=2.4，Nielsen計(jì)算結(jié)果結(jié)果表明，當(dāng)孔隙率從28.3%增加到72.3%時(shí)，彈性模量從49.1 GPa降到5.02 GPa。表明彈性模量隨著孔隙率的增加而降低。當(dāng)形狀因子和孔隙率一定（形狀因子p=1，孔隙率v=0.5），孔徑從0.1mm增大到0.5mm時(shí)，其有效彈性模量從26.4 GPa降低到25.9 GPa，結(jié)果表明孔徑在一定的范圍內(nèi)，對(duì)彈性模量的影響很小。當(dāng)孔隙率為50%時(shí)，形狀