放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備Ti-Mg系合金的研究.pdf

1、Ti合金因具有高比強(qiáng)、耐腐蝕、耐熱等優(yōu)良特性,Mg合金因其質(zhì)輕和良好的物理性能,已得到廣泛研究應(yīng)用.但在結(jié)合二者優(yōu)勢(shì)的Ti-Mg系合金領(lǐng)域內(nèi),目前很少有系統(tǒng)的研究.為此,該文采用放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)制備全組成范圍的Ti-Mg系合金,并對(duì)其組織結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性能進(jìn)行研究.通過SPS工藝參數(shù)分析,在1080℃-10MPa-10min和540℃-10MPa-10min燒結(jié)制度下,分別制備出Ti-Mg合金(Mg％≤20 wt.%)和高比

2、強(qiáng)、致密的Mg-Ti合金(Mg%≥25 wt.%).采用X射線衍射儀(XRD)、光學(xué)顯微鏡和電子探針顯微分析儀(EPMA)等測(cè)試手段著重分析了Ti-Mg系合金的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)及致密度.研究表明,Ti-Mg合金主要由α-Ti、微量MgO和TiN<,2>組成;當(dāng)Mg含量增加時(shí),合金中出現(xiàn)微量β-Ti相.由于在SPS過程中,當(dāng)在晶粒間的孔隙處放電時(shí),會(huì)瞬時(shí)產(chǎn)生局部高溫,引起Mg蒸發(fā)和熔化,使試樣中存在大量細(xì)小的孔洞.同時(shí),SPS過程中晶粒

3、表面容易活化,Mg氧化生成少量MgO黏附在孔洞內(nèi)壁;伴隨Mg被氧化同時(shí),Ti與氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)生成少量的TiN<,2>.因此,采用SPS技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)Ti-Mg合金制備.Mg-Ti合金主要由α-Ti和Mg組成.其燒結(jié)過程屬于固相燒結(jié),Ti和Mg顆粒之間主要以互擴(kuò)散作用發(fā)生粘結(jié),二者比較均勻地以機(jī)械混合的方式交織在一起,相互之間未發(fā)生反應(yīng).Mg在540℃燒結(jié)溫度下具有良好的流動(dòng)性,填充在Ti顆粒之間及孔洞中,使燒結(jié)體具有較高的致密度.而且,隨著

4、Ti含量的增加,Mg顆粒出現(xiàn)較明顯的晶粒細(xì)化現(xiàn)象.選用理想混合物模型來(lái)預(yù)測(cè)Mg-Ti合金的密度、體積聲速、比熱等物性參數(shù).各物性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與模型預(yù)測(cè)值的比較表明,二者吻合較好,材料的物性參數(shù)不僅與其組成有關(guān),而且受材料微觀結(jié)構(gòu)的影響.通過對(duì)Mg-Ti合金進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試表明,在Mg中加入高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、高彈性模量的Ti,顯著提高了材料的抗拉強(qiáng)度、彈性模量和顯微硬度,且它們隨著Ti含量的增加而增加.但當(dāng)Ti含量過多時(shí),增加了裂紋形核和擴(kuò)