机械活化纳米Ti-47Al-xAl2O3-yCr粉体的SPS烧结

论文摘要

Ti-Al金属间化合物由于其好的高温性能及高的比强度,被认为是一种非常有希望的高温结构材料,但是它的室温塑性差的问题严重地制约了其使用。SPS作为一种新的烧结工艺,与传统烧结方法相比,具有烧结时间短,烧结温度低,可以烧结致密的特点。本文以获得细晶组织而改善室温塑性为最终目的,采用机械活化的纳米Ti/Al粉进行SPS烧结,对烧结机理进行总结;同时在粉末中加入不同含量Al2O3和Cr进行球磨和烧结,对合金化进行尝试。 试验表明:球磨50小时的粉体,Ti、Al粉体颗粒度平均分别为23nm、49nm,并且他们混合较均匀,没有发生机械合金化。根据球磨结果,随加入的Al2O3含量的增加,球磨后Ti、Al的颗粒度逐渐下降;随加入的Cr含量的增加,Ti的颗粒度变化不大,Al的颗粒度在Cr加入量为wt%5时达到最小值40nm。在SPS上,采用5分钟升温至900℃、保温5分钟、加压40MPa的固结工艺可以获得致密度较高的Ti-Al金属间化合物。Ti/Al-Al2O3系纳米级别的粉体在SPS上的烧结过程中,主要分为初始加压阶段、排气与软化阶段、Al消耗阶段、Al2Ti生成阶段、主要合金反应与烧结阶段和均匀化阶段。其中致密化主要发生在700℃～850℃,合金化发生在500℃～850℃。Al2O3含量的增大会提高烧结温度,降低致密度;Cr含量的增大可以大幅度降低反应与烧结温度。 本文采用SPS烧结工艺结合机械球磨法制备Ti-Al金属u间化合物,得到了初步的球磨-固结工艺,为后续制备细晶粒块体Ti-Al金属间化合物奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 改善微观组织结构
• 1.2.2 合金化及微合金化
• 1.2.3 制备工艺
• 1.3 本课题的研究思路及试验设计
• 1.4 预期结果及意义
• 2 球磨试验
• 2.1 球磨机理
• 2.2 球磨试验
• 2.3 试验结果
• 2.4 分析与讨论
• 2O₃系列球磨规'>2.4.1 Ti-at%47 Al-wt%2 Al₂O₃系列球磨规
• 2.4.2 合金成分对球磨过程的影响
• 2O₃对球磨过程的影响'>2.4.2.1 Al₂O₃对球磨过程的影响
• 2.4.2.2 Cr对球磨过程的影响
• 2O₃球磨粉体的 SPS烧结试验'>3 Ti-at%47 Al-wt%Z Al₂O₃球磨粉体的 SPS烧结试验
• 3.1 SPS烧结原理
• 3.2 SPS烧结设备及试验方法
• 2O₃球磨粉体的SPS烧结试'>3.3 Ti-at%47 Al-wt%2 Al₂O₃球磨粉体的SPS烧结试
• 3.3.1 SPS烧结试验目的及烧结规范
• 3.3.2 烧结数据曲线
• 3.3.3 块体试样密度的测定
• 3.3.4 试样金相图的制取
• 3.3.5 X射线衍射分析
• 3.3.6 分析与讨论
• 3.3.6.1 烧结数据图的分析
• 3.3.6.2 烧结机理
• 3.3.6.3 Al的反致密化问题
• 3.3.6.3.1 封闭孔洞中的气体
• 3.3.6.3.2 溶解度失配
• 3.3.6.3.3 不等量扩散
• 3.3.6.4 机械活化作用
• 4 Ti-at%47 Al基合金系球磨粉体的SPS烧结试验
• 4.1 SPS烧结试验的目的及规范
• 4.2 烧结数据曲线
• 4.3 试样密度的测定
• 4.4 试样金相图的制取
• 4.5 X射线衍射分析
• 4.6 分析与讨论
• 2O₃对烧结过程的影响'>4.6.1 Al₂O₃对烧结过程的影响
• 4.6.2 Cr对烧结过程的影响
• 5 结论
• 课题待完备之处
• 致谢
• 参考文献