空心阴极等离子烧结工艺研究

论文摘要

以快速、高密度、高性能为主要特点的新兴技术,是粉末冶金领域的一个研究热点。空心阴极等离子烧结技术,是利用空心阴极放电效应作为新的烧结手段,能够实现对金属的高温、快速烧结。本课题通过制备Ti-5Al-2.5Fe合金和TiC颗粒增强Ti基复合材料来研究空心阴极等离子烧结技术的工艺特点。通过对传统空心阴极结构的讨论,在充分考虑烧结过程中的温度变化后,设计出了独特的阴极结构。通过正交实验设计,分析了在不同烧结工艺参数条件下,制备的Ti-5Al-2.5Fe合金的性能。得出:温度和保温时间是影响材料性能的主要因素,气压和极间距是次要因素;最佳的工艺参数为:1300℃,保温6h,极间距10mm,工作气压在2030Pa之间。在此工艺下获得的试样密度为4.3g/cm3,抗弯强度达400MPa。材料断裂以脆性断裂为主,气孔的存在是降低材料强度的主要原因。通过分析不同的配比和工艺参数对制备TiC颗粒增强Ti基复合材料的影响,得到如下结论:在1300℃,保温6h,极间距10mm,工作气压为20Pa的条件下,获得的5%TiC/Ti-6Al性能为最佳,增强颗粒与基体结合良好,材料断裂以脆性断裂为主。对不同配比的Ti基复合材料进行高温氧化实验,实验结果表明15%TiC/Ti-6Al的抗氧化性最优,且氧化膜均匀致密,其氧化增重为基体的1/2。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 钛合金简介
• 1.1.1 纯钛的基本性能
• 1.1.2 钛合金特点及分类
• 1.1.3 钛合金的应用及存在的问题
• 1.2 钛合金粉末冶金技术
• 1.2.1 粉末冶金技术简介
• 1.2.2 新兴粉末冶金技术
• 1.2.3 粉末冶金钛合金的发展现状
• 1.3 空心阴极等离子烧结技术
• 1.3.1 气体导电和辉光放电的主要特点
• 1.3.2 空心阴极的放电特性
• 1.3.3 空心阴极等离子烧结的特点
• 1.3.4 空心阴极等离子烧结技术的研究现状
• 1.4 研究课题的提出
• 1.5 研究内容
• 第二章 阴极结构的优化设计
• 2.1 实验设备
• 2.1.1 烧结设备
• 2.1.2 测温仪器
• 2.2 烧结温度的变化方式
• 2.2.1 烧结升温的主要途经
• 2.2.2 烧结降温的途经
• 2.2.3 烧结初期的温度波动
• 2.3 常用阴极结构
• 2.4 应用于本课题的阴极结构
• 2.5 设计结果验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 制备Ti-5Al-2.5Fe 合金的工艺研究
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 实验用原材料
• 3.1.2 正交实验设计
• 3.1.3 实验步骤
• 3.2 Ti-5Al-2.5Fe 合金物理、机械性能测试与分析
• 3.2.1 测试方法
• 3.2.2 抗弯强度测试与分析
• 3.2.3 硬度测试与分析
• 3.2.4 密度测试与分析
• 3.2.5 各因素的综合分析
• 3.3 工艺参数对组织、成分的影响
• 3.3.1 X 射线衍射分析
• 3.3.2 金相分析
• 3.3.3 扫描电子显微分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 制备TiC 颗粒增强Ti 基复合材料的工艺研究
• 4.1 Ti 基复合材料
• 4.1.1 Ti 基复合材料基体选择
• 4.1.2 颗粒增强相的选择
• 4.2 实验方法
• 4.3 成分对性能的影响
• 4.4 工艺参数对性能的影响
• 4.5 组织、成分检测
• 4.5.1 XRD 物相分析
• 4.5.2 扫描电子显微分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 Ti 基复合材料的高温氧化
• 5.1 实验材料与方法
• 5.2 热力学分析
• 5.3 氧化增重曲线
• 5.4 氧化前后材料表面的变化
• 5.4.1 材料表面宏观变化
• 5.4.2 材料表面粗糙度的变化
• 5.5 材料表面氧化物的显微结构分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文