粉末冶金钛合金制备与研究_岳小童.pdf
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1、2023 年 4 月作者简介:岳小童(1990),男,汉族,甘肃兰州人,工程师,主要从事:建筑工程材料工作。粉末冶金钛合金制备与研究岳小童(兰州交通大学,甘肃 兰州 730000)摘要:钛合金具有高强度、低密度、优异的耐腐蚀性和生物相容性等特点,在航空航天、汽车、医疗等领域具有广泛的应用1。本文以粉末冶金技术为基础,系统地研究了钛合金粉末的制备、烧结工艺及其性能。通过对比实验和理论分析,优化了粉末冶金钛合金的制备工艺,提高了烧结后钛合金的力学性能。本研究对粉末冶金钛合金的实际应用具有重要意义。关键词:钛合金;粉末冶金;制备;烧结;性能文章编号:2095 4085(2023)04 0215 04
2、1钛合金的背景和应用钛合金作为一种具有高比强度、优良的耐腐蚀性和生物相容性等优点的先进材料,在航空航天、汽车制造、生物医学、化工等领域得到了广泛应用2。钛合金具有低密度、高强度和良好的耐腐蚀性,是减轻结构重量、提高燃料经济性和降低维护成本的理想材料。在生物医学领域,钛合金因其与人体组织的良好相容性和抗腐蚀性,成为制造人工关节、牙科种植体等医疗器械的重要材料。2粉末冶金钛合金的研究现状传统的钛合金制备方法,如熔炼法、热处理法等,存在一定的局限性,如成本高、生产效率低和产品性能不稳定等。为了克服这些问题,粉末冶金技术应运而生。粉末冶金技术通过粉末冶金成形、烧结等工艺,可以实现钛合金的低成本、高效制
3、备。同时,粉末冶金制备的钛合金具有细密的组织结构、优异的力学性能和良好的生物相容性,为钛合金在多领域的应用提供了新的可能3。近年来,国内外学者对粉末冶金钛合金的制备方法、工艺参数以及性能进行了广泛研究。通过调整工艺参数,如粉末粒度、烧结温度和烧结时间,以及采用不同的制备方法,如机械合金化法、自传播高温合成法等,可以得到具有不同性能的钛合金。然而,粉末冶金钛合金的制备和性能研究仍存在一定的局限性,如制备工艺复杂、产品性能不稳定等,亟待进一步研究和优化。3研究目的和意义本文旨在为实际应用中的粉末冶金钛合金制备提供理论支持和技术指导,以推动钛合金在各领域的广泛应用。通过深入剖析各种制备和烧结工艺,我
4、们期望为工程实践提供有益参考,为钛合金的研究和开发贡献力量。同时,我们也认识到现有研究仍存在不足,未来钛合金粉末冶金技术的发展还需要针对特定应用场景,深入探讨制备工艺和烧结工艺的优化,实现高性能、低成本的钛合金制品。4钛合金粉末的制备钛合金粉末的制备方法主要包括电解法、气氛还原法、机械合成法和气体原子化法。下面详细介绍这些方法的原理、优点、缺点和应用。4 1电解法电解法是通过在钛阳极和不锈钢阴极之间施加电压,使钛阳极溶解生成钛粉末。电解法制备钛粉的优点是纯度高、粒度均匀;缺点是耗能较大,设备投资高。4 2气氛还原法气氛还原法是通过将钛酸盐与还原剂混合,在不同气氛下经高温还原反应生成钛粉。气氛还
5、原法制备钛粉的优点是成本低、产率高;缺点是粉末颗粒较大,成分分布不均匀。4 3机械合成法机械合成法是通过将钛粉与合金元素粉末混合,经机械球磨、冷等静压和热处理等工艺制备钛合金粉末。机械合成法制备钛合金粉的优点是可以控制合金成分、获得高性能钛合金粉末;缺点是设备磨损大,粉末污染可能性较高。5124 4气体原子化法气体原子化法是将钛合金熔融后,利用高速气流使熔融合金分散成细小液滴,并在气氛中迅速冷却成钛合金粉末。气体原子化法制备钛合金粉的优点是粉末颗粒形貌和粒度分布良好,成分均匀;缺点是设备投资较高,生产成本较高。4 5混合法混合法是将不同制备方法得到的钛粉末和合金元素粉末按一定比例混合,通过后续
6、烧结工艺制备钛合金。混合法的优点是可充分利用不同制备方法的优势,获得性能优异的钛合金粉末;缺点是制备过程较复杂,需要对不同制备方法的钛粉末进行混合比例优化。4 6选择合适的制备方法钛合金粉末制备方法的选择取决于所需钛合金粉末的性能、应用领域和成本等因素。一般来说,电解法适用于高纯度钛粉末制备;气氛还原法适用于大规模钛粉末制备;机械合成法适用于高性能钛合金粉末制备;气体原子化法适用于高质量钛合金粉末制备。在实际应用中,可根据需求选择合适的制备方法,或采用混合法将不同制备方法的优势相互结合,制备出性能优异的钛合金粉末。5烧结工艺烧结工艺是将钛合金粉末通过加热至高温(低于熔点)并保持一定时间,使粉末
7、颗粒间产生扩散和粘结,形成具有一定强度和密度的块状材料。钛合金烧结工艺的主要目标是获得高密度、优良力学性能的材料。本节将详细介绍钛合金烧结工艺的主要方法,包括压力烧结、真空烧结和热等静压烧结,并分析它们的优缺点。5 1压力烧结压力烧结是在高温下对钛合金粉末施加压力,促使粉末颗粒间发生扩散、粘结和重结晶。压力烧结的主要优点是可以提高钛合金的密度和力学性能,减少孔隙;缺点是设备投资和维护成本较高。5 2真空烧结真空烧结是在真空环境下进行烧结,以降低氧化物含量,提高钛合金的性能。真空烧结条件对钛合金的密度、力学性能和微观组织有显著影响。真空烧结的主要优点是可以减少氧化物含量,提高材料性能;缺点是对设
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