SPS烧结Ti-25Ta-3Ag合金的组织演变与腐蚀行为研究

用XRD、SEM等测试手段对SPS烧结的Ti-25Ta-3Ag生物合金的物相、形貌和微观结构进行表征;采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了不同烧结温度制备的合金在人工模拟体液(Hank’s溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明：Ti-25Ta-3Ag烧结产物中存在α相(不规则多边形)、马氏体α＂相(针状)和β相(片层状),同时在晶界处有单质Ag(白色颗粒)析出。电化学实验表明：随着烧结温升高,合金的耐腐蚀性能增强。该合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是：Ag提高了合金的腐蚀电位,且在晶界析出,由于Ag的高耐腐蚀性,使得晶界不易发生腐蚀;另一方面合金表面形成的钝化膜主要由TiO₂和Ta₂O₅氧化物,Ti和Ta的低价态氧化物以及金属Ag组成,且钝化膜与基体钛结合紧密,其稳定性和保护性更强。     

放电等离子烧结温度对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNTZ)合金,研究烧结温度对合金致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在950~1150℃烧结温度范围内合金具有较高的致密度和抗压强度,合金由β-Ti相与Ti-Nb-Ta-Zr固溶体形成的混合基体组织及少量未熔化的Nb、Ta、Zr金属颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度和抗压强度呈增大趋势,合金中混合基体组织尺寸越来越大且不断融合联结,难熔金属颗粒数量越来越少且尺寸越来越小。合金压缩弹性模量在58~60GPa之间,说明具有良好的力学相容性,烧结温度变化对其影响较小。     

Ti-Nb-Zr-Sn合金电化学腐蚀行为研究

采用粉末冶金法制备生物医用β钛合金Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn(TNZS),采用恒电位极化曲线法研究合金在模拟人体体液(Hank’s)中的电化学腐蚀行为,通过测量合金在模拟人体体液中的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度和极化电阻等电化学参数来比较不同烧结工艺下钛合金的耐腐蚀性能。结果表明,在1250℃烧结2 h所制备的TNZS合金自腐蚀电位为-962 mV,自腐蚀电流密度为410 nA.cm-2,极化电阻39.51 kΩ.cm-2,有相对较好的耐腐蚀性,合金本身自有的孔隙成为腐蚀活性位置。     

TZM合金电化学腐蚀行为研究

采用粉末冶金和轧制工艺制备出TZM合金和稀土镧掺杂的La-TZM合金,通过动电位极化研究合金电化学腐蚀行为,扫描电子显微镜(SEM)观察、能谱定量(EDS)分析表征腐蚀产物显微结构特征。保持Cl-浓度不变分别探讨合金在中性、酸性、碱性介质中耐侵蚀能力。结果表明,TZM合金在中性和碱性介质中抗腐蚀性能优于La-TZM合金,而在酸性介质中La-TZM合金抗腐蚀性能优于TZM合金,两类合金抗腐蚀性均表现为酸性介质强于中性介质,碱性介质最弱。Cl-有效破坏腐蚀表面形成的钝化膜,OH-和Cl-双重侵蚀促使两类合金晶间腐蚀加剧、粉末冶金制备的TZM合金及La-TZM合金对酸性介质具有良好的耐蚀性。     

放电等离子烧结制备Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al合金

利用放电等离子烧结技术制备了一种低成本车用钛合金(Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al),研究烧结温度对其晶粒尺寸、孔隙率、显微组织、成分均匀性、相结构及力学性能的影响。结果表明,在1100和1300℃两种烧结温度下,其显微组织基本由针状α相和β基体相组成,其间分布着条状或颗粒状TiC。随着烧结温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,孔隙率逐渐减小,TiC析出密度逐渐增多,针状α相逐渐减少,并且由1100℃的不均匀分布逐渐转变为1300℃的均匀分布。电子探针分析表明,1100℃时成分均匀性差,出现了Cr和Al元素的偏析,而1300℃时基本无偏析。XRD分析和纳米力学探针测量显示,添加的合金元素使β相的晶格参数减小以及细小第二相析出,弹性模量增大。     

放电等离子烧结制备Ti-22Al-25Nb合金及致密化机理

以Ti-22Al-25Nb(摩尔分数,%)预合金粉末为实验初始原料,采用放电等离子烧结工艺(SPS)方法,在温度为950～1200℃,保温时间为10～20min,压力为35～80MPa的条件下制备晶粒小、组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。研究烧结温度、烧结压力和保温时间对预合金粉末致密化过程的影响,分析粉末的烧结致密化机理,揭示烧结温度、烧结压力和保温时间对Ti-22Al-25Nb烧结合金的相对密度、相组成、显微组织以及力学性能的影响规律,明确烧结合金的室温断裂机制。结果表明:经950℃、80MPa、10min烧结的Ti-22Al-25Nb合金相对密度达到99.43%,具有更优异的综合力学性能,其室温伸长率、屈服强度和抗拉强度分别达到9.38%、933.57 MPa和990.01 MPa。     

Ti-3Ta-xNb合金在沸腾硝酸中的电化学腐蚀研究

采用非真空自耗电弧熔炼获得成分均匀的Ti-3Ta-xNb(x=0、1、3、5)合金。通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,随着Nb元素含量的增加,合金的等轴α相比例减少,晶粒细化。通过电化学测试研究了Ti-3Ta-xNb合金在6 mol/L沸腾硝酸溶液中的开路电位、动电位极化曲线及电化学阻抗谱。结果表明：随着Nb元素含量的增加,Ti-3Ta-xNb合金的腐蚀电流密度降低,极化电阻增加,即合金的耐蚀性增强。     

Fe基非晶及纳米晶合金的制备和电化学腐蚀行为

分别采用单辊甩带法和非晶晶化退火法制备出非晶及纳米晶合金Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1;利用DSC、XRD和TEM对该非晶合金的晶化行为进行了分析;并用电化学极化曲线的方法和电化学阻抗技术研究了该非晶合金经不同温度退火后在1mol/LHCl溶液里的电化学腐蚀行为。结果表明,该非晶合金的晶化过程出现2个阶段。当退火温度为500℃时,合金尚未晶化,仍保持非晶态;当温度达到550℃时,出现了晶化衍射峰,晶粒平均直径约13nm;当温度达到600℃时,晶粒平均直径约为15nm。经过退火得到的纳米晶合金的腐蚀电位大于未退火的非晶,且阳极电流密度变得更低,表明纳米晶状态时的耐腐蚀性能比非晶状态的更好。该非晶合金未退火、550℃退火和600℃退火时的EIS均由单一容抗弧构成,具有一时间常数;且随着退火温度升高,电化学反应电荷转移电阻在增大。     

放电等离子烧结制备非晶合金的研究进展

非晶合金具有优异的力学性能、耐蚀性、磁性能等,是一种具有极大应用潜力的新型结构材料和功能材料,然而传统方法制备的非晶合金受"临界冷却速度"的影响,有尺寸上的限制,制约了非晶合金的应用范围。而放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备的非晶合金不受"临界冷却速度"的影响,可以制备出较大尺寸的非晶合金。本文主要从致密化机理、工艺影响因素、性能对比、数值模拟等方面介绍了放电等离子烧结制备非晶合金的研究现状,分析其难点及以后的发展方向。     

ZrTICuNiBe大块非晶合金腐蚀行为的电化学研究

用电化学方法研究了ZrTiCuNiBe大块非晶合金在酸、碱、盐各种腐蚀介质中的腐蚀行为。极化曲线分析结果表明：ZrTiCuNiBe大块非晶材料的耐蚀性优于晶态合金。     

Ag－Cu纳米合金的微观结构

利用高分辨电镜（ＨＲＥＭ）对气相凝聚法制备的Ａｇ１－ｘＣｕｘ（０．０５≤ｘ≤０．４０）纳米合金样品中的微观结构进行了研究．结果表明，在所有合金样品中，都没有观察到明显的界面亚稳相的形成，且晶界具有有序的原子结构样品中两组元的等轴纳米晶粒分布均匀，但随着Ｃｕ含量的增加，Ｃｕ颗粒出现明显的偏聚和粗化；与稳定相相比，富Ａｇ和富Ｃｕ相的点阵常数没有发生显著的变化．     

Ti-22Al-25Nb合金热变形行为研究

在温度940～1000℃、应变速率10-2～50s-1、最大变形程度50%条件下利用Gleeble-1500型热模拟试验机对Ti-22Al-25Nb合金的高温流动应力变化规律进行了研究,分析了热变形参数对流动应力的影响规律,并利用Zener-Hollomon参数建立了该合金的本构关系。试验结果表明,应变速率的降低或温度的升高都会使合金的流动应力降低;变形过程中产生的流动软化现象与温升效应和组织变化有关;高应变速率(≥10s-1)条件下发生的应力不连续屈服现象与晶界突然增殖大量可动位错有关,与固溶原子的钉扎无关。     

Ag—Cu纳米合金的微观结构

利用高分辨电镜（ＨＲＥＭ）对气相凝聚法制备的Ａｇ１－ｘＣｕｘ（０．０５≤ｘ≤０．４０）纳米合金样品中的微观结构进行了研究．结果表明，在所有合金样品中，都没有观察到明显的界面亚稳相的形成，且晶界具有有序的原子结构样品中两组元的等轴纳米晶粒分布均匀，但随着Ｃｕ含量的增加，Ｃｕ颗粒出现明显的偏聚和粗化；与稳定相相比，富Ａｇ和富Ｃｕ相的点阵常数没有发生显著的变化．     

模拟人体体液中放电等离子烧结生物医用Ti2448合金的腐蚀行为研究

利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱方法研究了放电等离子烧结技术(SPS)制备的生物医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn(Ti2448)合金在Hank's模拟人体体液中的电化学腐蚀行为及腐蚀机理,并与工业纯钛(TA1)和Ti-6Al-4V(TC4)合金进行了比较。结果表明:与TA1和TC4合金相比,在37℃的Hank's溶液中SPS烧结Ti2448合金具有最小的腐蚀电位与致钝电流密度、接近的腐蚀电流密度以及最大的极化电阻,3种材料耐腐蚀性能好坏依次为Ti2448TC4TA1。     

生物医用Ti-29Nb-13Ta-5Zr合金的超塑性行为

采用拉伸速率突变法,研究Ti-29Nb-13Ta-5Zr(Ti-29-13)合金冷轧后在700~800 ℃和5′10-4~1′10-2 s-1应变速率范围内的高温变形行为和变形机制,并与典型β钛合金Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-15-3)进行比较。结果显示两种合金中均出现了非连续屈服现象,Ti-29-13合金的亚晶行为不同于Ti-15-3合金。Ti-29-13合金的延伸率低于Ti-15-3合金,应力指数n几乎恒定为3.3,变形激活能为152~161 kJ/mol;Ti-15-3合金在730 ℃以上的n值为2.3~2.5,变形激活能为173~176 kJ/mol。     

TZM合金电化学腐蚀行为研究（英文）

采用粉末冶金和轧制工艺制备出TZM合金和稀土镧掺杂的La-TZM合金,通过动电位极化研究合金电化学腐蚀行为,扫描电子显微镜观察、能谱定量分析表征腐蚀产物显微结构特征。保持Cl~-浓度不变分别探讨合金在中性、酸性、碱性介质中耐侵蚀能力。结果表明,TZM合金在中性和碱性介质中抗腐蚀性能优于La-TZM合金,而在酸性介质中La-TZM合金抗腐蚀性能优于TZM合金,两类合金抗腐蚀性均表现为酸性介质强于中性介质,碱性介质最弱。Cl~-有效破坏腐蚀表面形成的钝化膜,OH~-和Cl~-双重侵蚀促使两类合金晶间腐蚀加剧、粉末冶金制备的TZM合金及La-TZM合金对酸性介质具有良好的耐蚀性。     

生物医用Ti-29Nb-13Ta-5Zr合金的超塑性行为

采用拉伸速率突变法,研究Ti-29Nb-13Ta-5Zr(Ti-29-13)合金冷轧后在700~800 ℃和5′10-4~1′10-2 s-1应变速率范围内的高温变形行为和变形机制,并与典型β钛合金Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-15-3)进行比较。结果显示两种合金中均出现了非连续屈服现象,Ti-29-13合金的亚晶行为不同于Ti-15-3合金。Ti-29-13合金的延伸率低于Ti-15-3合金,应力指数n几乎恒定为3.3,变形激活能为152~161 kJ/mol;Ti-15-3合金在730 ℃以上的n值为2.3~2.5,变形激活能为173~176 kJ/mol。     

放电等离子烧结制备W-ZrC/HfC-Re合金的力学性能和热稳定性研究

采用机械球磨和放电等离子烧结法（SPS）制备了W-0.5wt.%ZrC-(1, 3)wt.%Re（WZC1R,WZC3R）和W-0.5wt.%HfC-(1, 3)wt.%Re（WHC1R,WHC3R）四种钨基材料,并对其微结构、力学性能和高温稳定性进行了测试与分析。WZC3R合金在500 ℃时的极限抗拉强度（UTS）高达728 MPa,600 ℃时UTS维持653 MPa,比SPS制备的纯W提升近2.1倍。弥散分布的纳米尺寸ZrC颗粒起到钉扎晶界和位错的作用,提升材料强度,此外抑制晶粒粗化带来细晶强化。WHC3R在400 ℃时,其延伸率为13.9%,韧脆转变温度（DBTT）介于300 和400 ℃,比SPS制备的W-ZrC和纯W分别降低200 ℃和300 ℃。固溶元素Re通过增加可动滑移面的数量,降低引发塑性变形所需的临界应力,从而改善钨材料的韧性。SPS制备的四种钨基材料展现出优异的热稳定性,1600 ℃真空退火1小时后,试样的晶粒尺寸和维氏显微硬度均未显著变化。其原因是Re溶质原子使钨产生晶格畸变,抑制高温下钨原子的扩散,阻碍晶界迁移,减缓钨晶粒粗化的动力学过程,从而提升材料的高温稳定性。     

电沉积Fe-Cr-Ni合金的电化学腐蚀行为

以硫酸盐为主盐,研究了工艺参数中温度、电流密度对Fe-Cr-Ni镀层沉积速率和腐蚀性能的影响。采用电化学试验方法研究不同条件下所获得的镀层在NaCl溶液中的腐蚀行为,结果表明,在饱和NaCl溶液中镀层都有钝化性能。60℃下获得的镀层有明显过钝化现象,抗腐蚀性能较差。不同电流密度下的镀层显示了不同的电化学性能。电流密度为5 A/dm2时,处于钝态时,电流随着电位的正移逐渐增大是一个非常缓慢的过程,钝化膜仍然发挥作用。在饱和NaCl溶液中,电流密度为5 A/dm2时所获得的镀层的耐蚀性能较好。     

放电等离子烧结制备Zn-Cu-Sb-Bi合金的热电性能

采用真空熔炼/放电等离子烧结（SPS）方法制备P型Zn4-xCuxSb3-xBix（x=0～0.8）材料,研究该合金的组织结构和热电性能。结果表明,x〈0.2时,Zn4-xCuxSb3-xBix材料的Seebeck系数随x值增大而增大,当x=0.2时达到最大值;而当x〉0.2后,Seebeck系数又随x值增大而下降。在x=0.2和487 K的条件下,Seebeck系数达到最大值,为249.2μV/K。合金的电导率随Cu和Bi含量增加而增大。借助Zn4-xCuxSb3的热扩散系数,计算得到材料的热导率随x值增大而增大;在574 K,x=0.4时,Zn4-xCuxSb3-xBix合金的最大热电优值（ZT）为0.53,比同温度下β-Zn4Sb3合金的ZT值大0.07。