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SPS制備超細晶鉬合金

時間:2021-02-07點擊次數(shù):3872

    鉬及鉬合金具有優(yōu)異的高溫力學性能,低的膨脹系數(shù)和高的導電導熱系數(shù),是非常具有應用前景的難熔金屬材料,在宇航、電子和核能等眾多工業(yè)領(lǐng)域都有很廣泛的應用。有相關(guān)學者圍繞改善鉬合金的力學性能做了大量的研究工作,雖然合金的強度和硬度有大幅的提升,但是此時合金的韌性往往會出現(xiàn)下降,為了兩者兼顧,細化晶粒就是較好的解決方案之一。近些年發(fā)展起來的 SPS 燒結(jié)法利用的是脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生瞬時高溫場來實現(xiàn)均勻燒結(jié)的過程,具有升溫速度快、燒結(jié)時間短、組織均勻、致密度高等可控的鮮明特點,被認為是細化晶粒,改善傳統(tǒng)材料性能的有效途徑。SPS對粉末顆粒表面具有活化作用和快速固結(jié)等特點,在制備細晶、超細晶甚至納米晶材料呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。

1.燒結(jié)溫度對燒結(jié)坯致密度的影響

    SPS燒結(jié)鉬鑭合金的燒結(jié)溫度和保溫時間的增加,會使燒結(jié)坯的密度快速增加,但是達到大值后便不會再增加,甚至會由于氣體和雜質(zhì)受熱膨脹導致致密度下降。如圖1所示為不同燒結(jié)溫度制備的鉬鑭合金的SEM圖。

 

1.不同燒結(jié)溫度制備的鉬鑭合金SEM

    從圖中可以明顯看到,燒結(jié)溫度為1500時,平均晶粒大小為3.34um,此時致密度較低,晶粒之間存在明顯的空隙,燒結(jié)效果并不理想;當燒結(jié)溫度為1600時,晶粒大小為3.74um,可以看出合金的晶粒大小并沒有明顯長大,但是致密性卻有明顯的改善;當燒結(jié)溫度為1700、1800時,晶粒明顯長大,約9.5um。

2.保溫時間對鉬鑭合金燒結(jié)坯晶粒度的影響

    在1600燒結(jié)溫度下保溫不同時間發(fā)現(xiàn),隨著保溫時間的增加,燒結(jié)坯的晶粒先變化并不大,直到轉(zhuǎn)換為冶金結(jié)合后,晶粒將長大明顯。而燒結(jié)坯的顯微硬度開始隨著機械結(jié)合變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合而顯著增大,后來因為晶粒的長大而有所下降。如圖2所示為鉬鑭合金在同一燒結(jié)溫度下保溫不同時間的SEM圖。

2.不同保溫時間制備的鉬鑭合金SEM

    從上圖(a)可以看出,保溫時間較短時,粉末坯存在明顯的燒結(jié)頸,隨著保溫時間的增加,燒結(jié)頸消失,孔隙閉合,致密度有明顯增加,并且此時晶粒尺寸沒有明顯長大,如圖(b),之后再進行保溫,可以看出晶粒明顯長大如圖(c)。

3.SPS燒結(jié)和氫氣燒結(jié)鉬鑭合金的力學性能

    通過對SPS燒結(jié)(溫度1600、保溫7min)及氫氣保護燒結(jié)(1800,保溫6h)合金進行抗拉強度和抗壓強度測試,發(fā)現(xiàn)采用SPS燒結(jié)的鉬鑭合金抗拉強度以及抗壓強度分別提升765MPa2307MPa。對兩種試樣的斷口分析發(fā)現(xiàn)SPS燒結(jié)的合金晶粒大小更加均勻細小。

3.不同工藝的拉伸斷口形貌

    從以上實驗可以看出,相比于傳統(tǒng)氣氛燒結(jié),SPS能夠很好的燒結(jié)細晶粒合金,在燒結(jié)的過程中,避免晶粒長大,這是其他工藝所不具備的,并且,SPS燒結(jié)得到的燒結(jié)坯致密性更好,力學性能更*,能為新材料的制備有提供更廣闊的應用前景。

上海皓越研發(fā)生產(chǎn)的SPS設(shè)備

    皓越科技是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售電爐為一體的先進型技術(shù)企業(yè)。公司一直專注于半導體材料、碳材料、先進陶瓷與復合材料和鋰電材料四大領(lǐng)域,擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗和專業(yè)技術(shù),竭誠服務(wù)于客戶,提供完善的一體化產(chǎn)業(yè)解決方案。

 

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