亚稳β型TB8钛合金置氢特性研究

文章采用高温气相充氢法对TB8钛合金进行常压置氢实验,以研究亚稳β型TB8钛合金的置氢特性,即氢气流速、置氢温度和置氢时间对置氢量的影响规律,并建立了相应的数学模型。结果表明,氢气流速越快,合金中氢的质量分数越高,最终达到饱和;置氢量随置氢温度的变化规律为先增加后降低,当达到峰值后遵从Sievert’s定律;随置氢时间的延长,置氢量逐渐增加,并最终趋于平衡。     

置氢Ti-6Al-4V合金组织与室温变形行为的相关性

应用压缩实验研究置氢Ti-6Al-4V合金的室温力学行为,采用OM、SEM分析了氢对钛合金组织的影响和断口形貌特征,探讨了置氢钛合金组织和室温变形行为之间的相关性.结果表明:氢的固溶强化作用使置氢Ti-6Al-4V合金硬化效应增加,但适量的氢可以显著降低其压缩屈服强度和弹性模量,且断裂时发生的变形量增加,此时合金组织为á a的双态组织,当合金中产生粗大的a晶粒时,断裂时发生的变形量显著降低;氢的加入促进了合金中斜方马氏体á″的生成;置氢Ti-6Al-4V合金的室温压缩断口为延性沿晶断裂或脆性沿晶断裂和解理型穿晶断裂两种断裂方式的混合断口.     

TC4钛合金压坯的吸氢行为

利用管式氢处理炉研究了TC4钛合金压坯的温度-平衡氢分压关系以及吸氢动力学行为,测定了吸氢速率常数和激活能,并分析了吸氢反应各个阶段的反应机理.结果表明,随着吸氢温度的升高,达到平衡所需要的时间缩短,吸氢后的平衡氢分压升高.在350℃吸氢时,反应机制分别是形核长大、幂函数定律和三维扩散.在400℃吸氢时,反应机制分别是幂函数定律和三维扩散.在450～750℃吸氢时,反应机制均是三维扩散.TC4钛合金压坯吸氢反应的激活能为14.55kJ·mol-1.     

MgH_2-Nb_2O_5体系吸氢动力学性能

采用高能球磨法成功制备了MgH_2H_2+x mol%Nb_2O_5(x-0.1、0.5、1和2)材料,并研究了Nb_2O_5添加量对MgH_2吸氢动力学性能的影响规律.XRD结果显示,Nb_O_5的加入未生成新相,晶粒大小约为30 am.SEM结果表明,Nb_2O_5的加入使颗粒变小.TEM结果表明,该材料具有纳米/非晶态的混合结构.这些结构有利于氢的吸附和扩散,可提高其动力学性能.吸氢动力学结果显示,当Nb_2O_5含量达1 mol%时,动力学性能最佳.该体系在523 K时500 s内吸氢量达到4.0%,20 s即达到最大吸氢速率为0.09%/8,573 K时500 s内吸氢量为4.7%.研究还发现,在523 K时,随Nb_2O_5含量的增加,吸氢量逐渐降低,这主要是由于不吸氢的Nb_2O_5含量的增加造成的;而在473 K时,随Nb_2O_5含量的增加,吸氢量却随之增加,此时起主要作用的是其催化能力.     

Mg-50wt.%Ti_(1-x)C(x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金的贮氢性能研究

采用机械合金化方法制备Mg-50wt.%Ti1-xCx(x=0.1,0.2,0.3,0.4)贮氢合金.x-射线衍射(XRD)分析结果表明,合金主要由Mg、Ti、c以及二元合金相Ti2C0.06和Mg2C3组成,随着球磨时间增加,合金的非晶化程度提高.压强-成分-温度(Pcr)测试结果显示,Mg-50wt.%Ti1-xC(x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金的贮氢量分别为2.96、2.95、2.76、2.6wt.%;随着碳含量的增加,样品吸氢量逐渐减少,放氢温度和平台压也随之下降;适当增加球磨时间可降低吸放氢温度.     

Li3N的合成及吸放氢性能研究

采用金属锂和氮气实验合成了Li3N,对Li3N在不同温度下的吸氢性能进行了研究.通过X射线衍射数据的Rietveld全谱拟合精修及储氢实验,从相转变和吸氢量方面进行分析.实验表明,随温度的升高,Li3N转化为Li2NH和LiNH2的程度增加,到400℃时反应基本完成,吸氢质量分数达到了9.50%.对400℃充分氢化后的产物进行放氢TG/DTA热分析,研究表明,以3K/min和8K/min升温至400℃并保温1h后,试样放氢量的吸热峰值分别出现在354.1℃和360.1℃处,放氢时失重质量分数分别达到6.54%和6.58%.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织演变与超塑性能

应用高温拉伸实验研究了氢对Ti-6Al-4V合金超塑变形行为的影响,借助于OM、SEM、TEM和XRD等分析手段,分析了氢对钛合金组织演变的影响. 结果表明:氢可促进合金中β相数量的增加,氢质量分数达到0.2%时合金出现马氏体组织,并随着氢含量的增加而逐渐粗化;适量的氢可以改善钛合金超塑变形行为,如降低流动应力和超塑变形温度、提高应变速率敏感指数m值;Ti-6Al-4V合金加入质量分数0.1%的氢,其峰值流动应力降低53%,变形温度降低约60℃,且由于氢的加入,使得超塑变形后的位错密度减少,说明氢促进了位错的运动.     

置氢TC4粉末模压成形-烧结后的组织性能

采用置氢TC4钛合金粉末室温模压成形+保护气氛下烧结工艺,研究了置氢TC4合金粉末模压成形-烧结后合金组织性能的变化规律.结果表明:随着置氢量的增加,置氢TC4合金粉末模压成形烧结体致密度基本呈现逐渐增高趋势,模压成形烧结体由魏氏体组织向双态的过渡状组织转化,模压成形烧结体退火后组织较退火前发生了明显的破碎和细化;烧结体退火后压缩屈服强度基本呈逐渐增大趋势,且烧结体真空退火后氢含量可达到安全状态,其中,置氢量0.42%(质量分数)TC4合金粉末烧结体致密效果好、综合力学性能高.     

氢爆碎工艺中的吸氢和放氢现象

研究了氢爆碎 (hydrogen decrepitation,HD)过程中不同合金及合金表面状态的吸氢速率和吸氢量 ,并采用 X射线衍射、扫描电镜等手段研究 HD粉加热去氢过程中放氢规律和粉体微观形貌的变化。结果表明氢爆碎的吸氢速度和吸氢量与钕铁硼合金铸锭表面的活性有关 ,表面新鲜、活性大的合金铸锭氢爆碎的时间短、效率高。合金中存在足够的富 Nd相 ,是室温氢爆碎过程得以进行的前提条件。将 HD粉加热处理时 ,随加热温度的升高 ,氢不断释放出来 ,到10 73K时磁粉中氢的质量分数已降低到 1.5× 10 - 5,氢气基本释放。生产中可以将 HD粉经 5 2 3～ 72 3K加热放氢 1h后再进行磁场成型 ,以减少氢气对 HD粉体成型取向度的影响     

温度和湿度对Nafion膜氢传感器性能的影响

系统研究了以Nafion112膜为电解质的氢传感器在不同工作环境下的氢敏感性能. 结果表明,以Nafion112膜为电解质的氢传感器对氢具有很好的敏感性,可以实现微量氢气泄漏的快速检测. 该传感器在氢气体积分数为(500～3000)×10-6时的响应电压与氢气体积分数的对数呈线性关系,为标定不同环境下氢气含量与传感器响应电压的对应关系提供了依据. 在相同湿度条件下,传感器响应电压随温度的升高而下降. 湿度对传感器响应电压的影响与温度相关:温度较低时,响应电压随湿度的增加而下降;温度较高时,响应电压随湿度的增加而升高.     

增材制造医用多孔钛合金研究与应用现状

钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,被认为是一种理想的植入体材料。但致密钛合金的弹性模量较高,在植入人体后与骨之间存在应力遮挡现象,易引发植入体松动。采用增材制造技术制备的多孔钛合金能够很好地解决这一问题。从多孔结构的设计方法与增材制造的原理入手,综述了增材制造多孔钛合金在力学性能方面的研究现状以及在生物医疗领域的研究与应用进展,并对其未来的发展趋势进行了展望,指出今后可在以下4方面对医用多孔钛合金展开深入研究：1）研发更先进的成型设备以提高多孔钛合金的成型质量与成型效率;2）对多孔结构进行仿生化设计,将高力学性能与高生物性能有机结合;3）通过对Gibson-Ashby模型进行修正,可获得更为准确的力学性能预测结果;4）开发新型钛合金材料以提高多孔钛合金的生物相容性。     

选区激光熔化TC4生物腐蚀和生物相容性分析

选区激光熔化(SLM)为降低TC4钛合金医用植入体的弹性模量、减小应力屏蔽效应提供了一种有效的解决方案,但这种材料在投入实际应用前尚需有充分的生物安全性评价。采用SLM技术制备出致密度为99.5%的TC4合金,通过电化学实验、溶血实验和细胞毒性实验测试了SLM成形TC4的生物腐蚀性能和生物相容性,并与传统铸轧工艺制备的合金进行了对比。实验结果表明:前者相比于后者有着更好的耐蚀性能,并且SLM成形TC4还具有优良的生物相容性,在生物医用植入物方面展现出很好的应用前景。     

TiH2粉末制备钛合金的烧结脱氢规律及工艺

 以TiH₂粉末为原料,通过压制成型和烧结工艺制备粉末钛合金,不同于传统钛粉末冶金方法。通过热分析和热膨胀技术研究不同球磨粒度TiH₂粉末的脱氢和收缩规律,以此入手研究了TiH₂粉末压坯和TiH₂-Al-V粉末压坯的烧结致密特性,以及影响烧结过程的主要工艺因素,包括烧结温度、烧结时间、升温速率、压坯密度、压坯成型方式、合金体系,并对烧结组织进行了分析。结果表明,TiH₂粉末球磨后脱氢温度降低,粉末越细,开始温度越低。TiH₂粉末压坯在烧结过程中脱氢后获得新鲜钛,其易发生黏接并引起α-Ti的强烈收缩,这时烧结体很容易致密,并获得相对密度大于99%坯体;相比之下,TiH₂-Al-V粉末压坯烧结时因为合金元素的溶解,不如纯TiH₂粉末压坯的烧结容易致密。TiH₂-Al-V粉末经过成型、烧结脱氢可获得典型的层片状α+β钛合金组织,合金元素分布均匀。     

Hydrogen absorption behavior of TA15 alloy

The hydrogen absorption kinetics of TA15 titanium alloy at 973–1123 K was studied using a tube-type hydrogen treatment furnace. The hydrogen absorption kinetic curves obtained were analyzed according to a series of mechanism equations to reveal the kinetic parameters and mechanism of the hydrogen absorption process. The results show that both the hydrogen absorption rate and the equilibrium hydrogen pressure increase and the time to reach equilibrium is shortened with increasing temperature. It is found that only the second hydrogen absorption period exists in the hydrogen absorption process of TA15 alloy between 973 and 1123 K, and the activation energy is 54.889 kJ/mol for hydrogen absorption. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) results demonstrate that δ hydride forms between 973 and 1123 K, and β phase decreases with the increase of temperature. Orthorhombic α″ martensite is generated at 1073-1123 K, and their amount increases with increasing temperature.     

脉冲电沉积制备非晶态Ni-Mo合金及析氢性能

电解水产氢具有原材料来源丰富、生产过程清洁、效率较高的优势,已经成为广泛研究的技术之一.通过脉冲电沉积技术,在不同的电流密度和占空比下,制备了不同的非晶态Ni-Mo合金镀层,研究了电流密度和占空比对镀层性能的影响.结果表明:随着占空比和电流密度的增大Mo含量减小,表面更加粗糙,在电流密度为2.5 A·dm^－2和占空比0.8下,可获得表面极为粗糙的非晶态Ni-Mo合金镀层,另外,占空比为0.6和电流密度为2.0 A·dm^－2下获得晶粒尺寸较小的合金镀层.粗糙表面结构的Ni-Mo合金在较大的过电位下表现出更好的析氢催化性能,而具有较高Mo含量和细小晶粒尺寸的合金镀层析氢催化活性较高.     

铀钛合金破片侵彻特性的实验研究

为研究铀钛破片的冲击侵彻特性,基于弹道驱动试验平台,测试了钛质量分数为0.5%~1.0%的5种典型钛合金破片对10 mmA3钢板的侵彻性能,获得了5种不同质量分数钛的铀钛合金破片对钢靶板侵彻前后的速度、质量、动能变化数据. 实验结果表明,铀钛合金破片侵彻钢靶时发出明亮火光,靶板的破坏形式以冲塞为主,并伴随有延性扩孔现象. 此外,钛质量分数为0.9%的破片动能损失最小,钛质量分数为0.75%的破片对靶板造成的剪切破坏最大.     

提高钛硅合金等级的研究

在采用硅铝铁作还原剂冶炼钛硅合金的实验中，研究了冶炼温度、炉料初始碱度、还原剂用量等因素对钛硅合金中钛、硅含量、残渣中ＴｉＯ２含量、钛回收率的影响，获得了升钛降硅的最佳工艺参数。利用实验获得的最佳工艺参数进行了实验室稳定试验和半工业性稳定试验。     

通过原位双次扫描法降低激光增材制造的多孔Ti6Al4V合金内应力

Selective laser melting (SLM) technology plays an important role in the preparation of porous titanium (Ti) implants with complex structures and precise sizes. Unfortunately, the processing characteristics of this technology, which include rapid melting and solidification, lead to products with high residual stress. Herein, an in situ method was developed to restrain the residual stress and improve the mechanical strength of porous Ti alloys during laser additive manufacturing. In brief, porous Ti6Al4V was prepared by an SLM three-dimensional (3D) printer equipped with a double laser system that could rescan each layer immediately after solidification of the molten powder, thus reducing the temperature gradient and avoiding rapid melting and cooling. Results indicated that double scanning can provide stronger bonding conditions for the honeycomb structure and improve the yield strength and elastic modulus of the alloy. Rescanning with an energy density of 75% resulted in 33.5%–38.0% reductions in residual stress. The porosities of double-scanned specimens were 2%–4% lower than those of single-scanned specimens, and the differences noted increased with increasing sheet thickness. The rescanning laser power should be reduced during the preparation of porous Ti with thick cell walls to ensure dimensional accuracy.