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高密度W-9.8Ni-4.2Fe合金的放电等离子烧结（SPS）技术研究

作　者: 辛红伟
导　师: 李小强
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 放电等离子烧结高能球磨高密度钨基合金高温压缩性能摩擦磨损
分类号: TF124.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高密度钨基合金由于具有优异的物理力学性能而在民用工业和国防工业中有着广泛的应用。然而传统钨合金的制备采用液相烧结,由于烧结温度高,保温时间长,难以有效抑制钨晶粒的长大,因而限制了合金性能的进一步提高。放电等离子烧结技术,因其强的脉冲电流对粉末颗粒表面具有清洁、活化作用,极大地降低了合金的烧结温度和缩短了烧结时间,为成功制备高致密、具有细小晶粒的钨基合金提供了一条有效途径。为此,本文以W-8.6Ni-4.2Fe为对象,从以下几方面对放电等离子烧结制备高密度钨合金进行了研究:采用放电等离子烧结技术对W-8.6Ni-4.2Fe混合粉末进行烧结,研究了烧结温度和保温时间对烧结材料密度、硬度、横向断裂强度以及压缩强度的影响规律。结果表明,当烧结温度为1250℃,保温时间为6min时,烧结合金的综合性能最好,相对密度、硬度、横向断裂强度和压缩强度分别达到97.7%、42HRC、1443MPa和2639MPa。低于和高于此烧结温度,或延长和缩短保温时间,合金综合性能均有所降低。利用高能球磨法制备了W-8.6Ni-4.2Fe合金粉末,并采用放电等离子烧结技术对其进行烧结。重点研究了球磨时间和烧结温度对烧结合金的密度、硬度、横向断裂强度和压缩强度的影响。结果表明,球磨粉末经烧结后,合金中除了硬质相W和粘结相γ(Ni,Fe)外,还生成了少量的金属间化合物NiW和Fe7W6。随着球磨时间的延长,烧结合金的硬度升高,密度、横向断裂强度和压缩强度均下降。随着烧结温度的升高,烧结合金的密度增加,硬度降低,横向断裂强度和压缩强度则先升高后降低。研究了烧结温度、保温时间和球磨时间对放电等离子烧结合金耐磨性能的影响。结果表明,保温时间不变,随着烧结温度的升高,材料的耐磨性能越来越好,磨损机理由磨粒磨损逐渐变为粘着磨损。烧结温度不变,延长保温时间,材料的耐磨性能变好,磨损机理主要为粘着磨损。随着球磨时间的延长,磨损量先增加后减小,球磨时间对磨损形貌影响不大。对放电等离子烧结合金进行高温压缩试验,研究了变形速率、变形温度和试样制备工艺对合金力学性能的影响。结果表明,对于混粉烧结合金,增大变形速率或降低变形温度,合金的强度增大,延性降低;当变形速率为50mm/min,变形温度为800℃时,1200℃烧结合金的强度最大,为966MPa。对于球磨粉末烧结合金,增大变形速率或降低变形温度,合金的强度增大,延性降低。合金的应变应力曲线取向对烧结温度不敏感。球磨粉末烧结合金的压缩强度均明显高于混粉烧结合金的压缩强度,当变形速率为0.2mm/min,变形温度为600℃,强度可达1850MPa。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-28
  1.1 引言  12-13
  1.2 高密度钨基合金的研究现状与进展  13-22
    1.2.1 合金材质成分的研究  13-17
    1.2.2 纳米粉末制备工艺  17-19
    1.2.3 固结成形技术  19-22
  1.3 放电等离子烧结技术（SPS）的研究进展  22-25
    1.3.1 放电等离子烧结（SPS）技术简介  22-23
    1.3.2 放电等离子烧结技术在新材料制备中的应用  23-25
  1.4 研究的意义及主要内容  25-28
第二章高密度钨基合金混合粉末的放电等离子烧结技术研究  28-40
  2.1 引言  28
  2.2 实验设备、材料及方法  28-31
    2.2.1 实验设备  28-30
    2.2.2 实验材料及成份  30
    2.2.3 实验方法  30-31
  2.3 放电等离子烧结工艺参数对对烧结合金的影响  31-38
    2.3.1 烧结温度的影响  31-35
    2.3.2 保温时间的影响  35-37
    2.3.3 烧结合金的TEM 分析  37-38
  2.4 本章小结  38-40
第三章高能球磨高密度钨基合金粉末的放电等离子烧结行为  40-56
  3.1 引言  40
  3.2 高能球磨法制备纳米晶钨基合金粉末  40-46
    3.2.1 试验方法  41
    3.2.2 球磨时间对钨基合金粉末形貌的影响  41-43
    3.2.3 球磨时间对钨基粉末晶粒尺寸和晶格畸变的影响  43-45
    3.2.4 高能球磨粉末的均匀性分析  45-46
  3.3 高能球磨 W-9.8Ni-4.2Fe 合金粉末的放电等离子烧结  46-55
    3.3.1 试验方法  46-47
    3.3.2 球磨时间的影响  47-51
    3.3.3 烧结温度的影响  51-54
    3.3.4 烧结合金的TEM 分析  54-55
  3.4 本章小结  55-56
第四章放电等离子烧结高密度钨基合金的摩擦磨损特性研究  56-70
  4.1 引言  56
  4.2 实验方法  56-58
    4.2.1 试验设备  56-57
    4.2.2 磨损量测量方法  57
    4.2.3 实验方案  57-58
  4.3 实验结果分析  58-69
    4.3.1 摩擦系数对比分析  58-61
    4.3.2 不同制备工艺下钨合金的磨损量对比分析  61-65
    4.3.3 磨损形貌分析  65-69
  4.4 本章小结  69-70
第五章放电等离子烧结高密度钨基合金的高温压缩性能研究  70-78
  5.1 引言  70
  5.2 实验设备及方案  70-71
  5.3 实验结果分析  71-76
    5.3.1 烧结合金的高温压缩力学性能分析  71-74
    5.3.2 高温压缩试样TEM 分析  74-76
  5.4 本章小结  76-78
结论  78-80
参考文献  80-88
攻读硕士学位期间取得的研究成果  88-89
致谢  89

高密度W-9.8Ni-4.2Fe合金的放电等离子烧结（SPS）技术研究

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