空心阴极等离子烧结工艺研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要以快速、高密度、高性能为主要特点的新兴技术，是粉末冶金领域的一个研究热点。空心阴极等离子烧结技术，是利用空心阴极放电效应作为新的烧结手段，能够实现对金属的高温、快速烧结。本课题通过制备Ti-5Al-2.5Fe合金和TiC颗粒增强Ti基复合材料来研究空心阴极等离子烧结技术的工艺特点。通过对传统空心阴极结构的讨论，在充分考虑烧结过程中的温度变化后，设计出了独特的阴极结构。通过正交实验设计，分析了在不同烧结工艺参数条件下，制备的Ti-5Al-2.5Fe合金的性能。得出：温度和保温时间是影响材料性能的主要因素，气压和极间距是次要因素；最佳的工艺参数为：1

2、300℃，保温6h，极间距10mm，工作气3压在20~30Pa之间。在此工艺下获得的试样密度为4.3g/cm，抗弯强度达400MPa。材料断裂以脆性断裂为主，气孔的存在是降低材料强度的主要原因。通过分析不同的配比和工艺参数对制备TiC颗粒增强Ti基复合材料的影响，得到如下结论：在1300℃，保温6h，极间距10mm，工作气压为20Pa的条件下，获得的5%TiC/Ti-6Al性能为最佳，增强颗粒与基体结合良好，材料断裂以脆性断裂为主。对不同配比的Ti基复合材料进行高温氧化实验，实验结果表明15%TiC/Ti-6Al的抗氧化性最优，且氧化膜均匀致密，其氧化增重为基体的1/2。关键词

3、：空心阴极，等离子烧结，粉末冶金，钛合金，高温氧化I空心阴极等离子烧结工艺研究ABSTRACTDevelopmentofnewsinteringtechniques,whichmaincharacteristicsisrapidheating,achievinghigh-densityandhigh-performance,hasbecameaveryimportantfieldofpowdermetallurgy.HollowcathodeplasmasinteringisoneofthenewPMtechniques.Hightemperatureandrapidheati

4、ngisitscharacters.Inthiswork,Ti-5Al-2.5FealloyandtheTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcompositesweresinteredinahollowcathodeglowdischargefurnace.Throughthestudyofnormalhollowcathodeeffect,aspecialhollowassistantcathodestructurewasdesignedandadoptedbytakenintoaccountintheprocessofsinteringte

5、mperaturechanges.TheeffectsofdifferentsinteringparametersonthepropertiesofTi-5Al-2.5Fealloywereinvestigated.Theresultsshowthattemperatureandtheholdingtimearethemoreimportantfactors,whereaspressureandthedistancebetweenassistantcathodeandspecimenaresecondary.Basedonexperiments，theoptimumproces

6、sparameterswereconcludedasbelow：Sinteringtemperatureis1300℃,holding6hours,thedistancebetweenassistantcathodeandspecimenis10mm,andtheworking3pressureis20~30Pa.Thesintereddensityreached4.3g/cm.Thebendingstrengthwasabove400MPa.Thebendingfractureexhibitedbrittlefeatures.Theexistenceofporeswasthe

7、maincauseforlowertoughness.TheeffectsofsinteringparametersaswellastheparticlefractionsonthepropertiesofTiCreinforcedtitaniummatrixcompositeswerealsoinvestigated.Theresultsshowthat5％TiC/Ti-6Alhashighperformanceundertheoptimumprocessparameterof1300℃,