毕业论文：HDH钛粉烧结工艺实验研究（含开题报告）

毕 业 论 文
HDH钛粉烧结工艺实验研究（正文含开题报告）
摘要
钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、焊接性好等优良性能，受到广泛关注。但是高昂的原料和加工成本极大阻碍了它的实用化进程，采用粉末冶金技术可以有效地解决这一问题。微波烧结相对于常规烧结具有的省时节能，烧结均匀等特点，将其引入到金属粉末冶金材料的生产制造业中前景广阔，潜力巨大。
本文研究了HDH钛粉采用5种不同压力压制成型，以及置于3种不同烧结温度中真空烧结，并同微波烧结进行比较。结果表明: 微波烧结的升温速度快，周期短，能促进HDH钛粉的致密化。随着烧结温度和压制压力的升高，HDH钛粉的相对密度、显微硬度和抗压强度均升高，在1250 ℃ 和132MPa时达到最优状态，即其相对密度、显微硬度和抗压强度均处于良好水平。

关键词：HDH钛粉；烧结；温度；压力


Abstract
Titanium and titanium alloy has a low density, high specific strength, good corrosion resistance, high heat resistance, non-magnetic, good weldability and e*cellent performance, attracted widespread attention. Bu
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t a good level.

Keywords: HDH titanium powder; microwave sintering; temperature; pressure

目录
第一章 绪论 5
1.1 本课题研究背景 5
1.2钛的性质及其应用 5
1.3 钛应用中的局限性与解决方法 6
1.4微波烧结原理及其特点 6
1.4.1 微波烧结原理 6
1.4.2微波烧结特点 7
1.5 金属粉末微波烧结的研究 7
1.6 本课题研究的目的和内容 8
第二章 实验部分 9
2.1 实验材料与设备 9
2.1.1 实验材料: 9
2.1.2 实验设备： 9
2.2 实验过程 10
2.2.1 试验材料准备 10
2.2.2真空烧结和微波烧结 10
2.2.3 密度、硬度测量 11
2.2.4 力学性能测量（抗压强度） 12
2.2.5 金相观察 12
第三章 结果与讨论 13
3.1 试样的密度、硬度结果与分析 13
3.2 试样的抗压强度结果与分析 16
3.3 金相观察照片 17
3.3.1真空烧结 17
3.3.2微波烧结 19
第四章 结论与展望 20
4.1结论 20
4.2展望 20
致谢 21
参考文献 22


第一章 绪论
1.1 本课题研究背景
①钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、焊接性好等优良性能，受到广泛关注。
②高昂的原料和加工成本极大阻碍了它的实用化进程。
③微波烧结相对于常规烧结具有的省时节能，烧结均匀等特点，将其引入到金属粉末冶金材料的生产制造业中前景广阔，潜力巨大。
1.2钛的性质及其应用
钛是门捷列夫周期表第四族中的元素，它位于第四周期的第四位（图1.1）。原子序数是22，核外电子排布为2，8，10，2（图1.2），原子量是47.9。钛的熔点是1660±10℃，沸点3287 ℃ ，密度4.5g/cm3，延展性好，比强度大，机械性能好，抗腐蚀性能强，钛的某些性质与其他常见金属的比较如图1.3所示。钛及其合金具有低密度、高比强度、耐腐蚀性好以及良好的生物相容性等性能,广泛应用于航空航天、石化、生物工程等领域[1] 。


图1.1 钛在元素周期表中的位置 图1.2 钛的核外电子分布





性质 钛 铁 铝
熔化温度 OC 1725 1510 660
比重 4.5 7.9 2.7
机械强度比 5 2.5 1
抗腐蚀性能 盐水不起作用 在盐水中生锈 在盐水中生锈

图1.3 钛的某些性质与其他金属的比较

1.3 钛应用中的局限性与解决方法
虽然钛的应用领域广、性能好，但是,钛及钛合金的机加工性能差,制造成本高,其工业化应用特别是在复杂零件上的应用受到了限制。 采用钛粉末成形不仅改善了原材料的利用率，而且能够生产形状复杂的零件。目前钛粉末成形方法主要有3种：①压力成形烧结法 ②注射成形法 ③自蔓燃高温合成法[2]。钛粉的生产方法有：①钠还原海绵钦细粉 ②氢化脱氢法 ③气体雾化法 ④等离子旋转电极法[3]。目前大多数钛的粉末冶金方法采用的是气体雾化法的钛粉，但是这种方法生产的成本高，本课题研究的是以生产成本低的氢化脱氢钛粉维研究材料。HDH法利用海绵钛吸氢后产生脆性,容易被机械粉碎,制成氢化钛粉,将其在真空条件下高温脱氢便制取了纯钛粉。钛的氢化是放热反应,反应开始后能够吸收大量的氢气,可一边缓慢冷却一边进行反应,反映结束后吸收氢气的重量能占总重量的3.8%±0•3%左右,氢气进入钛的结晶格子后,因具有脆性很容易被机械粉碎,在对氢化钛进行粉碎时,为了防止氢化钛粉被污染,为了确保生产为安全,避免发生火灾,粉碎过程中必须要有保护气进行保护。
1.4微波烧结原理及其特点
1.4.1 微波烧结原理
传统的烧结工艺，是利用电炉丝通电后产生的热量，通过传导、对流和辐射的方式传递到待烧结试样上，从而被试样吸收而达到烧结的目的，烧结推动力是系统表面能的降低。而微波烧结与传统烧结有着本质上的不同，材料对微波的吸收是通过与微波电场或磁场耦合，将微波能转化热能来实现的，烧结所需热量来源于微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合，也可以说热量是微波与材料作用发生介质损耗而产生的，由此可知，相比传统烧结，微波烧结可使材料受热更均匀。而且在烧结过程中，材料还受到电磁场的作用。图1.3是微波烧结装置结构图[4]。




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