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电子束选区熔化成形ti-6Al-4v合金不同沉积高度上的组织与性能

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机械工程材料 2022年第6期46卷 7-10,20页

作者：高紫豪杨尚磊彭曾王贞涛上海工程技术大学材料工程学院上海201620 上海市激光先进制造技术协同创新中心上海201620

采用电子束选区熔化技术制备了厚度10 mm的ti-6a1-4v合金板,研究了沿沉积方向合金的显微组织、拉伸性能和显微硬度的变化。结果表明:合金组织以α集束和α片层交织的网篮组织为主,底部由于经历多次热循环作用,α片层较顶部的略粗大,初... 详细信息

采用电子束选区熔化技术制备了厚度10 mm的ti-6a1-4v合金板,研究了沿沉积方向合金的显微组织、拉伸性能和显微硬度的变化。结果表明:合金组织以α集束和α片层交织的网篮组织为主,底部由于经历多次热循环作用,α片层较顶部的略粗大,初生β晶的宽度随沉积高度增加而略有增大;合金底部、中部和顶部的屈服强度和抗拉强度呈逐渐升高趋势,但差异不大;不同沉积高度处的拉伸试样均表现为韧性断裂,断口处存在孔洞和未熔化的球形粉末;合金顶部的平均硬度(约315 Hv)略高于底部(约295 Hv),拉伸后由于应变硬化效应硬度略有提高。

关键词：电子束选区熔化 ti-6a1-4v合金显微组织拉伸性能硬度

固溶与固溶时效热处理对ti-6Al-4v合金微观组织及力学性能的影响

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热加工工艺 2024年第8期53卷 51-54页

作者：王锴张晓斌刘恕骞刘畅张先泽王梓超航天精工股份有限公司天津300300 航空工业集团公司成都飞机设计研究所四川成都610000 天津工业大学机械工程学院天津市现代化机电装备技术重点实验室天津300387

通过对ti-6a1-4v钛合金螺栓紧固件的热处理实验,比较分析了固溶及固溶时效热处理对ti-6a1-4v紧固件的微观组织分布的影响,并通过显微硬度计得到了螺栓紧固件各个位置的显微硬度分布。实验结果表明:ti-6a1-4v螺栓经过固溶处理后,初生α... 详细信息

通过对ti-6a1-4v钛合金螺栓紧固件的热处理实验,比较分析了固溶及固溶时效热处理对ti-6a1-4v紧固件的微观组织分布的影响,并通过显微硬度计得到了螺栓紧固件各个位置的显微硬度分布。实验结果表明:ti-6a1-4v螺栓经过固溶处理后,初生α组织的数量与尺寸减少而针状α组织的数量增多,并且初生α组织出现了即将溶解的状态。经过固溶时效热处理后,等轴状的初生α相组织变成了大晶粒β相的片层组织,组织分布较为均匀。固溶时效件试样的硬度分布更为均匀,固溶时效可以有效地提高螺栓的硬度,从而达到材料的使用要求。

关键词： ti-6a1-4v合金固溶固溶时效螺栓

冷变形ti-6Al-4v合金500℃脉冲离子碳氮共渗研究

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冷变形Ti-6Al-4V合金500℃脉冲离子碳氮共渗研究

作者：迟姜哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

ti-6Al-4v合金常采用表面改性提高其耐磨性能,其中通过碳氮共渗得到性能稳定的硬化层是最为经济有效的手段,常规的ti-6Al-4v合金碳氮共渗需在高温下进行,而在高温下该处理过程中极易发生氧化反应。本论文通过对ti-6Al-4v合金固溶处理并... 详细信息

ti-6Al-4v合金常采用表面改性提高其耐磨性能,其中通过碳氮共渗得到性能稳定的硬化层是最为经济有效的手段,常规的ti-6Al-4v合金碳氮共渗需在高温下进行,而在高温下该处理过程中极易发生氧化反应。本论文通过对ti-6Al-4v合金固溶处理并在室温下冷轧变形得到初始试样,在500℃℃相对低温条件下对试样进行脉冲等离子体碳氮共渗处理,形成稳定渗层。处理温度处于合金时效温度范围内,保温过程中可得到析出相提高基体硬度。通过扫描电镜分析、能谱分析、X射线衍射分析等手段来表征碳氮共渗处理后ti-6Al-4v合金的组织结构,通过硬度和摩擦磨损试验来测试ti-6Al-4v合金的力学性能。组织结构研究显示,经碳氮共渗处理后的ti-6Al-4v合金表面渗层宏观下呈暗黄色。扫描电镜下观察渗层由两部分构成,外层为白亮色的tiN层;内层呈暗灰色,主要由tiN、ti2N和tiC相构成。且碳氮共渗处理后ti-6Al-4v合金基体主要由α-ti构成,同时存在部分金属间化合物。随变形量的增大,合金渗层中tiN含量减少ti2N增多,时效析出相增多,渗层厚度逐渐增大,基体组织细化程度加深;随保温时间的增长,合金渗层中钦的氮化物及碳化物含量均有所增加,基体中α相含量逐渐增加。力学性能研究显示,碳氮共渗处理后ti-6Al-4v合金表面硬度最高可达628Hv,相比未经任何处理的试样硬度提高近300Hv;合金截面硬度呈梯度变化,从边界到心部硬度逐渐减小,且心部均高于初始试样硬度。随变形量增大,合金硬度有一定程度的提高;随保温时间增长,合金硬度逐渐增大。与单纯渗氮和时效处理的ti-6Al-4v合金相比,碳氮共渗处理ti-6Al-4v合金摩擦系数和体积磨损率均有一定程度的减小。未进行碳氮共渗处理及保温时间较短的ti-6Al-4v试样磨损行为以粘着磨损为主;保温时间较长的ti-6Al-4v试样磨损机理以磨粒磨损为主,伴随轻微的粘着磨损。随变形量的改变,摩擦系数变化不明显,但均在0.6以下低于未处理试样摩擦系数;随保温时间的增长,ti-6a1-4v合金摩擦系数与体积磨损率不断减小。分析结果表明,固溶处理及冷轧变形产生位错等缺陷作为扩散通道,使ti-6Al-4v合金的碳氮共渗在低温下得以实现,脉冲电场激发原子或离子态的氮与碳,在表面形成以钛的氮化物及碳化物为主的硬化层,改善了合金的摩擦磨损性能。同时,在基体内部生成金属间化合物,且合金基体中渗入的N与C呈梯度分布,产生梯度组织,在提高合金基体硬度的同时得到了规律的硬度梯度。

关键词： ti-6a1-4v合金等离子体碳氮共渗渗层时效

模拟PEMFC环境下纳米晶ZrC涂层钛合金双极板的性能研究

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稀有金属材料与工程 2017年第4期46卷 1033-1042页

作者：钱阳徐江南京航空航天大学江苏南京210016

采用双阴极等离子溅射沉积技术,在ti-6a1-4v合金表面制备了厚度为10μm、平均晶粒尺寸为12 nm的ZrC纳米晶涂层。研究了改性前后钛合金双极板在质子交换膜燃料电池环境中的耐腐蚀性能、导电性能以及憎水性能。结果表明:在模拟PEMFC阴/阳... 详细信息

采用双阴极等离子溅射沉积技术,在ti-6a1-4v合金表面制备了厚度为10μm、平均晶粒尺寸为12 nm的ZrC纳米晶涂层。研究了改性前后钛合金双极板在质子交换膜燃料电池环境中的耐腐蚀性能、导电性能以及憎水性能。结果表明:在模拟PEMFC阴/阳极环境中,纳米晶ZrC涂层的腐蚀电位明显高于ti-6a1-4v合金,而腐蚀电流密度较ti-6a1-4v合金降低约4个数量级。在+0.6 v阴极工作电极电位下,纳米晶ZrC涂层具有更快的成膜速率以及更高的钝化膜稳定性;而在–0.1 v阳极工作电极电位下,ZrC纳米晶涂层则呈现出阴极保护特征。

关键词：质子交换膜燃料电池双极板纳米晶ZrC涂层 ti-6a1-4v合金耐蚀性接触电阻

愈合ti-6Al-4v合金疲劳损伤的最佳激光表面处理工艺

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稀有金属快报 2003年第11期22卷 20-21页

作者：蔡学章

Influence of Sc on high temperature strengthening behavior of ti-6Al-4v alloy

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中国有色金属学会会刊：英文版 2007年第6期17卷 1212-1219页

作者：刘会群易丹青王韦琪王立平廉才浩 School of Materials Science and Engineering Central South University Baoji titanium Industry C o. Ltd.

vacuum arc melting technique was used to prepare ti-6Al-4v alloy containing Sc (0.3% and 0.5%, mass fraction). The ingots were melted twice by vacuum self-consumable electrode arc furnace. Forging of ingots was started in β-phase region and finished in high (α+β)-phase region. Annealing after forging was performed in low (α+β)-phase region for 30 min. Isothermal high temperature compression tests were conducted using thermal simulation machine under Ar atmosphere at 850 ℃ and 1 000 ℃, and the strain rate were 0.001, 0.01, 0.1 and 1.0 s-1. Optical microscope(OM), scanning electron microscopy(SEM), energy dispersive spectrum(EDS) and transmission electron microscope(TEM) were used to study the microstructure evolution during high temperature deformation. The results show that, the peak stress value of alloys increases with increasing Sc content after deformation at 850 ℃, however, there is no obvious strengthening of Sc when the alloys are deformed at 1000 ℃. Sc exists as Sc2O3 forms by internal oxidation during forging procedure, only minor Sc solutes in matrix. At 850 ℃, the interaction between dislocation and participated particles and twinning mechanism controls the deformation procedure accompanied recrystallization. At 1000 ℃, the deformation of alloys containing Sc is mainly controlled by twinning, while the deformation of alloy without Sc is not only controlled by twinning, but also the interaction between dislocation and precipitated particles inside the twinning lamellar.

关键词： ti-6a1-4v合金高温变形加固机械性质

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医用钛合金表面RGD生物功能化的研究

医用钛合金表面RGD生物功能化的研究

作者：赵亚蕊东北大学

学位级别：硕士

作为生物医用金属材料,ti-6Al-4v合金具有优异的物理、化学和机械性能,生物相容性好、耐蚀性和比强度高,这些优良特性使它在医学领域得到了较广泛的应用。植入体与人体骨组织结合良好的前提和关键是材料表面的优异生物相容性及活性。作... 详细信息

作为生物医用金属材料,ti-6Al-4v合金具有优异的物理、化学和机械性能,生物相容性好、耐蚀性和比强度高,这些优良特性使它在医学领域得到了较广泛的应用。植入体与人体骨组织结合良好的前提和关键是材料表面的优异生物相容性及活性。作为惰性材料的ti-6Al-4v合金,植入后会直接影响生物体的骨愈合速度、骨结合率及骨结合强度,这对生物体正常行使功能是不利的。因此,改善ti-6Al-4v合金表面的生物活性,研究出具有较强生物活性的钛合金迫在眉睫。本论文采用生物功能化方法对其进行表面改性,通过对ti-6Al-4v合金表面进行热碱处理及CDI(N,N’-羰基二咪唑)活化,从而在其表面绑定一种生物活性分子——短肽RGDS(Arg-Gly-Asp-Ser),在不影响力学性能的同时,又可赋予其生物活性,从而实现医用钛合金与人体组织之间的生物活性结合。傅里叶变换红外光谱法、X-射线光电子能谱法对改性前后的钛合金表面进行表征,并采用共聚焦激光扫描显微镜表征表面粗糙度,静滴接触角测定仪测定表面水接触角分析其亲水性来进一步表征改性前后的ti-6Al-4v合金表面。最后进行体外细胞实验,通过免疫荧光染色,观察小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1在修饰RGDS前后的钛合金表面的生长情况,研究改性前后的钛合金对MC3T3-E1细胞的生物学行为影响。主要研究结果如下:热碱处理后ti-6Al-4v合金表面(ti-OH)的粗糙度变大,亲水性增强;经CDI活化绑定RGDS前后的钛合金表面粗糙度及亲水性均无明显变化;ti-6Al-4v合金表面经热碱处理及CDI活化被成功绑定上了 RGDS;RGDS生物功能化后钛合金表面(ti-OH-CDI-RGDS)的细胞生长48h后的黏附与增殖情况较羟基化后(ti-OH)的好。

关键词： ti-6a1-4v合金 RGDS短肽生物功能化 MC3T3-E1 生物活性

质子交换膜燃料电池金属双极板表面制备纳米晶Zr基涂层

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质子交换膜燃料电池金属双极板表面制备纳米晶Zr基涂层

作者：钱阳南京航空航天大学

学位级别：硕士

燃料电池(Fuel Cells)作为一种高效和洁净的发电技术,它可以将活性物质的化学能通过电化学反应直接转化为电能,具有能量转化率高(40%0%)、环境友好、工作噪音低、几乎不排放氮和硫的氧化物,较低的二氧化碳排放量等优点,被誉为是继水力... 详细信息

燃料电池(Fuel Cells)作为一种高效和洁净的发电技术,它可以将活性物质的化学能通过电化学反应直接转化为电能,具有能量转化率高(40%0%)、环境友好、工作噪音低、几乎不排放氮和硫的氧化物,较低的二氧化碳排放量等优点,被誉为是继水力、火力和核能之后的第四代发电装置。作为第五代燃料电池的质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells,PEMFC)是以固态的高分子聚合物作为电解质,具有能量转化效率高、无噪声、零污染、无腐蚀、工作温度低、冷启动快、寿命长和比功率高等优点,具有极其广阔的应用前景,尤其适合做电动车、潜艇和各种可移动电源,己成为世界各国的研究热点之一。双极板是质子交换膜燃料电池的关键组件之一。通常双极板可分为石墨板和金属板两种类型。金属材料比石墨材料具有更好的导热、导电性以及良好的机械强度与机加工性能等优点,被认为是质子交换膜燃料电池双极板的必然选择。但金属双极板在质子交换膜燃料电池氢电极侧的高温及酸性环境下易发生腐蚀溶解,致使电极电催化剂活性降低以及污染质子交换膜,导致膜电阻增加;而在氧电极侧,表层钝化膜会导致与气体扩散层之间的界面接触电阻增大,增强了欧姆极化作用,降低燃料电池输出功率。本文采用双阴极等离子溅射沉积技术分别在ti-6a1-4v合金和316不锈钢双极板表面制备了纳米晶Zr和Zr C涂层。所制备涂层由外层沉积层和成分呈梯度分布的内层扩散层构成,其微观组织连续、致密,且与基体结合良好。通过动电位极化、恒电位极化、开路电位(OCP)和电化学阻抗谱(EIS)等电化学测试技术分别评估了纳米晶Zr基涂层、ti-6a1-4v合金和316不锈钢在模拟PEMFC环境中的耐腐蚀性能以及温度的变化(25℃、40℃、55℃、70℃)对模拟PEMFC环境下纳米晶Zr基涂层、ti-6a1-4v合金和316不锈钢耐腐蚀性能的影响。电化学测试结果表明:在模拟PEMFC环境中,纳米晶Zr基涂层的腐蚀电位、容抗弧半径、相位角最大值及其频率宽度均明显大于ti-6a1-4v合金和316不锈钢。在+0.6 v的阴极工作电极电位下,纳米晶Zr基涂层均处于钝化区内,316不锈钢位于过钝化区,且纳米晶Zr基涂层的钝化电流密度较ti-6a1-4v合金降低约4个数量级;而在-0.1 v的阳极工作电极电位下,纳米晶Zr基涂层均呈现出阴极保护特性。温度越高,双极板材料的耐腐蚀性能越差,且纳米晶Zr C涂层的温度腐蚀敏感性ti-6a1-4v合金和316不锈钢。此外,纳米晶Zr基涂层还同时改善了ti-6a1-4v合金和316不锈钢的导电性以及憎水性能。

关键词：质子交换膜燃料电池双极板纳米晶Zr、Zr C涂层 ti-6a1-4v合金 316不锈钢耐腐蚀性能疏水性能界面接触电阻

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发动机风扇用钛合金的异物损伤疲劳强度

稀有金属快报 2004年第7期23卷 39-40页

作者：阎蕴琪

由于既要提高运行效率又要改善散热性,因此,在设计气体涡轮发动机时,选用材料应遵循具有高的使用温度,又能减轻部件质量的原则.由于ti-6Al-4v合金抗蠕变温度仅至350℃,所以只适合作为低压压气机转子和静子叶片用.

关键词：气体涡轮发动机钛合金风扇疲劳强度 ti-6a1-4v合金