北科大路新教授团队《Acta Materialia》：解决粉末冶金钛制件高氧脆化难题

News

钛及钛合金粉末冶金制备技术在新型合金成分设计、组织均匀调控、近终形制备及产品稳定性等方面具有显著优势。然而，高活性钛粉极易受间隙氧元素污染，导致其粉末冶金制件力学性能严重恶化。钛合金（如Ti-6Al-4V）一般对氧的临界容忍含量为 0.33 wt.%，一旦超出其塑性大幅下滑。因此，如何解决高氧钛粉的氧脆化问题是实现其在高性能粉末冶金钛制件应用的关键。

近日，北京中科宏钛新材料科技有限公司、北京科技大学路新教授团队提出了钙系化合物原位固氧提升高氧钛制件强塑性的新方法，相关工作在金属材料顶刊《Acta Materialia》上发表了题为“Achieving synergy of strength and ductility in powder metallurgy commercially pure titanium by a unique oxygen scavenger”研究论文。

该工作首先揭示了高氧钛粉中氧杂质元素的存在形式，一部分氧以间隙固溶形式存在基体中，另一部分氧以连续氧化膜形式存在粉末表面，TEM和XPS结果证实粉末表面存在一层由TiO2、Ti2O3和TiO组成的连续氧化膜，厚度约为 9.3 nm，且该氧化膜在700-800 ℃开始向钛基体中大量溶解。为了避免间隙氧固溶对钛制件力学性能的恶化，提出在粉末表面氧化膜溶解前实现吸附固氧，探明了氧吸附剂CaC2与钛粉表层氧化膜的反应相变机制。氧吸附剂CaC2与氧化膜的反应温度为 617-676 ℃，抑制间隙氧固溶的同时在钛基体中原位生成纳米CaTiO3和微米TiC颗粒，有效细化了组织晶粒。氧吸附剂对钛基体的“固氧净化”作用大幅提升其室温塑性，同时衍生的多级多尺度陶瓷相颗粒产生的细晶强化、Orowan强化、承载强化等有效提升了钛制件的力学强度。因此添加了0.4 wt.%CaC2的钛制件在4000ppm高氧含量条件下，其室温延伸率仍高达29.3%，抗拉强度也达到 621 MPa，远优于ASTM-B381锻造钛合金标准中同等氧含量的钛制件力学性能指标（15%和550 MPa）。本研究揭秘了高氧条件下高强塑粉末冶金钛制件的性能改善机制，对于推进钛合金领域低成本化应用进程具有重要意义。

声      明：文章内容来源于中科宏钛。仅作分享，不代表本号立场，如有侵权，请联系小编删除，谢谢！

关注官微

加入群聊