Зависимость характеристик пористого титана, изготовленного из порошка TiH2, от условий спекания и содержания порообразователя в исходной смеси

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изготовлен пористый титан с высокой пористостью (более 59%) методом порошковой металлургии с использованием порообразователя – бикарбоната аммония (NH4HCO3). Изучено влияние доли порообразователя (0, 10, 20, 30 и 60%) в смеси, температуры и среды спекания на пористость и прочность пористого титана. Отмечается, что пористость образцов возрастает с увеличением доли порообразователя. Кроме того, значение пористости для образцов, спеченных в вакууме и в аргоне, различно. Прочность пористых образцов снижается с увеличением доли порообразователя и зависит от среды и температуры спекания. Установлено, что прочность образцов, спеченных в вакууме, как правило, выше и может достигать 1449 МПа. Температура спекания не сильно влияет на характеристики прочности пористых образцов при сжатии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Б. Анкудинов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Россия, Москва

В. А. Зеленский

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Россия, Москва

Н. П. Черезов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: cherezovnikita@gmail.com
Россия, Черноголовка

В. С. Ерасов

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов

Email: cherezovnikita@gmail.com
Россия, Москва

В. С. Шустов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Россия, Москва

И. В. Сайков

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Россия, Черноголовка

М. И. Алымов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук; Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Россия, Москва; Черноголовка

Список литературы

  1. Черезов Н.П., Алымов М.И. Структура и свойства порошка гидрида титана, полученного из титановой губки методом СВС-гидрирования // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2022. Т. 16. № 4. С. 15–24. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-4-15-24
  2. Froes F.H. Titanium Powder Metallurgy: A Review. Part 1 // Adv. Mater. Res. 2012. V. 9. P. 16–22.
  3. Khalloufi M. El, Drevelle O., Soucy G. Titanium: An Overview of Resources and Production Methods // Minerals. 2021. V. 11. Р. 1425. https://doi.org/10.3390/min11121425
  4. Wang J., Liu A., Ao Q., Wu C., Ma J., Cao P. Energy Absorption Characteristics and Preparation of Porous Titanium with High Porosity // Mater. Today Commun. 2023. V. 34. Р. 105003. https://doi.org/10.1016Xj.mtcomm.2022.105003
  5. Кутепов А. Л. Наноструктурированные титановые мембраны в водоподготовке и водоочистке // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2018. Т. 6. № 126. С. 40–43.
  6. Алымов М.И., Евстратов Е.В., Анкудинов А.Б., Зеленский В.А., Голосова О.А., Колобова А.Ю. Получение, структура и свойства пористых материалов на основе титана // Физика и химия обработки материалов. 2015. № 6. C. 70–75.
  7. Friederici V., Hartwig T. Metal Injection Moulding of Titanium Medical Components // Key Eng. Mater. 2016. V. 704. P. 155–160. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.704.155
  8. Zeng Sh., Liu G., He W., Wang J., Ye J., Sun C. Design and Performance Prediction of Selective Laser Melted Porous Structure for Femoral Stem // Mater. Today Commun. 2023. V. 34. Р 104987. https://doi.org/10.10167j.mtcomm.2022.104987
  9. Castillo S.M., Munoz S., Trueba P., Diaz E., Torres Y. Influence of the Compaction Pressure and Sintering Temperature on the Mechanical Properties of Porous Titanium for Biomedical Applications // Metals. 2019. V. 9. Р. 1249. https://doi.org/10.3390/met9121249
  10. Annur D., Kartika I., Sudiro T., Supriadi S., Suharno B. Microstructure, Mechanical Properties, and In Vitro Studies of Porous Titanium Obtained by Spark Plasma Sintering // Trans. Indian Inst. Met. 2022. V. 75. № 12. P. 3067–3076. https://doi.org/10.1007/s12666-022-02680-9
  11. Кореновский Н.Л., Петров В.С., Полунина А.А., Гайдар А.И., Столяров В.Л., Васильевский В.В., Монахов И.С., Клюева Н.Е. Композитный материал на основе пористого титана для селективного поглощения водорода из газовых смесей // Изв. вузов. Электроника. 2013. № 2. С. 9–16.
  12. Yu C., Cao P., Jones M.I. Titanium Powder Sintering in a Graphite Furnace and Mechanical Properties of Sintered Parts // Metals. 2017. V. 7. № 67. https://doi.org/10.3390/met7020067
  13. Белявин К.Е., Минько Д.В., Решетников Н.В., Дьячкова Л.Н. Сравнительные исследования микроструктуры и прочности пористых материалов из порошка титана, полученных спеканием в вакууме и методом электроконтактного нагрева в защитной атмосфере // Литье и металлургия. 2010. Т. 4. № 58. C. 122–127.
  14. Oak J.-J., Bang J.I., Bae K.-C., Kim Y.H., Lee Y.-C., Chun H.H., Park Y.H. Characterization of the Graded Microstructure in Powder Sintered Porous Titanium // Arch. Metall. Mater. 2015. V. 60. № 2. P. 1265–1269. https://doi.org/10.1515/biolog-2015-0111
  15. Chen W., Yamamoto Y., Peter W.H. Investigation of Pressing and Sintering Processes of CP-Ti Powder Made by Armstrong Process // Key Eng. Mater. 2010. V. 436. P. 123-130. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.436.123
  16. Suzuki A., Kikuchi K., Nakano K., Kitagawa H. Low-Temperature Densification of Titanium Powder by Pulse-Current Sintering under Cyclic Uniaxial Pressure // J. Jpn. Soc. Powder Metall. 2020. V. 67. P. 525–528. https://doi.org/10.2497/jjspm.67.525
  17. Luo S.D., Liu B., Tian J., Qian M. Sintering of Titanium in Argon and Vacuum: Pore Evolution and Mechanical Properties // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2020. V. 90. Р. 105226. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105226
  18. Robertson M., Schaffer G.B. Refinement of Master Densification Curves for Sintering of Titanium // Metall. Mater. Trans. A. 2020. V. 41. P. 2010–2949. https://doi.org/10.1007/s11661-010-0290-7
  19. Kaseb I., Moazami-Goudarzi M., Abbasi A. R. Effect of Particle Size on the Compressibility and Sintering of Titanium Powders // Iranian J. Mater. Forming. 2019. V.6 № 2. P. 42–51.
  20. Sanchez-Herencia A.J., Gonzalez Z., Rodriguez A., Molero E., Ferrari B. Operational Variables on the Processing of Porous Titanium Bodies by Gelation of Slurries with an Expansive Porogen // Materials. 2021. V. 14. Р. 4744. https://doi.org/10.3390/ma14164744
  21. Erk K.A., Dunand D.C., Shull K.R. Titanium with Controllable Pore Fractions by Thermoreversible Gelcasting of TiH2 // Acta Mater. 2008. V. 56. P. 5147–5157. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.06.035
  22. Ahmad S., Muhamad N., Muchtar A., Sahari J., Jamaludin K.R., Ibrahim M.H.I., Mohamad N.H., Murtadhahadi I. Producing of Titanium Foam Using Titanium Alloy (Al3Ti) by Slurry Method // Brunei Int. Conf. of Eng. and Technol. (BICET). 2008.
  23. Jung J.H., Park H.K., Lee B.S., Choi J., Seo B., Kim H.K., Kim G.H., Kim H.G. Study on Surface Shape Control of Pure Ti Fabricated by Electron Beam Melting Using Electrolytic Polishing // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 324. P. 106–110. https://doi.org/ 10.1016/j.surfcoat.2017.05.061
  24. Ataee A., Li Y.C., Fraser D., Song G.S., Wen C.E. Anisotropic Ti-6Al-4V Gyroid Scaffolds Manufactured by Electron Beam Melting (EBM) for Bone Implant Applications // Mater. Des. 2018. V. 137. P. 345–354. https://doi.org/10.1016/j. matdes.2017.10.040
  25. Takata N., Uematsu K., Kobashi M. Compressive Properties of Porous Ti-Al Alloys Fabricated by Reaction Synthesis Using a Space Holder Powder // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 697. P. 66–70. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.05.015
  26. Lei X.J., Xu B.Q., Yang G.B., Shi T.T., Liu D.C., Yang B. Direct Calciothermic Reduction of Porous Calcium Titanate to Porous Titanium // Mater. Sci. Eng. C. 2018. V. 91. P. 125–134. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.05.027
  27. Материалообразующие высокоэкзотермические процессы: металлотермия и горение систем термитного типа / Под ред. Алымова М.И. М.: РАН, 2021. 376 с. ISBN 978-5-907366-46-6
  28. Zhao G.Y., Zhang L., Niu Y.N., Sun K.N. A Molten Mg Corrosion Method for Preparing Porous Ti Foam as Self-Supported Li-O2 Battery Cathodes // Electrochim. Acta. 2017. V. 224 P. 64–70. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.12.033
  29. Jiao X.Y., Feng P.Z., Wang J.Z., Ren X.R., Akhtar F. Exothermic Behavior and Thermodynamic Analysis for the Formation of Porous TiAl3 Intermetallics Sintering with Different Heating Rates // J. Alloys Compd. 2019. V. 811. P. 152056. https://doi.org/ 10.1016/j.jallcom.2019.152056.
  30. Dekhtyar A. I., Ivasishin O. M., Moiseeva I. V., Prokudina V. K., Savvakin D. G., Sychev A. E. The Mechanical Properties of Compact Titanium Produced from Titanium Hydride Powders Using Self-Propagating High-Temperature Synthesis // Powder Metall. Met. Ceram. 2015. V. 53. № 9-10. P. 71–81. https://link.springer.com/article/10.1007/s111 06-015-9649-z
  31. Баглюк М.А., Ивасишин О.М., Стасюк О. О., Саввакин Д. Г. Влияние компонентного состава шихты на структуру и свойства спеченных титана матричных композитов с высокомодульными соединениями // Спеченные металлы и сплавы. 2017. № 1/2. С. 59–68.
  32. Wang X.S., Lu Z.L., Jia L., Chen J.X. Preparation of Porous Titanium Materials by Powder Sintering Process and Use of Space Holder Technique // J. Iron Steel Res. Int. 2017. V. 24. P. 97–102. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(17)30014-6
  33. Xiao J., Qiu G.B. Research Review of Space Holders of Sintered Titanium Foams with Large Pores and High Porosity // Mater. China. 2018. V. 37. P. 372–378. https://doi.org/
  34. Черезов Н. П., Алымов М. И., Закоржевский В. В. Исследование порошка титана, полученного методом СВС-гидрирования и дегидрирования в вакуумной печи // Перспективные материалы. 2022. № 3. С. 70–77. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2022-3-70-77

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. СЭМ-изображение частиц гидрида титана

Скачать (240KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости плотности прессовок (1) и образцов (2) после отжига при 800 °С от содержания порообразователя в шихте

Скачать (57KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости пористости образцов от содержания порообразователя

Скачать (77KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости относительной плотности (а), общей (б), открытой (в), закрытой (г) пористости образцов, спеченных в вакууме, от содержания порообразователя в шихте

Скачать (286KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости относительной плотности (а), общей (б), открытой (в), закрытой (г) пористости образцов, спеченных в аргоне, от содержания порообразователя в шихте

Скачать (275KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Диаграммы сжатия образцов, спеченных в аргоне при 1200 °C, с разной плотностью

Скачать (84KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость пластичности от общей пористости образцов, спеченных в аргоне при 1200 °С

Скачать (52KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости предела прочности на сжатие от общей пористости: а – спекание в вакууме; б – спекание в аргоне

Скачать (136KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024