Особенности морфологии и прессуемости порошков Ni, Ti и их композиций

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ И ПРЕССУЕМОСТИ ПОРОШКОВ Ni, Ti И ИХ КОМПОЗИЦИЙ

металлургия порошковый спекание вакуумный

Н.К. Касмамытов - канд. физ.-мат. наук

In this article interparticular contact formation

has been researched in composition Ti-Ni by using microscopic analysis.

Научные исследования в области структуры и свойств материалов с эффектом памяти формы, полученные традиционным способом из расплава никеля и титана, известны достаточно хорошо и описаны в ряде монографий (например, [1, 2]). Наряду с этим в научной литературе нет данных о материалах с эффектом памяти формы, полученных методом порошковой металлургии, в частности, прессования и вакуумного спекания. Повышенный интерес к получению порошковых композиций обусловлен, во-первых, тем, что с помощью порошковых технологий можно получать материалы как с заданными, так и со специальными физико-механическими свойствами, во-вторых, технологии порошковой металлургии имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями, а именно: экономических, ресурсосберегающих, экологических и др. [3].

В настоящей статье представлялo интерес исследовать особенности формирования структуры и свойств композиций Ti-Ni после прессования при различных степенях давления.

Объектом исследования были порошки Ni и Ti, полученные методом распыления из расплава в инертной среде. В табл. 1 приведен фракционный состав и насыпная плотность порошков. Опытные порошки титана и никеля смешивали в различных пропорциях (табл. 2).

Таблица 1. Фракционный состав и насыпная плотность исследуемых порошков Ni и Ti

Таблица 2. Состав композиций порошков Ni и Ti, ат. %

Исследуемые порошки перемешивали в "пьяной" бочке в течение двух суток. Полученные композиции Ni-Ti подвергали холодному формованию в пресс-форме с различными степенями давления прессования. Спрессованные брикеты извлекали из пресс-формы сразу без выдержки при достижении выбранного давления 100·105 Па, 150·105 Па, 180·105 Па, 200·105 Па. Спрессованные образцы композиций Ti-Ni имели форму таблеток с диаметром 10 мм.

Представляло интерес исследовать процесс формирования межчастичных контактов в композиции Ti-Ni методом микроскопического анализа, а также гранулометрический состав и морфологию порошков Ni и Ti.

Микроскопические исследования на РЭМ BS-300 показали, что порошки Ni имеют округлую форму, близкую к сферической (см. рис. 1 а, б), что соответствует предыстории их получения методом распыления из расплава в инертной среде. Установлено, что в более мелких частицах Ni наблюдаются в небольших количествах вытянутые частицы в форме овала. Помимо этого в порошке Ni имеется незначительная часть частиц неправильной формы. Исследуемый порошок Ni является полидисперсным, размеры которого лежат в диапазоне от ~20 до ~100 мкм.

На рис.1 в, г приведены микрофотографии порошка титана. Микроскопический анализ порошков Ti показал, что они имеют аналогичную форму, как и у порошков Ni, - округлую.

Следует отметить, что порошки Ti и Ni склонны к незначительной конгломерации, если размеры их, как правило, меньше 30 мкм.

На рис. 2 приведена гистограмма процентного содержания фракции порошков Ni (1) и Ti (2) в зависимости от размера частиц. Из гистограммы видно, что размеры частиц Ni с диаметрами 50 мкм составляют подавляющее большинство и соответствуют примерно 70% по объему.

Рис. 1. Микрофотографии порошков никеля (а, б, х50) и титана (в, г, х500).

Рис. 2. Гистограмма процентного содержанияпорошков никеля (1) и титана (2) в зависимости от размера частиц.

Исследования поверхности частиц Ni и Ti в зависимости от их размера показали, что порошки обладают шероховатостью, причем с уменьшением размеров частиц Ni и Ti эта шероховатость становится менее выраженной.

Таблица 3. Средняя плотность (?) спрессованных композиций порошковых Ni и Ti, г/см3

Исследованием прессования порошковых композиций Ti-Ni установлено, что они хорошо формуются при давлениях прессования 100ч200·105 Па. При давлениях прессования ниже 100·105 Па спрессованные композиции Ti-Ni при извлечении рассыпаются, а при давлениях прессования выше 200·105 Па растрескиваются и расслаиваются поперек направления прилагаемого давления. По этой причине они становятся непригодными для дальнейших операций, в частности, вакуумного спекания. Наиболее оптимальная прессовка композиции Ti-Ni получалась при давлении прессования 150·105 Па. При данном давлении прессования спрессованный брикет Ti-Ni имеет оптически гладкую боковую поверхность серебристо-металлического цвета. Оценка плотности спрессованных брикетов Ti50Ni50 приведена в табл.3.

С увеличением степени давления прессования плотность прессовок возрастает. Анализ фрактограмм показал, что при давлении прессования 150·105 Па и выше уплотнение брикета композиции Ti-Ni протекает с пластическим деформированием частиц порошка Ni и частичным деформированием порошинок Ti в местах межчастичных контактов. В результате прессования в брикете между частицами образуются межчастичные контакты типа Ti-Ti, Ni-Ti, Ni-Ni. Важно отметить, что подавляющая часть межчастичных контактов образуется между порошинками Ti и Ni. При давлениях прессования 150·105 Па образуются межчастичные контакты не только в результате механических сцеплений, но и деформационных сдвигов с межчастичной адгезией или так называемой "холодной" приваркой. Механическое сцепление порошков Ni и Ti обусловлено зацеплением друг о друга шероховатостями и неровностями поверхности частиц, усиливающимися при деформации. Образование межчастичных контактов в виде "холодной" приварки обусловлено притяжением частиц друг к другу за счет электростатических сил Ван-дер-Ваальса.

Таким образом, исследования спрессованных композиций Ti-Ni показали, что площадь межчастичных контактов существенно увеличивается при давлениях (150ч200) ·105 Па, когда наблюдаются сдвиговые деформации и прилипание в виде холодной приварки частиц.

Литература

1. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана. Структура и свойства / Под ред. акад. В.Д. Садовского. Сибир отдел. ИТЦ СО АН. - М.: Наука, 1992. -302 с.

2. Абдрахманов С.А. Деформация материалов с памятью формы при термосиловом воздействии. - Бишкек: Илим, 1991. - 256 с.

3. Андриевский Р.А. Порошковое материаловедение. - М.: Металлургия, 1991. - 291 с.

Размещено на Allbest.ru