难熔金属的SPS烧结和连接研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qunimadebicaocao
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难熔金属钨(W)和钼合金(TZM)具有高熔点、高强度等优异性能,为了开发难熔金属制品,研究钨和钼合金的烧结和连接问题,本文以X射线阳极靶材应用为背景,研究钨和钼合金的SPS烧结致密化工艺、粉末和粉末、块体和粉末的烧结--连接工艺以及界面、组织结构和性能。合理设计了研究方案和技术路线,为难熔金属的SPS烧结和连接研究提供了理论与实验基础。在难熔金属的SPS烧结中,分别用W和TZM粉末为原料,以放电等离子烧结系统为核心设备,重点探索了烧结工艺(压力、温度、粉末粒径)对W和TZM单独烧结的影响。研究表明,当烧结压力小于40MPa时,烧结压力对纯W的致密化作用明显;而当烧结压力大于40MPa时,烧结压力对纯W的致密化作用不明显。在相同压力下烧结体的密度随温度提高而上升,40 MPa时原料W粉烧结体的相对密度从92.5%(1600℃)提升至95.6%(2000℃)。W粉球磨后粒径从11.17μm降至1.66μm,其烧结体相对密度在1600℃时就能达到97.1%以上,大大降低了烧结温度,硬度也略有上升。TZM熔点比W低,烧结温度在1600℃时相对密度已能达到96.7%。W粉+TZM粉SPS烧结--连接后,对制得的W-TZM接头进行强度检测。实验表明断裂主要发生在W侧,接头剪切强度随烧结温度提升而升高,从186.7MPa(1600℃)升至253.0MPa(1900℃);元素扩散深度W从5.0μm(1600℃)升至10.0μm(1900℃),Mo从16.0μm(1600℃)升至18.0μm(1900℃)。W块体+TZM粉的SPS烧结--连接中,降温速率对强度影响并不大,快速降温得到的接头强度略高于缓慢降温,最大剪切强度为159.7MPa(1600℃,40MPa,快速降温)。界面处元素的扩散深度明显降低,W最高为3.5μm,Mo最高仅为6.0μm。W粉+TZM块体的烧结--连接中,TZM表面粗糙度对结合强度有显著影响:TZM平整度越高,接头结合越好,最大剪切强度为164.7MPa(1900℃,40MPa)。元素扩散深度也随温度升高而提高。在纯W粉中掺入5%的Re后,WRe-TZM接头的强度进一步提升至201.4MPa;通过抗热震测试,WRe-TZM合金接头的剪切强度几乎不变。
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