SUSTech phá vỡ "bảng ngắn" của hợp kim titan không chịu mài mòn

Dịch vụ gia công CNC Trung Quốc

SUSTech phá vỡ "bảng ngắn" của hợp kim titan không chịu mài mòn

2021-11-26

Mòn trượt là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của các chi tiết kim loại. Do đó, việc thiết kế và phát triển các vật liệu hợp kim mới có độ bền cao, siêu chịu mài mòn là điều cần thiết để đảm bảo độ tin cậy, độ bền và hiệu quả của các bộ phận kỹ thuật được sử dụng trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt. 

Gần đây, nhóm nghiên cứu của Trợ lý Giáo sư Ren Fuzeng thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ miền Nam đã đề xuất một chiến lược mới nhằm đạt được khả năng chống mài mòn cực cao bằng cách điều chỉnh cấu trúc giao diện hợp kim và thành phần hóa học.

SUSTech phá vỡ

Mòn trượt là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của các bộ phận kim loại. Ở nhiệt độ sử dụng thấp hơn, khả năng chống mài mòn của các bộ phận kim loại chủ yếu phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu và sự phát triển cấu trúc vi mô của bề mặt vật liệu trong quá trình ma sát; trong khi ở môi trường làm việc ở nhiệt độ cao, bề mặt của vật liệu không chỉ bị cắt do ứng suất tiếp xúc ma sát và ứng suất nén mà còn dễ bị mềm do nhiệt và oxy hóa ở nhiệt độ cao, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất mài mòn của vật liệu. Hiệu ứng nhiệt-lực phức tạp trong môi trường ma sát nhiệt độ cao đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với thiết kế ổn định nhiệt độ cao của cấu trúc hạt kim loại.

Việc sử dụng hợp kim titan đã có lịch sử vài thập kỷ kể từ khi nó được sản xuất công nghiệp vào cuối những năm 1950. Nó đã đạt được một loạt các đặc tính tuyệt vời như mật độ thấp, cường độ riêng cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng tương thích sinh học tốt. Phát triển nhanh chóng. Nó đã thể hiện sức sống mạnh mẽ trong một thời gian ngắn và trở thành vật liệu không thể thiếu trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, tàu thủy, thiết bị y tế, hóa dầu và năng lượng quân sự.

Tuy nhiên, một vấn đề không thể tránh khỏi mà các sản phẩm hợp kim titan gặp phải là hiệu suất ma sát và mài mòn kém. Khi cọ xát với alumina, tốc độ mài mòn của nó là 10-2-10-3 mm3/N·m, điều này hạn chế rất nhiều. Nó được sử dụng rộng rãi trong môi trường khắc nghiệt. Ví dụ, trong lĩnh vực y sinh, khả năng chống mài mòn thấp có thể khiến bộ phận cấy ghép bằng hợp kim titan bị lỏng và các hạt mài mòn xung quanh bộ phận giả có thể gây viêm, đây là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến thất bại của phẫu thuật thay thế bộ phận giả và phẫu thuật lại.

Với sự mở rộng liên tục của các ứng dụng hợp kim titan, ngày càng có nhiều vấn đề liên quan đến đặc tính ma sát và mài mòn của hợp kim titan. Do đó, việc cải thiện khả năng chống mài mòn của hợp kim titan là đặc biệt quan trọng đối với độ bền sử dụng của hợp kim titan.

Cải tiến: Cải thiện khả năng chống mài mòn của hợp kim bằng cách điều chỉnh cấu trúc giao diện và tính chất hóa học

Nhóm nghiên cứu của Ren Fuzeng đã đề xuất chiến lược cấu trúc hạt tinh thể nano, phân tách nguyên tử ranh giới hạt và đưa vào các pha kết tủa nano kết hợp mật độ cao để đạt được khả năng chống mài mòn cực cao của hợp kim ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.

Dựa trên một số lượng lớn sơ đồ pha hợp kim và tính toán nhiệt động, nhóm nghiên cứu đã chọn hợp kim TiMoNb có tỷ lệ nguyên tử bằng nhau làm hệ mô hình, đồng thời thiết kế thành phần và quy trình điều chế từ cơ chế tăng cường cổ điển. Các ý tưởng tăng cường chính bao gồm các khía cạnh sau: 1. Đó là tăng cường dung dịch rắn: ba nguyên tố Ti, Mo và Nb có khả năng hòa tan rắn lớn với nhau. Trong số đó, Mo-Nb là dung dịch rắn hoàn toàn và không có hợp chất liên kim loại nào được hình thành giữa ba nguyên tố, đảm bảo độ bền của dung dịch rắn. Thứ hai là giao diện mạch lạc: ba nguyên tố có bán kính nguyên tử rất gần nhau (rTi = 1.46Å, rMo = 1.36 Å, rNb = 1.43Å) và đều có cấu trúc lập phương tâm khối (bcc), giúp gắn kết sự hình thành giao diện; thứ ba là tăng cường lượng mưa: sơ đồ pha nhị phân của Ti-Mo và Ti-Nb cho thấy một lượng nhỏ Ti sẽ được kết tủa từ ma trận bcc ở nhiệt độ khoảng 850°C, mang lại khả năng tăng cường lượng mưa; thứ tư là Tăng cường hạt mịn: Thông qua hợp kim cơ học và thiêu kết nhanh tia lửa plasma (SPS), dự kiến ​​sẽ chuẩn bị ma trận tinh thể/tinh thể nano siêu mịn, và cuối cùng thu được hiệu quả tăng cường hạt mịn; Thứ năm, ba nguyên tố hợp kim Ti, Mo và Nb đều phổ biến trong Hệ thống hợp kim nhiệt độ cao truyền thống là điều kiện tiên quyết để hợp kim có thể sử dụng được trong môi trường nhiệt độ cao. Nhóm nghiên cứu đã điều chế thành công hợp kim TiMoNb số lượng lớn với mật độ lớn hơn 99% và độ cứng lên tới 650 HV bằng cách tối ưu hóa quá trình nghiền bi năng lượng cao và quy trình SPS.

Phân tích vi cấu trúc cho thấy hợp kim gồm 1 pha, trong đó pha ma trận B188 có kích thước hạt trung bình (d) là 2 nm và pha kết tủa giàu Ti giàu Ti phân tán (d = 79 nm; 7 thể tích), B1 và Hai giai đoạn của B2 là giao diện mạch lạc. Với sự hỗ trợ của công nghệ thăm dò nguyên tử ba chiều (3D APT), các nguyên tử Ti được phát hiện phân tách ở bề mặt phân cách B1/B2 với độ dày khoảng 3nm, điều này cho thấy đầy đủ cơ chế tăng cường được thiết kế khi bắt đầu thí nghiệm được phản ánh đầy đủ. trong hợp kim. Sử dụng bi alumina làm cặp ma sát (độ cứng-1500 HV), kết quả thử nghiệm khả năng chống mài mòn của hợp kim TiMoNb cho thấy ở nhiệt độ phòng, tốc độ mài mòn của hợp kim TiMoNb và alumina có cùng độ lớn, (10-4 (mm3) / N·m); Ở 600oC, tốc độ mài mòn của hợp kim TiMoNb thấp tới 3.15×10-6mm3/N·m, điều này cho thấy hợp kim có khả năng chống mài mòn siêu cao và vượt xa khả năng chống mài mòn của titan truyền thống Dựa trên đặc tính và phân tích chuyên sâu về thành phần và cấu trúc của bề mặt sẹo mòn và lớp dưới bề mặt, nhóm nghiên cứu đã tiết lộ thêm về nguồn gốc của các vết nứt mỏi và làm rõ cơ chế mài mòn của nó trong môi trường nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.

Ren Fuzeng giới thiệu rằng kết quả nghiên cứu cung cấp những ý tưởng mới cho việc thiết kế các hợp kim chịu mài mòn có độ bền cao mới được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt và sẽ giúp phát triển ứng dụng hợp kim đa nguyên tắc trong lĩnh vực chống mài mòn. , Hợp kim chịu mài mòn, ổn định nhiệt có một ý nghĩa nhất định và khám phá các hướng nghiên cứu tiềm năng để mở rộng ứng dụng kỹ thuật pha giao thoa trong lĩnh vực hợp kim entropy cao đa nguyên tố. Hợp kim TiMoNb được phát triển trong nghiên cứu này có thể được sử dụng trong các vật liệu chịu mài mòn ở nhiệt độ cao. Độ bền cao, khả năng tương thích sinh học tốt và khả năng chống ăn mòn khiến nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nha khoa, chỉnh hình và các vật liệu cấy ghép y tế khác. .

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Dự án bố trí kỷ luật nghiên cứu cơ bản Thâm Quyến, Nhóm khởi nghiệp và đổi mới Quảng Đông và các dự án khác, cũng như sự hỗ trợ kỹ thuật của nền tảng hình ảnh (Trung tâm Pimi) của Trung tâm phân tích và thử nghiệm của Đại học Khoa học và Công nghệ miền Nam.

Liên kết đến bài viết này : SUSTech phá vỡ "bảng ngắn" của hợp kim titan không chịu mài mòn

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com


cửa hàng gia công cncPTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100.
Xưởng gia công chuyên gia công các dịch vụ phục vụ ngành xây dựng và giao thông vận tải. Khả năng bao gồm cắt plasma và oxy-nhiên liệu, Gia công phù hợp, MIG và Đồ gá hàn phay chính xác Cnc nhôm tùy chỉnh, cuộn, lắp ráp, Máy cnc inox gia công tiện thân cây, cắt, và Dịch vụ gia công CNC Thụy Sĩ. Vật liệu được xử lý bao gồm carbon và Bộ phận tấm che gia công bằng thép không gỉ thụ động.
Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( sales@pintejin.com ).


Trả lời trong vòng 24 giờ

Hotline: + 86-769-88033280 Email: sales@pintejin.com

Vui lòng đặt (các) tệp để chuyển trong cùng một thư mục và ZIP hoặc RAR trước khi đính kèm. Các tệp đính kèm lớn hơn có thể mất vài phút để chuyển tùy thuộc vào tốc độ internet cục bộ của bạn :) Đối với các tệp đính kèm trên 20MB, hãy nhấp vào  WeTransfer và gửi đến sales@pintejin.com.

Khi tất cả các trường được điền, bạn sẽ có thể gửi tin nhắn / tệp của mình :)