多孔钛的压缩性能与能量吸收研究

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多孔钛除有金属多孔材料的固有特性外,还具有耐腐蚀性,高强度等特点。因此在过滤分离、能量吸收、高效换热等领域,具有广阔的应用前景。本文以TiH2粉末为原料,选用NaCl为造孔剂,同时以Ti-6A1-4V纤维为原料,通过“压制+真空烧结”工艺分别制备了钛粉末多孔材料和钛纤维多孔材料,利用光学显微镜、扫描电子显微镜观察了两种多孔钛的孔结构。研究了造孔剂添加量、压制压力对钛粉末多孔材料孔隙率的影响规律,同时研究了钛纤维尺寸、压制压力对钛纤维多孔材料孔隙率的影响规律。采用万能力学试验机测试了两种多孔钛的压缩性能,探讨了孔隙率、烧结温度对多孔钛压缩性能和能量吸收效果的影响规律,并对比分析了两种多孔钛材料的的能量吸收效果。研究结果表明:(1)钛粉末多孔材料的孔隙率随着造孔剂添加量的增加线性增加,提高压制压力,会略微降低钛粉末多孔材料的孔隙率。钛纤维多孔材料的孔隙率随压制压力的降低线性增加。随着纤维宽度的降低,孔隙率略微降低并且分布更均匀。钛粉末多孔材料为双峰孔结构,钛纤维多孔材料为单峰孔结构。(2)烧结温度可以改善钛粉末和钛纤维多孔材料烧结颈的发育情况。当烧结温度为900℃时,两种多孔钛都处于烧结初期;当烧结温度为1200℃时,烧结颈发育良好,两种多孔钛均处于烧结后期。(3)当钛粉末(57.5%)和钛纤维(58.5%)多孔材料孔隙率相近,烧结温度(1200℃)相同时,钛粉末多孔材料的压缩强度达到124.5MPa,吸收能量为61.3MJ/m3,吸收效率为63.6%。钛纤维多孔材料压缩强度仅为29.5MPa,吸收能量为13.9MJ/m3,吸收效率为66.9%。不同于钛纤维多孔材料的脆性变形,钛粉末多孔材料的变形方式为塑性变形。综上所述,在相同情况下,钛粉末多孔材料的压缩强度,能量吸收效果均优于钛纤维多孔材料。因此钛粉末多孔材料更适合在较高载荷,能量吸收等领域应用。
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