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放電等離子體改性對球形鈦粉物理性能及致密化機理的影響
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今天依然是發(fā)不了圖的一天，這篇文章有很多經典的電鏡圖，大家需要原文的可以私信我230327，并發(fā)給我您的郵箱，看到會我會發(fā)給大家 一段話了解全文 在粉末燒結過程中，普遍認為閉孔空心粉末，衛(wèi)星粉末和過剩的自由能低這三個不利特征會影響致密化行為。但是，它們的具體影響以前從未確定過。在這項工作中，報告了通過放電等離子體改性有效消除了霧化球形鈦粉末的三個不利特征，并進一步闡明了它們對燒結過程中致密化行為的影響。結果表明，改性粉末的活化能比霧化粉末的活化能低兩倍。 材料制備 設備電源輸出高頻和高壓交流電(頻率≥13kHz，電壓≥22kV)。介質阻擋層和研磨槽之間的氣體將被分解，從而形成由電子，離子，自由基和其他反應性粒子組成的冷等離子體。由于1eV和15eV之間巨大的電子能量而導致電子溫度超過10000℃，但是離子和中性粒子的溫度卻接近室溫。這意味著混合物的表觀溫度仍然很低(大約30-90℃)。為了保證材料本身的形貌，在整個過程中罐體在不放入磨球。 圖1 等離子體球磨設備對霧化球形鈦粉末的處理 (a)設備的示意圖 (b)靜態(tài)粉末 (c)靜態(tài)冷等離子體(d)DPM處理球形鈦粉 粉末表征 圖2 (a b c)霧化粉末SEM (d e f)DPM處理粉末SEM (h)DPM處理前后粒徑分布 (i)粒徑分布變化示意圖 DPM有效地消除了影響物化顆粒致密度的三個物理性能缺陷，即數量比為1.5–9.6％或體積孔隙率為0.48％的閉孔空心粉末，人造衛(wèi)星粉末和低的剩余自由能。首先，產生極高電子溫度的冷等離子體轟擊粉末表面，產生局部高溫形成熱熔區(qū)域，閉孔空心粉的薄殼將被軟化，破碎和掉落，從而暴露出閉孔空心并形成開孔空心(圖2f)，閉孔空心消除率約為5％。其次，衛(wèi)星粉末已經脫落，球形粉末的表面變得非常光滑(圖2f)。第三，粉末顆粒的表面被等離子體撞擊并活化，從而在微區(qū)域內產生微小的熔滴(圖2g)，形成活化的新鮮表面，并在快速冷卻后產生大量殘余的熱應力。此外，對粒度的檢查表明，DPMed對應物的Dx值要小得多(x=10、50和90)。 圖3 (a)霧化和DPM球形鈦粉的XRD圖譜 (b)βcosθ4sinθ對應關系 為了驗證DPM引起的畸變能，根據XRD譜圖中的(101(-)0)，(0002)，(101(-)1)和(101(-)2)，峰位置不變時半峰寬增加，位錯密度增加。位錯密度的增加可以導致位錯管擴散的增強。因此，在相同的燒結條件(包括溫度和壓力)下，DPM粉末中較高的位錯密度將為更多的通道提供更高的傳質速率，可以降低燒結活化能。證實了DPM可提高霧化粉末的表面活化性，有助于改善粉末燒結過程中的傳質和致密收縮。 粉體燒結性能 圖4 霧化和DPM球形鈦粉末的相對密度和瞬時致密化率隨溫度或保溫時間的變化而變化 DPM粉末的生坯密度(0.637)略小于霧化樣品的生坯密度(0.645)，整個加熱階段中，DPM粉末的瞬時致密化速率(dρ/dT)明顯大于給霧化粉末的相應致密化速率。霧化粉末的起始致密化溫度(715 K)比DPMed粉末的起始致密化溫度(773K)高58K。這兩個方面證明DPM處理消除了影響物化顆粒致密度的三個物理性能缺陷。 結論 應用放電等離子體改性有效地消除了霧化球形鈦粉物理性能的三個不利特征。 冷等離子轟擊而導致的顆粒分解，活化的新鮮表面的形成以及閉孔空心粉末的碎裂會增加多余的自由能。 DPM粉末中較高的位錯密度提供了較高的傳質擴散速率。 首次證實了制備產生的三種物理性質不利特征，在粉末燒結中發(fā)揮了重要作用。 以上結論來自于 Z. Liu, C. Yang, et al. Influence of discharge plasma modification on physical properties and resultant densification mechanism of spherical titanium powder[J]. Powder Technology 389 (2021) 138–144 |
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