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高強度抗氫脆純鈦及其制備方法

808 編輯：中冶有色網(wǎng) 來源：中國科學院金屬研究所

2023-09-20 11:26:33

1.本發(fā)明涉及鈦及鈦合金的加工、力學性能和氫脆敏感性領(lǐng)域，具體為一種高強度抗氫脆純鈦及其制備方法，適用于在海洋環(huán)境以及人體植入環(huán)境等氫含量較高的苛刻環(huán)境中服役的純鈦結(jié)構(gòu)材料。背景技術(shù)： 2.鈦及鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、高比強度和較好的生物相容性等綜合性能，在航天、海洋、醫(yī)學領(lǐng)域具有廣泛應用。但是在實際的工程應用中往往存在兩類需要解決的問題，一是純鈦的強度不夠(400mpa左右)，難以滿足日漸提高的工程服役要求；二是鈦及鈦合金往往具有較強的氫脆敏感性，這是因為其屬于典型氫化物形成體系，在海洋或潮濕環(huán)境中服役時，氫通過電化學陰極反應析出，向鈦合金晶格中遷移，在α相內(nèi)部或α/β相界面處形成脆性的氫化物，受力時氫化物優(yōu)先開裂，造成鈦合金的氫脆。 3.從提高強度角度考慮，金屬材料的強化方式主要有四種：固溶強化、析出強化、細晶強化和形變強化。由于純鈦含有的合金元素種類和濃度極低，所以其強化方式主要為細晶強化和形變強化。純鈦是密排六方(hcp)結(jié)構(gòu)(c/a＝1.587)，其塑性變形的主要特點是除了位錯滑移以外還存在變形孿晶。位錯與孿晶之間的相互作用對于純鈦的力學性能產(chǎn)生重要影響，研究表明位錯在晶界的塞積和位錯的反應能夠促使變形孿晶的形核。應變速率和溫度是影響純鈦的塑性變形的決定性參數(shù)，由于位錯是一種熱激活過程，而變形孿晶對溫度不敏感，因此在低溫下，純鈦在塑性變形中會同時啟動大量變形孿晶和高密度位錯，孿晶的存在可以切割原始晶粒從而有效阻礙位錯的運動，另一方面可以調(diào)整原始晶粒由硬取向向軟取向轉(zhuǎn)變，這樣即提高了純鈦的強度又可以維持一定程度的塑性；另一方面，高應變速率下純鈦的塑性變形中產(chǎn)生的大量位錯在后續(xù)的退火過程中會演變?yōu)槲诲e胞、亞晶界或者小角度晶界，而變形孿晶對溫度不敏感，合適的退火制度不會導致退孿晶現(xiàn)象的發(fā)生。 4.從降低氫脆敏感性角度考慮，氫是一種有害但又難以完全避免的雜質(zhì)元素，氫來源于大氣或在含氫環(huán)境中服役時進入到材料內(nèi)部的氫和電化學陰極反映過程產(chǎn)生的氫，它會引起鈦的韌性的降低，嚴重時會導致氫脆。氫進入到金屬內(nèi)部的過程分為四個階段：1氣體分子向金屬表面擴散，2在金屬表面上分子的吸附、分解和化學吸著，3由化學吸著層向晶格中的原子轉(zhuǎn)移，4金屬晶格中原子的轉(zhuǎn)移。鈦在塑性變形過程形成的小角度晶界和孿晶界，屬于低能量界面，而鈦及鈦合金發(fā)生氫致開裂的根本原因在于大量脆性氫化物的形

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