Зависимость характеристик пористого титана, изготовленного из порошка TiH2, от условий спекания и содержания порообразователя в исходной смеси

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изготовлен пористый титан с высокой пористостью (более 59%) методом порошковой металлургии с использованием порообразователя – бикарбоната аммония (NH4HCO3). Изучено влияние доли порообразователя (0, 10, 20, 30 и 60%) в смеси, температуры и среды спекания на пористость и прочность пористого титана. Отмечается, что пористость образцов возрастает с увеличением доли порообразователя. Кроме того, значение пористости для образцов, спеченных в вакууме и в аргоне, различно. Прочность пористых образцов снижается с увеличением доли порообразователя и зависит от среды и температуры спекания. Установлено, что прочность образцов, спеченных в вакууме, как правило, выше и может достигать 1449 МПа. Температура спекания не сильно влияет на характеристики прочности пористых образцов при сжатии.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Б. Анкудинов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Russian Federation, Москва

В. А. Зеленский

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Russian Federation, Москва

Н. П. Черезов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: cherezovnikita@gmail.com
Russian Federation, Черноголовка

В. С. Ерасов

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов

Email: cherezovnikita@gmail.com
Russian Federation, Москва

В. С. Шустов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Russian Federation, Москва

И. В. Сайков

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Russian Federation, Черноголовка

М. И. Алымов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук; Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: cherezovnikita@gmail.com
Russian Federation, Москва; Черноголовка

References

  1. Черезов Н.П., Алымов М.И. Структура и свойства порошка гидрида титана, полученного из титановой губки методом СВС-гидрирования // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2022. Т. 16. № 4. С. 15–24. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-4-15-24
  2. Froes F.H. Titanium Powder Metallurgy: A Review. Part 1 // Adv. Mater. Res. 2012. V. 9. P. 16–22.
  3. Khalloufi M. El, Drevelle O., Soucy G. Titanium: An Overview of Resources and Production Methods // Minerals. 2021. V. 11. Р. 1425. https://doi.org/10.3390/min11121425
  4. Wang J., Liu A., Ao Q., Wu C., Ma J., Cao P. Energy Absorption Characteristics and Preparation of Porous Titanium with High Porosity // Mater. Today Commun. 2023. V. 34. Р. 105003. https://doi.org/10.1016Xj.mtcomm.2022.105003
  5. Кутепов А. Л. Наноструктурированные титановые мембраны в водоподготовке и водоочистке // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2018. Т. 6. № 126. С. 40–43.
  6. Алымов М.И., Евстратов Е.В., Анкудинов А.Б., Зеленский В.А., Голосова О.А., Колобова А.Ю. Получение, структура и свойства пористых материалов на основе титана // Физика и химия обработки материалов. 2015. № 6. C. 70–75.
  7. Friederici V., Hartwig T. Metal Injection Moulding of Titanium Medical Components // Key Eng. Mater. 2016. V. 704. P. 155–160. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.704.155
  8. Zeng Sh., Liu G., He W., Wang J., Ye J., Sun C. Design and Performance Prediction of Selective Laser Melted Porous Structure for Femoral Stem // Mater. Today Commun. 2023. V. 34. Р 104987. https://doi.org/10.10167j.mtcomm.2022.104987
  9. Castillo S.M., Munoz S., Trueba P., Diaz E., Torres Y. Influence of the Compaction Pressure and Sintering Temperature on the Mechanical Properties of Porous Titanium for Biomedical Applications // Metals. 2019. V. 9. Р. 1249. https://doi.org/10.3390/met9121249
  10. Annur D., Kartika I., Sudiro T., Supriadi S., Suharno B. Microstructure, Mechanical Properties, and In Vitro Studies of Porous Titanium Obtained by Spark Plasma Sintering // Trans. Indian Inst. Met. 2022. V. 75. № 12. P. 3067–3076. https://doi.org/10.1007/s12666-022-02680-9
  11. Кореновский Н.Л., Петров В.С., Полунина А.А., Гайдар А.И., Столяров В.Л., Васильевский В.В., Монахов И.С., Клюева Н.Е. Композитный материал на основе пористого титана для селективного поглощения водорода из газовых смесей // Изв. вузов. Электроника. 2013. № 2. С. 9–16.
  12. Yu C., Cao P., Jones M.I. Titanium Powder Sintering in a Graphite Furnace and Mechanical Properties of Sintered Parts // Metals. 2017. V. 7. № 67. https://doi.org/10.3390/met7020067
  13. Белявин К.Е., Минько Д.В., Решетников Н.В., Дьячкова Л.Н. Сравнительные исследования микроструктуры и прочности пористых материалов из порошка титана, полученных спеканием в вакууме и методом электроконтактного нагрева в защитной атмосфере // Литье и металлургия. 2010. Т. 4. № 58. C. 122–127.
  14. Oak J.-J., Bang J.I., Bae K.-C., Kim Y.H., Lee Y.-C., Chun H.H., Park Y.H. Characterization of the Graded Microstructure in Powder Sintered Porous Titanium // Arch. Metall. Mater. 2015. V. 60. № 2. P. 1265–1269. https://doi.org/10.1515/biolog-2015-0111
  15. Chen W., Yamamoto Y., Peter W.H. Investigation of Pressing and Sintering Processes of CP-Ti Powder Made by Armstrong Process // Key Eng. Mater. 2010. V. 436. P. 123-130. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.436.123
  16. Suzuki A., Kikuchi K., Nakano K., Kitagawa H. Low-Temperature Densification of Titanium Powder by Pulse-Current Sintering under Cyclic Uniaxial Pressure // J. Jpn. Soc. Powder Metall. 2020. V. 67. P. 525–528. https://doi.org/10.2497/jjspm.67.525
  17. Luo S.D., Liu B., Tian J., Qian M. Sintering of Titanium in Argon and Vacuum: Pore Evolution and Mechanical Properties // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2020. V. 90. Р. 105226. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105226
  18. Robertson M., Schaffer G.B. Refinement of Master Densification Curves for Sintering of Titanium // Metall. Mater. Trans. A. 2020. V. 41. P. 2010–2949. https://doi.org/10.1007/s11661-010-0290-7
  19. Kaseb I., Moazami-Goudarzi M., Abbasi A. R. Effect of Particle Size on the Compressibility and Sintering of Titanium Powders // Iranian J. Mater. Forming. 2019. V.6 № 2. P. 42–51.
  20. Sanchez-Herencia A.J., Gonzalez Z., Rodriguez A., Molero E., Ferrari B. Operational Variables on the Processing of Porous Titanium Bodies by Gelation of Slurries with an Expansive Porogen // Materials. 2021. V. 14. Р. 4744. https://doi.org/10.3390/ma14164744
  21. Erk K.A., Dunand D.C., Shull K.R. Titanium with Controllable Pore Fractions by Thermoreversible Gelcasting of TiH2 // Acta Mater. 2008. V. 56. P. 5147–5157. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.06.035
  22. Ahmad S., Muhamad N., Muchtar A., Sahari J., Jamaludin K.R., Ibrahim M.H.I., Mohamad N.H., Murtadhahadi I. Producing of Titanium Foam Using Titanium Alloy (Al3Ti) by Slurry Method // Brunei Int. Conf. of Eng. and Technol. (BICET). 2008.
  23. Jung J.H., Park H.K., Lee B.S., Choi J., Seo B., Kim H.K., Kim G.H., Kim H.G. Study on Surface Shape Control of Pure Ti Fabricated by Electron Beam Melting Using Electrolytic Polishing // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 324. P. 106–110. https://doi.org/ 10.1016/j.surfcoat.2017.05.061
  24. Ataee A., Li Y.C., Fraser D., Song G.S., Wen C.E. Anisotropic Ti-6Al-4V Gyroid Scaffolds Manufactured by Electron Beam Melting (EBM) for Bone Implant Applications // Mater. Des. 2018. V. 137. P. 345–354. https://doi.org/10.1016/j. matdes.2017.10.040
  25. Takata N., Uematsu K., Kobashi M. Compressive Properties of Porous Ti-Al Alloys Fabricated by Reaction Synthesis Using a Space Holder Powder // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 697. P. 66–70. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.05.015
  26. Lei X.J., Xu B.Q., Yang G.B., Shi T.T., Liu D.C., Yang B. Direct Calciothermic Reduction of Porous Calcium Titanate to Porous Titanium // Mater. Sci. Eng. C. 2018. V. 91. P. 125–134. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.05.027
  27. Материалообразующие высокоэкзотермические процессы: металлотермия и горение систем термитного типа / Под ред. Алымова М.И. М.: РАН, 2021. 376 с. ISBN 978-5-907366-46-6
  28. Zhao G.Y., Zhang L., Niu Y.N., Sun K.N. A Molten Mg Corrosion Method for Preparing Porous Ti Foam as Self-Supported Li-O2 Battery Cathodes // Electrochim. Acta. 2017. V. 224 P. 64–70. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.12.033
  29. Jiao X.Y., Feng P.Z., Wang J.Z., Ren X.R., Akhtar F. Exothermic Behavior and Thermodynamic Analysis for the Formation of Porous TiAl3 Intermetallics Sintering with Different Heating Rates // J. Alloys Compd. 2019. V. 811. P. 152056. https://doi.org/ 10.1016/j.jallcom.2019.152056.
  30. Dekhtyar A. I., Ivasishin O. M., Moiseeva I. V., Prokudina V. K., Savvakin D. G., Sychev A. E. The Mechanical Properties of Compact Titanium Produced from Titanium Hydride Powders Using Self-Propagating High-Temperature Synthesis // Powder Metall. Met. Ceram. 2015. V. 53. № 9-10. P. 71–81. https://link.springer.com/article/10.1007/s111 06-015-9649-z
  31. Баглюк М.А., Ивасишин О.М., Стасюк О. О., Саввакин Д. Г. Влияние компонентного состава шихты на структуру и свойства спеченных титана матричных композитов с высокомодульными соединениями // Спеченные металлы и сплавы. 2017. № 1/2. С. 59–68.
  32. Wang X.S., Lu Z.L., Jia L., Chen J.X. Preparation of Porous Titanium Materials by Powder Sintering Process and Use of Space Holder Technique // J. Iron Steel Res. Int. 2017. V. 24. P. 97–102. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(17)30014-6
  33. Xiao J., Qiu G.B. Research Review of Space Holders of Sintered Titanium Foams with Large Pores and High Porosity // Mater. China. 2018. V. 37. P. 372–378. https://doi.org/
  34. Черезов Н. П., Алымов М. И., Закоржевский В. В. Исследование порошка титана, полученного методом СВС-гидрирования и дегидрирования в вакуумной печи // Перспективные материалы. 2022. № 3. С. 70–77. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2022-3-70-77

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM image of titanium hydride particles

Download (240KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Density dependences of pressings (1) and samples (2) after annealing at 800 °C on the content of powder formers in the charge

Download (57KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of porosity of the samples on the content of the porogeniser

Download (77KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of relative density (a), total (b), open (c), closed (d) porosity of vacuum sintered specimens on the content of powder formers in the charge

Download (286KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependences of relative density (a), total (b), open (c), closed (d) porosity of the samples sintered in argon on the content of the pore-forming agent in the charge

Download (275KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Compression diagrams of samples sintered in argon at 1200 °C with different densities

Download (84KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of plasticity on total porosity of samples sintered in argon at 1200 °C

Download (52KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependences of compressive strength on total porosity: a - sintering in vacuum; b - sintering in argon

Download (136KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».