单晶制备.docx
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1、Ti-2448 合金单晶制备摘要:承受型4椭球面反射镜红外聚焦浮区(FZT012023XVPS),利用光学浮区法(OFZ)成功生长出具有、 晶体学取向的Ti2448合金单晶体。结果说明:对Ti2448 合金,在无籽晶的状况下,通过晶粒的竞争生长,可以得到单晶:在具备籽晶状况下,当料棒转速为25 rrain、生长速率510 mmh,温度梯度为30ram时,可生长出具有籽晶取向的单晶,单晶体成分均匀,取向偏转小于20。关键词:Ti2448 合金:单晶制备;光学浮区法1 引言Ti24Nb-4Zr-8Sn(Ti2448)合金是一种型亚稳 型医用钛合金,具有很低的模量(50 GPa),不含有毒元素等优点
2、。争论觉察, 该合金具有很低的体模量和泊松比1,在弹性变形阶段具有很好的超弹性2,与其他合金由于应力诱发马氏体相变带来的超弹性不同, Ti-2448合金的超弹性是由于 相的晶格畸变引起的;塑性变形阶段发生局域化非均匀变形3。对于这种材料力学行为的争论正在逐步开放,由于单晶体消退了晶界作用,抑制了位错和缺陷,是争论材料力学行为的抱负材料。同时,争论说明,钛合金中不同的晶体学面性质不同4,材料的晶体学取向对于细胞的依附、生殖及活性都有影响5,6。因此,制备出Ti-2448金的单晶对于争论该医用钛合金有着重要意义。对 相Ti合金单晶的争论早在20世纪60年月就已经开放,主要是通过高温淬火或长时间退火
3、将 相保存至室温,Mo当量较高时可以得到纯1 / 9 相钛合金单晶,对于Mo当量较低的亚稳态 钛合金,由于 相易在单晶制备过程中形成而无法制备出纯 相钛合金单晶7,在医用纯钛的争论中报道过 相单晶体的制备8。在多元钛合金单晶制备过程中易发生成分偏析而导致晶体成分不均匀9以及难以掌握凝固参数,因此少有关于多元 钛合金单晶制备的报道。本试验承受型4椭球面反射镜红外聚焦浮区炉。(FZ-T-12023-X-VP-S),争论了型医用亚稳 钛合金Ti-2448单晶的制备,成功生长出具有、 晶体学取向的Ti-2448合金单晶体。2 试验方法Ti-24Nb-4Zr-8Sn(质量分数,下同)合金首先承受自耗炉3
4、次熔炼成直径为140 mm的铸锭,然后在850热锻成直径为25 mm的棒材,从中间抽取直径为8.6mm的试棒,外表抛光后用做单晶体制备。单晶生长承受的试验装置为FZ-T-12023-X-VP-S光学浮区单晶生 长炉,通过浮区熔炼法生长籽晶,籽晶置于35 mm长的试棒底座上, 母料为100mm长。试棒的熔化及凝固过程在0.8 MPa的氩气气氛中进展, 生长速率为5 mmh,试棒相对旋转速率为25r.min-1。将试验所得试样进展纵向抛切,打磨抛光后在5mL HF+5mL HN0 +90mL H 0混合溶液32中腐蚀,利用Axiovert 200金相显微镜进展金相组织观看。利用Burker Adv
5、anced XRay Solutions(D8 Discover)争论晶体取向。利用LEOSUPRA35扫描电子显微镜的能谱仪测定沿生长方向合金的化学成分。3试验原理及过程3.1 籽晶的制备图1是试验前Ti-2448合金料棒的X射线衍射结果。由图可见,合金试棒为多晶钛合金。试验承受的浮区熔炼法,是一种垂直的区熔法,通过氙灯聚焦加热,在生长的晶体和原料棒之间形成一个微小的熔区,该熔区由外表张力与重力的平衡来保持其稳定。由于加热不需坩埚,可以用来生长高熔点的干净晶体。Ti-2448料棒通过自生长, 即自成核制备单晶籽晶。图2是单晶自发成核过程的示意图。当料棒对接端面到达足够的温度(超过材料的熔点)
6、时,在端接面的一个狭窄的范围内形成一个熔区,里面含有很多晶粒,随着时间的推移,熔区体积不断扩大,晶粒密度也随之增加,在凝固过程中,具有择优取向的晶粒生长速率快,可淘汰非择优取向的晶粒,最终得到单个晶粒10。图2显示了这一过程各个时期的组织形貌,对单晶进展XRD定向后切割出、取向的籽晶。3.2 料棒与籽晶棒的对接在单晶生长的初始阶段,料棒(上)和籽晶(下)分开的距离大致为23 mm,安装样品的上杆和下杆以相反方向旋转,旋转速率为5rmin-1;当温度上升,料棒和籽晶相对的一端开头消灭熔化,外表熔化均匀后,料棒缓慢下移,直至接触到籽晶。最终,调整接触液面的直径与籽晶直径相近,这样就完成了料棒与籽晶
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