Možnosti přípravy slitin Ni-Ti a Ni-Ti-(X) metodami práškové metalurgie

Abstract

V teoretické části práce jsou shrnuty základní charakteristiky slitin ze systému Ni-Ti-(X), vliv legujících prvků na jejich vlastnosti a strukturu a jejich aplikace v různých průmyslových odvětvích. Rovněž jsou zde uvedeny metody jejich výroby technologiemi práškové metalurgie a účel tepelného zpracování. Experimentální část práce byla zaměřena na přípravu práškových slitin NiTi a NiTiCu mechanickým legování použitím čistých práškových kovů Ni a Ti, příp. Cu a vyhodnocení vlivu podmínek legování na tvar, morfologii, velikost a složení částic pomocí SEM/EDX, XRPD, metody laserové difrakce a BET analýzy. Práškové slitiny byly dále izostaticky lisovány různými tlaky s cílem stanovit vliv použitého tlaku na dosaženou hustotu vzorků po slinování, resp. TZ a výslednou pórovitost. Výlisky byly slinovány jednak v ochranné atmosféře Ar o čistotě 6N a jednak ve vakuu při teplotě 1050 °C po dobu 3 hodin. Z důvodu vzniku nežádoucích fází ve struktuře slitin byly vzorky následně tepelně zpracovány ve vakuu při teplotě 900 °C po dobu 24 hodin s navazujícím kalením do vody. Slinuté a tepelně zpracované vzorky slitin NiTi a NiTiCu byly podrobeny studiu strukturní a fázové analýze pomocí LOM a SEM/EDX a vyhodnocena plošná a celková pórovitost. Bylo zjištěno, že slitiny Ni-Ti vykazují nižší pórovitost než slitiny Ni-Ti-Cu. Vzorky slinované ve vakuu vykazovaly vyšší pórovitost než vzorky slinované v argonu. Tepelné zpracování ovlivnilo výslednou pórovitost slitin. Během slinování vznikalo několik fází: NiTi(Cu), TiNi3(Cu), Ti2Ni(Cu) a Ni2Ti(Cu). Také se zde vyskytovaly částice titanu. Během tepelného zpracování se částečně rozpustila fáze TiNi3(Cu).

The main characteristics alloys from Ni-Ti-(X) system, influence of alloying elements on their structure and properties, and their industrial applications are summarized in the theoretical part. The methods of their preparation using powder metallurgy techniques and the purpose of heat treatment are also described. Experimental part of the thesis was focused on the preparation of powder alloys based on NiTi and NiTiCu by mechanical alloying of pure Ni, Ti and Cu powders and on the influence of alloying conditions on the shape, morphology, size and composition of particles using SEM/EDX, laser diffraction and BET analysis. Powder alloys were then cold isostatically pressed using different pressures with the aim to determine the effect of used pressure on the achieved sintered density of samples and final porosity. Green compacts were sintered under the protective atmosphere of argon with purity 6N and also in vacuum at 1050 °C for 3 hours. Due to the presence of undesirable phases in the structure, sintered samples were subsequently heat treated at 900 °C for 24 hours followed by a quenching in cold water. Sintered and heat treated samples of NiTi and NiTiCu alloys were submitted to the structural and phase analysis by means of LOM and SEM/EDX and the total and area porosity were determined. It was found that Ni-Ti alloys have a lower porosity than Ni-Ti-Cu alloys. Samples sintered in vacuum exhibited higher porosity than the samples sintered in argon. Heat treatment influenced the final porosity of alloys. During the sintering was created several phases: NiTi (Cu) TiNi3 (Cu), Ti2Ni (Cu) and Ni2Ti (Cu). There is also occurring particles of titanium. Phase TiNi3(Cu) was partially dissolved, during the heat treatment.