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木虫 (著名写手)

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[交流] 放电等离子体改性对球形钛粉物理性能及致密化机理的影响

今天依然是发不了图的一天，这篇文章有很多经典的电镜图，大家需要原文的可以私信我230327，并发给我您的邮箱，看到会我会发给大家

一段话了解全文

在粉末烧结过程中，普遍认为闭孔空心粉末，卫星粉末和过剩的自由能低这三个不利特征会影响致密化行为。但是，它们的具体影响以前从未确定过。在这项工作中，报告了通过放电等离子体改性有效消除了雾化球形钛粉末的三个不利特征，并进一步阐明了它们对烧结过程中致密化行为的影响。结果表明，改性粉末的活化能比雾化粉末的活化能低两倍。

材料制备

设备电源输出高频和高压交流电(频率≥13kHz，电压≥22kV)。介质阻挡层和研磨槽之间的气体将被分解，从而形成由电子，离子，自由基和其他反应性粒子组成的冷等离子体。由于1eV和15eV之间巨大的电子能量而导致电子温度超过10000℃，但是离子和中性粒子的温度却接近室温。这意味着混合物的表观温度仍然很低(大约30-90℃)。为了保证材料本身的形貌，在整个过程中罐体在不放入磨球。

图1 等离子体球磨设备对雾化球形钛粉末的处理 (a)设备的示意图 (b)静态粉末 (c)静态冷等离子体(d)DPM处理球形钛粉

粉末表征

图2 (a b c)雾化粉末SEM (d e f)DPM处理粉末SEM (h)DPM处理前后粒径分布 (i)粒径分布变化示意图

DPM有效地消除了影响物化颗粒致密度的三个物理性能缺陷，即数量比为1.5–9.6％或体积孔隙率为0.48％的闭孔空心粉末，人造卫星粉末和低的剩余自由能。首先，产生极高电子温度的冷等离子体轰击粉末表面，产生局部高温形成热熔区域，闭孔空心粉的薄壳将被软化，破碎和掉落，从而暴露出闭孔空心并形成开孔空心(图2f)，闭孔空心消除率约为5％。其次，卫星粉末已经脱落，球形粉末的表面变得非常光滑(图2f)。第三，粉末颗粒的表面被等离子体撞击并活化，从而在微区域内产生微小的熔滴(图2g)，形成活化的新鲜表面，并在快速冷却后产生大量残余的热应力。此外，对粒度的检查表明，DPMed对应物的Dx值要小得多(x=10、50和90)。

图3 (a)雾化和DPM球形钛粉的XRD图谱 (b)βcosθ4sinθ对应关系

为了验证DPM引起的畸变能，根据XRD谱图中的(101(-)0)，(0002)，(101(-)1)和(101(-)2)，峰位置不变时半峰宽增加，位错密度增加。位错密度的增加可以导致位错管扩散的增强。因此，在相同的烧结条件(包括温度和压力)下，DPM粉末中较高的位错密度将为更多的通道提供更高的传质速率，可以降低烧结活化能。证实了DPM可提高雾化粉末的表面活化性，有助于改善粉末烧结过程中的传质和致密收缩。
粉体烧结性能

图4 雾化和DPM球形钛粉末的相对密度和瞬时致密化率随温度或保温时间的变化而变化

DPM粉末的生坯密度(0.637)略小于雾化样品的生坯密度(0.645)，整个加热阶段中，DPM粉末的瞬时致密化速率(dρ/dT)明显大于给雾化粉末的相应致密化速率。雾化粉末的起始致密化温度(715 K)比DPMed粉末的起始致密化温度(773K)高58K。这两个方面证明DPM处理消除了影响物化颗粒致密度的三个物理性能缺陷。

结论

 应用放电等离子体改性有效地消除了雾化球形钛粉物理性能的三个不利特征。
 冷等离子轰击而导致的颗粒分解，活化的新鲜表面的形成以及闭孔空心粉末的碎裂会增加多余的自由能。
 DPM粉末中较高的位错密度提供了较高的传质扩散速率。
 首次证实了制备产生的三种物理性质不利特征，在粉末烧结中发挥了重要作用。

以上结论来自于

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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