[发明专利]钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程的可视化分析方法

说明书

本发明提供了一种钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程的可视化分析方法，该可视化分析方法包括以下步骤：选择物理场接口以及研究状态；其中，物理场接口为反应工程模块和稀物质传递模块；构建出1/4圆几何模型；材料属性设置；边界条件设置；网格构建；瞬态或稳态设置；求解；后处理得到钛或钛合金粉末表面氧化层厚度及氧化层中氧原子质量相对于钛原子的质量百分数。该可视化分析方法基于计算流体力学软件，实现了钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程及分布的可视化，减少实验量，降低研究成本，优化实际生产中的粉末钛合金的综合性能。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程的可视化分析方法。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，具有密度低、比强度高、耐腐蚀和耐高温性能优异等特性，广泛应用于航空航天、生物医疗和民用等领域。但钛本身活性高、熔点高、热导率低，导致材料切削加工困难，生产效率低。粉末冶金工艺可以克服传统铸造机加工技术的固有缺陷，实现复杂形状零部件的近终形制造，且制备的样件组织均匀、性能优异。

而在实际生产过程中粉末原料难免会与空气直接接触，导致空气中氧、氮元素对粉末钛材料产生污染。其中氧是钛合金中最重要的杂质元素，对制件的致密化程度及力学性能影响显著。Ti-6Al-4V合金是钛及钛合金工程应用最广泛的一种，对于Ti-6Al-4V合金，当氧含量超过临界值0.32wt.％时，合金的断裂延伸率降至5％以下，而当氧含量超过0.45wt.％时，材料基本无塑性特征。

因此，如何减少间隙氧污染是推动粉末钛材料应用的关键难题，探究钛及钛合金粉末中氧化层的形成过程和氧含量更是意义重大，而当前探究实际生产中钛或钛合金粉末表面氧化层的形成过程是一个复杂并需深入研究的问题，缺少有效的可视化分析方法。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的主要目的在于提供一种钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程的可视化分析方法，该可视化分析方法基于计算流体力学软件进行模拟计算，实现钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程及分布的可视化，减少实验量，降低研究成本，优化实际生产中的粉末钛合金的综合性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程的可视化分析方法。

基于计算流体力学软件，该钛或钛合金粉末表面氧化层形成过程的可视化分析方法包括以下步骤：

S1，模块选择：选择物理场接口以及研究状态；其中，所述物理场接口为反应工程模块和稀物质传递模块；

S2，构建模型：构建出1/4圆几何模型；

S3，材料属性设置：在所述物理场接口里设置材料属性；

S4，边界条件设置；

S5，网格构建：在网格选项卡里设置具体的网格要求，然后点击全部构建；

S6，瞬态或稳态设置：在研究选项卡里进行时间单位、时间步长及容差设置；

S7，求解：S6步骤设置完毕后，进行求解；

S8，后处理：S7步骤运行结束后，在结果选项卡里对结果进行分析，得到钛或钛合金粉末表面氧化层厚度及氧化层中氧原子质量相对于钛原子的质量百分数。

进一步的，步骤S1中，研究状态设置为瞬态研究。

进一步的，步骤S2中，圆的半径为10～75μm。

进一步的，步骤S3中，稀物质传递模块的传递属性设置中，扩散系数D_TiO2点击用户定义，将数值设置为if(cTicTiO₂，1e^-20～1e^-18，1e^-22～1e^-20)；其它设置均为0。