放电等离子烧结制备钼镍合金

采用放电等离子烧结方法制备钼镍合金,研究了烧结温度、压强、保温时间、升温速率对钼镍合金相对密度的影响。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子背向散射衍射仪等检测手段对钼镍合金的相对密度、显微形貌、物相等进行表征,分析放电等离子烧结钼镍合金的致密化过程。结果表明:烧结温度和压强是影响钼镍合金相对密度的主要因素,Mo和Ni元素的局部高速扩散是促进钼镍合金致密化的主要原因。烧结态钼镍合金的物相主要由Mo和MoNi中间相组成,Mo颗粒均匀分布在MoNi中间相形成的网状组织中。烧结态钼镍合金最大相对密度99.10%,平均晶粒尺寸小于10μm,平均硬度HRA 72。添加剂Ni含量在烧结前后变化不大。

激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸预测及成形工艺优化

通过激光熔化沉积试验分析了工艺条件(送粉速度、扫描速度和激光功率)对Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸的影响,构建了晶粒尺寸预测模型,优化了成形工艺参数,给出了工艺参数最佳区间。结果表明,相较于激光功率和扫描速度,送粉速度对晶粒尺寸的影响最为显著;随着成形能量密度的增加,合金晶粒尺寸呈现出先减小后增大的演变趋势;采用回归方程构建的晶粒尺寸-工艺参数关系模型能准确预测不同工艺条件下激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的平均晶粒尺寸,相对误差小于2%;通过响应面分析得到工艺参数最佳区间为:送粉速度2.8~3 g·min^(-1)、激光功率1000~1050 W、扫描速度4~5 mm·s^(-1)。

Ti_(2)AlNb合金粉末热等静压成形的组织和性能

分别采用等离子旋转电极雾化法(Plasma rotating electrode process,PREP)和无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)制备了Ti_(2)AlNb洁净预合金粉末,并对预合金粉末进行了表征。通过热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)工艺制备了Ti_(2)AlNb合金,研究了制粉工艺对Ti_(2)AlNb合金显微组织与力学性能的影响。试验结果表明,与PREP法相比,EIGA法制备的Ti_(2)AlNb粉末振实密度更高;基于粉末热等静压近净成形技术,在1030℃/140 MPa/3 h的条件下开展了Ti_(2)AlNb叶轮的成形研究,有限元模拟结果显示,粉末振实密度越高,部件热等静压后变形程度越小,综合考虑构件成形,优选振实密度更高的EIGA制粉工艺制备Ti_(2)AlNb粉末合金复杂部件。

石墨烯含量对铜铁基自润滑摩擦材料组织结构及摩擦性能的影响

目的改善石墨烯与铜铁基摩擦材料的结合方式,探究不同含量的石墨烯对铜铁基摩擦材料组织结构的影响,研究加入不同含量石墨烯时摩擦材料的摩擦性能和摩擦机理。方法采用粉末冶金冷压法制备铜铁基摩擦材料,利用SEM、XRD等分析方法和手段,探究不同含量石墨烯对摩擦材料的组织结构、综合力学性能和摩擦性能的影响规律,确定最佳工艺参数。结果在铜铁基摩擦材料中加入石墨烯时,其密度和抗压强度随着石墨烯含量的增加呈下降趋势,硬度呈先上升后降低的趋势。在相同转速下,随着石墨烯含量的增加,其摩擦材料的摩擦因数呈下降趋势,磨损率呈现先下降后上升的趋势。在石墨烯的质量分数为0.5%时,摩擦材料的摩擦率最小,为2.52×10^(-9)mm^(3)/(N·m),此时摩擦材料的磨损机理为黏着磨损及少量磨粒磨损。结论在铜铁基摩擦材料中,石墨烯作为润滑组元,与基体的结合性能表现优异,对比石墨烯对铜铁基摩擦材料的影响规律可知,在石墨烯的质量分数为0.5%时,摩擦材料的性能最佳。

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明:金刚石与Al基体反应生成了针状Al4C3相,并沉积在α-Al基体上,导致晶界位错密度增加,强度提高,抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失,但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间,导致金刚石颗粒部分石墨化,铝基体部分蒸发,进而形成内部缺陷,降低了复合材料的相对密度(97%)。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度,当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s-1时,复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa,屈服强度211.6 MPa,伸长率2.1%。

表面修饰石墨烯制备工艺及其在金属材料中的应用研究

为解决石墨烯在金属基复合材料应用中易团聚、难分散、与金属基体之间的润湿性差、高温下易与Al、Ti、Fe等金属发生界面反应的问题,对石墨烯进行表面修饰制得镀铜石墨烯,研究了镀覆过程中镀覆温度、镀覆时间、镀液pH对镀铜石墨烯镀层连续性、完整性的影响,优化镀覆工艺参数,获得了质量优良的表面修饰石墨烯;并将其分别添加到铁基摩擦材料和W-Mo-Cu复合材料中,对其作用效果进行了研究。结果表明:石墨烯在50℃、pH为12.5的化学镀液中镀覆30 min可以获得连续性、完整性较好的镀层,从而制得缺陷密度较小、质量较好的表面修饰石墨烯;在铁基摩擦材料中添加0.8%(质量分数)表面修饰石墨烯可以使材料晶粒细化并获得片层间距较小的珠光体组织,材料硬度提高30%,磨损率降低约70%,摩擦系数下降约12%;添加了0.2%(质量分数)表面修饰石墨烯的W-Mo-Cu材料,其组织均匀性和致密度均获得了提高,电导率提升约21%,硬度提高8%。证实了表面修饰石墨烯的添加能够促进金属基复合材料综合性能的提高。

铁矿粉种类和成分对其烧结基础特性的影响

铁矿粉的同化性能、黏结相强度与液相流动性等基础特性是烧结优化配矿的重要基础。对BX、YLJ和NFJ等多种铁矿粉进行基础特性检测,并将2种及2种以上铁矿粉混合进行拓展研究。分析铁矿粉基础性能的主要影响因素和三大矿种的基础性能特征,提出基于同化性能、液相流动性的互补配矿思路,为增加性价比高的缺陷矿用量、提高生产质量、降低配矿成本提供理论指导。

TiC颗粒增强FeCrCoMnNi基复合材料的微观组织与力学性能

采用机械球磨和放电等离子烧结制备了TiC颗粒增强FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料,研究了TiC质量分数和烧结温度对复合材料组织性能的影响。结果表明,随着TiC质量分数的增加,复合材料中由C和Cr反应形成的M_(23)C_(6)碳化物的数量也增加,复合材料由面心立方基体、TiC和Cr_(23)C_(6)碳化物组成。1000℃烧结制备的复合材料中,当TiC质量分数在1%~9%时,陶瓷颗粒增强相在复合材料中的分布较为均匀。烧结温度对组织性能有较大影响,1000℃和1050℃烧结制备的复合材料组织均匀,具有较佳的力学性能。添加7%TiC的复合材料硬度和室温屈服强度分别是未添加TiC复合材料的2.5倍和3.0倍,这得益于TiC和Cr_(23)C_(6)碳化物硬质相的强化作用。

钼含量对粉末烧结钢微观组织和压缩流变致密化的影响

为了研究钼含量对粉末烧结钢微观组织和压缩流变致密化的影响,采用万能试验机对不同钼含量的粉末烧结钢进行压缩实验,并观察不同钼含量粉末烧结钢的微观组织,分析其压缩缩过程流变应力的变化规律,以及晶粒和孔隙的变形特点。结果表明:随着钼含量的增加,微观组织中珠光体和铁素体逐渐减少,贝氏体逐渐增加,且钼含量达到0.85%时组织中主要为细小贝氏体;粉末烧结钢压缩流变过程基本遵循抛物线式应变硬化规律,随着钼含量增加,强度不断增大,极限应变量不断减小;在同一应变下的应变硬化率随钼含量增加逐渐增大;在低应变时,主要是压缩变形引起的致密化强化,在高应变时主要是塑性变形引起的加工硬化;随着应变的增加,晶粒由等轴状逐渐变为薄片状,孔隙被压扁、拉长,并分割成更小的微孔,甚至压缩闭合。

模压成型压力对氧化铟锡(ITO)靶材性能影响研究

以化学共沉淀-煅烧法制备的纳米ITO粉体为原料,通过模压、冷等静压成型,采用常压烧结法制备了ITO靶材,研究了模压成型压力对ITO靶材相对密度、电阻率和晶粒尺寸的影响。结果表明,模压成型压力60 MPa且烧结条件适宜时,制得的ITO靶材相对密度为99.81%、电阻率为1.707×10^(-4)Ω·cm、平均晶粒尺寸为7.62μm。研究结果可为ITO靶材的致密化与大型化生产提供借鉴。

微热压成形石墨件的快速碳化工艺

针对石墨件在碳化过程中易开裂的问题,基于多材料组装技术原理,提出在石墨粉末微热压成形过程中构造烧蚀性二维有机物网络以形成排气通道、避免开裂的方法。研究了碳化速率、石墨件径向尺寸及网络结构、分布方式对石墨件成形质量和力学性能的影响。结果表明:较快的碳化速率会加剧有机物热解,开裂的现象越明显,较大径向尺寸的石墨件气体逸出阻力越大;提高有机物网络密集度有助于改善排气效果,但对石墨件力学性能产生不利影响;在有机物网络沿成形高度方向的布置中,当间距为10 mm时,石墨件不出现裂纹。采用优化的工艺制备的石墨件结构完整,经过浸渍增强后其抗压强度达到15.8 MPa,Z轴导热系数仅为1.894 W/(m·K),综合性能与水玻璃型砂相当,在铸造行业有广泛应用前景。

FeAl-316SS接头的反应行为、显微组织与力学性能

采用热爆反应与粉末冶金相结合的工艺实现了FeAl金属间化合物与316不锈钢(316SS)的有效连接,研究了连接温度(700、800、900℃)对界面成分组成和力学性能的影响。结果表明,当加热到637℃时,FeAl反应层温度瞬间升高到1050℃,发生明显的热爆反应,并伴随持续约15 s的剧烈放热。随着温度从700℃提高到900℃,界面由Fe-316SS、316SS(Al)交替组成的形式转变为由FeAl-316SS(Al)-316SS组成。三种温度下均形成良好的冶金结合,当连接温度为800℃时,抗剪切强度可达75 MPa。

基于分子动力学的纳米银烧结互连性能

建立了芯片(SiC)和基板(Cu)通过纳米银颗粒(AgNPs)烧结互连的分子动力学模型,模拟了不同温度下的烧结过程,对烧结样品和互连界面进行了单轴拉伸模拟,总结了烧结温度对烧结样品整体强度和界面强度的影响规律。结果表明:烧结温度较低时,AgNPs与SiC板间的烧结颈宽度大于AgNPs与Cu板间的烧结颈宽度,而烧结温度比较高时则情况相反。烧结样品整体拉伸断裂位置将偏向烧结颈宽度较小的一侧,两个烧结颈的宽度差越小,断裂位置越趋向中间位置,且整体拉伸断裂能与两个烧结颈的宽度差呈反比。SiC/Ag互连界面比较脆,并且烧结温度越高,脆性越明显,而Cu/Ag界面偏韧,其韧脆性受烧结温度的影响较小。

钛粉末注射成形PEG/PMMA黏结剂体系的PHB改性研究

金属注射成型(MIM)中使用水溶性聚乙二醇(PEG)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)黏结剂体系会导致大量孔洞形成,该黏结剂体系导热性差,使得零件尺寸越大,注射脱模时间越长。用聚(β-羟基丁酸酯)(PHB)作为PEG结晶抑制剂可解决上述问题。采用导热系数仪、DSC、流变学实验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等,研究PHB含量对黏结剂导热系数、结晶行为、喂料流变特性、注射保压时间及生坯显微结构的影响。结果表明:PHB/PEG共混物随着PHB含量的增加,结晶温度从纯PEG的55.18℃下降至25%(质量分数,下同)PHB改性的51.4℃,熔融焓从79.5 J/g逐渐增加至107.6J/g,导热系数从0.2433 W·m^(-1)·K^(-1)适当增加至0.3469 W·m^(-1)·K^(-1),黏结剂结晶度的增加可改善其导热性能;由于PEG/PHB/PVAc三元体系中存在复杂氢键的相互作用,导致黏结剂结晶温度从未添加PHB的50.07℃降低并稳定在添加25%PHB的43.3℃;添加15%PHB后制备的喂料黏度与剪切速率符合幂律流体规律,在120℃时喂料的剪切稀化指数从未改性的0.77减小至0.62,相同注射条件下注射脱模时间从未改性的100 s缩短至50 s便可获得表面光滑无裂纹、内部孔洞少且分布均匀的钛注射生坯。

Inconel 718合金粉末热等静压成形及其影响因素

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)和真空惰性气体雾化法(Vacuum induction melting gas atomization,VIGA)制备Inconel 718预合金粉末,随后采用热等静压工艺制备Inconel 718合金。研究制粉工艺、粉末粒度及包套结构对Inconel 718合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,EIGA粉末具有更好的球形度,成形合金力学性能优于VIGA粉末;综合考虑力学性能、得粉率等因素,选择15~106μm粒度范围的粉末作为热等静压用粉末;包套壁厚的增加对作用在粉末上的有效应力产生屏蔽作用,空腔体积变化对致密化过程影响较小;粉末填充过程的长时间振动会导致粉末发生粒度偏析,需要控制粉末填充过程的振动频率和振动时间。

淬火温度对S590粉末冶金高速钢组织和性能的影响

采用等离子旋转电极雾化和热等静压法制备S590粉末冶金高速钢,分别在1050、1100、1150和1180℃进行淬火热处理,并经过一次550℃回火(1 h),一次−196℃深冷处理(4 h)和两次550℃回火(1 h),研究不同淬火温度对S590粉末冶金高速钢微观组织和力学性能的影响。结果表明:热处理后S590高速钢微观组织主要包括马氏体、M6C型碳化物和MC型碳化物。随淬火温度升高,碳化物逐渐溶入基体中,数量减少,基体晶粒尺寸变大。高速钢硬度和抗压强度随淬火温度升高呈上升趋势,1180℃淬火试样经后续热处理后,硬度可达HRC 67.8,抗压强度为3827 MPa;抗弯强度随淬火温度的升高先上升后下降,冲击韧性随淬火温度升高而下降,1100℃淬火试样抗弯强度达到最高,为5473 MPa;1050℃淬火试样冲击韧性最高,为76.9 J·cm^(−2)。综合考虑显微组织和力学性能,S590粉末冶金高速钢的最优淬火温度为1100℃。

激光增材制造金属构件的缺陷控制研究进展

介绍了激光增材制造原理、技术特点及其适用的金属材料体系,归纳了常见冶金缺陷的形成机制、影响因素,并从工艺参数优化和后处理两方面阐述了增材制造冶金缺陷处理的相关研究进展,明确了工艺参数优化与后处理优化的方向。最后对激光增材制造未来的发展趋势和研究方向作出了展望。

CNTs/AgCuNi复合材料的制备及力学性能

银基复合材料具有高强度、高模数、低延展性、高耐磨性、低热膨胀等优异性能,在电接触领域中迅速发展。本研究采用机械合金化法将CNTs与AgCuNi合金粉末混粉、球磨,将复合粉末通过放电等离子(SPS)压制烧结后制备出CNTs/AgCuNi银基复合材料。研究了添加不同体积分数CNTs及不同压制烧结温度制备的复合材料组织结构、力学性能。结果表明,添加2%的CNTs的复合材料在700℃烧结后,材料致密度达到98.93%、硬度(HV_(0.2))为101.07,综合性能较好。

先进有色金属材料无压烧结技术研究进展

有色金属材料是航空航天、机械制造、电子通讯等领域不可或缺的战略性材料,其传统的加工方法存在材料利用率低、成本高等问题,限制了有色金属材料的广泛应用。无压烧结技术能够实现形状复杂零件的近净成形,且成本低、设备简单,有助于有色金属材料的批量化、低成本生产。但无压烧结金属成品中普遍存在致密度不足导致其力学性能较差和难以应用等问题。为了解决这些问题,综述了近年来铝合金、钛合金以及钛铝合金等有色金属无压烧结技术的研究进展,介绍了合金化元素、烧结气氛以及粉末粒径等因素对合金烧结致密化、显微组织和力学性能的影响,指出了无压烧结未来的研究与产业化应用发展方向,以期为获得高性能的无压烧结金属制品、促进无压烧结技术的实际应用提供部分参考。

基于转底炉工艺的造球参数优化研究

转底炉直接还原工艺是目前处理冶金粉尘的典型工艺,能充分回收利用粉尘中的铁、碳和锌等有用组分。本研究首先对粉尘的化学成分和粒径进行了分析与检测,再基于圆盘造球的方法,研究了水分对生球爆裂温度的影响,优化了转底炉的造球参数。结果表明,生球干燥后的水分应控制在4.0%以下,造球时间、黏结剂含量和碳氧质量比对成球率和球团的性能影响显著,当造球时间为12 min、膨润土含量为3.0%、碳氧质量比为0.7时,球团的性能最好,球团合格率为60.32%。