“选矿-冶金-材料”学科交叉的创新人才培养模式探索与实践

随着资源节约型社会的不断发展和绿色制造改革的不断深入,传统矿冶人才培养模式已无法满足社会需要,培育学科交叉型创新人才是未来教育发展的必由之路。以中南大学资源加工与生物工程学院矿业工程专业建设为例,结合中南大学优势学科冶金工程和材料科学与工程,从选矿、冶金和材料多角度出发,开展多学科交叉型人才培养新模式的探索与实践,旨在培养一批专业性强、勇于创新的行业领军人才,为中国传统工科专业人才培养提供借鉴,推动有色金属产业高质量、快速发展。

粉末冶金TC4-PCS复合材料的热变形行为

以聚碳硅烷(PCS)为前驱体,采用粉末冶金无压烧结制备原位自生颗粒增强的TC4复合材料。通过Gleeble-3500热模拟试验机对TC4-1PCS(PCS的质量分数为1%)复合材料进行850~1100℃,0.001~1 s^(-1)的模拟热压缩实验,分析不同参数下复合材料的应力-应变曲线。采用OM,SEM和EBSD等手段分析变形参数对增强相颗粒、基体组织和致密化的影响。结果表明:热变形前TC4-1PCS复合材料存在较多残余孔隙,TiC增强相颗粒尺寸约为5~10μm。TC4-1PCS基体的β转变温度(T_β)介于1000~1050℃之间,在T_β以上进行变形时,TC4-1PCS基体全部为片层状淬火马氏体,而在T_(β)以下变形后基体为双态组织。变形温度决定复合材料的致密度和组织类型,应变速率影响基体相尺寸和残余孔隙率。变形温度的提升和应变速率的降低可以促进TC4^(-1)PCS复合材料的致密化,应变速率的提高对细化组织效果明显。在1050℃,0.1 s^(-1)下变形可以较大程度实现TC4-1PCS复合材料组织细化和致密化。

不同摩擦条件下铜-铁基粉末冶金材料的摩擦性能

采用粉末冶金技术制备铜-铁基复合材料,在制动压力0.5～1.2MPa范围内,通过定速摩擦试验机研究干、湿条件下,速度、压力与材料摩擦磨损性能的关系。结果表明,干摩擦系数随摩擦速度增加而降低,湿摩擦明显降低了低速摩擦系数而对高速摩擦系数影响不大。低速摩擦系数随摩擦压力增加而增加,摩擦压力对高速摩擦系数影响不明显。

粉末冶金Cu-Fe复合材料的摩擦磨损行为

研究了 Ｆｅ 含量、施加载荷和滑动速度对粉末冶金 Ｃｕ Ｆｅ 复合材料摩擦磨损性能的影响，并用电子显微镜和 Ｘ 射线能谱分析了 Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的磨损机理．结果表明：载荷和滑动速度对摩擦系数影响不大， Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的摩擦系数随 Ｆｅ 含量的增加略有增加；在低载荷下，随 Ｆｅ 含量的增加， Ｃｕ Ｆｅ 复合材料的耐磨性提高；当载荷大于 ２００ Ｎ 时，含 Ｆｅ 量高的复合材料的耐磨性反而降低；在低载荷高速滑动条件下，随滑动速度的增加， Ｃｕ Ｆｅ

层状Ti-Ta二元金属-金属复合材料的疲劳性能研究

二元金属复合材料在航空航天、高端装备等领域具有广阔的应用前景。金属-金属之间的界面通常会对疲劳裂纹的萌生和传播产生影响,但目前关于层状金属-金属复合材料的疲劳性能的研究较为有限。本文通过粉末冶金方法制备一种Ti-Ta金属-金属层状结构复合材料,并进行热变形处理,系统研究了在不同交变应力下的疲劳寿命和断口形貌。结果表明:Ti-Ta金属-金属层状复合材料的疲劳强度为450 MPa,显著高于纯Ti的。在疲劳断口中,Ta区域呈现出明显的疲劳条纹特征,而Ti区域则在疲劳稳定传播区内呈现解理断裂。此外,Ti和Ta区域之间的界面可以抑制裂纹的扩展,并改变裂纹扩展的方向。由于裂纹传播的方向不断变化,疲劳断口表面呈现出一种“阶梯状”的微观结构。本研究为层状金属-金属复合材料的疲劳裂纹扩展提供了一种新的模型。

粉末冶金制备碳纤维增强铁-铜基摩擦材料的组织与性能

以铁-铜为主组元,以石墨和MoS2为润滑组元,以Al2O3、SiC、锆英砂为摩擦组元,并添加不同质量分数的碳纤维,将原料混合均匀后经600 MPa冷压成形,然后在氢气气氛下热压烧结2 h(980℃,2~3 MPa),制备得到碳纤维增强铁-铜基摩擦材料,并对其硬度、相对密度、显微组织、摩擦磨损性能进行研究。结果表明:铁-铜基体上均匀分布着耐磨的陶瓷相及润滑组元,铁-铜基体有部分固溶,碳纤维掩埋在基体和摩擦组元间。当碳纤维质量分数为2%~4%时,所制备的摩擦材料硬度为HV 102.2~118.6,相对密度为90.4%~92.6%,摩擦系数为0.56~0.60,磨损失重量最小。该摩擦材料的磨损主要为磨粒磨损,伴随少量粘着磨损。碳纤维可以强化基体,钉扎摩擦组元,在摩擦磨损过程中隔断犁沟,降低材料磨损。

采用粉末冶金技术制取ZQpb25-5材料的研究

采用粉末冶金技术制取的铅青铜材料ZQpb25-5,组织成分均匀、晶粒细小,铅呈细点状和不连续的网状均匀分布在α相晶粒边界,α相基体里有大量孪晶,未发现树枝状晶。本文研究了粉末冶金铅青铜材料的制造和性能。

铁含量对铜-铁基摩擦材料性能的影响

研究了 Ｃｕ Ｆｅ 基粉末冶金摩擦材料中 Ｆｅ 和 Ｃｕ 含量变化对材料机械及摩擦磨损性能的影响．结果表明：随 Ｆｅ 含量增加（ Ｃｕ 含量相应减少），材料的抗弯强度、抗压强度及硬度逐渐增大； Ｆｅ 质量分数为 ２０％ 时材料的摩擦系数高且平稳。

镀铜石墨粉含量对铜-镀铜石墨复合材料组织与性能的影响

比较了用粉末冶金法制备的铜 -镀铜石墨复合材料的显微组织与部分性能。结果表明 ,随镀铜石墨含量的增加 ,铜 -镀铜石墨复合材料的密度和导电性降低 ,但其组织中石墨分布更均匀 ,并且铜有利于构成三维网状 ,使该复合材料具有更好的导电性。

碳纤维对中铜-石墨复合材料组织与性能的影响

采用传统的粉末冶金法制备了碳纤维－中铜－石墨复合材料，测试了该材料的体积密度、电阻率、硬度、抗压强度和摩擦磨损等性能。并用扫描电镜观察了该材料的显微组织、断口和磨面形貌，分析了碳纤维含量对该材料组织和性能的影响。结果表明碳纤维－中铜－石墨复合材料随碳纤维含量的增加，体积密度和电阻率变化很小，摩擦系数和磨损量明显减小，而洛氏硬度和抗压强度有所升高。

铝-铅固体自润滑材料

用常规的粉末冶金方法成功地制备出铝铅固体自润滑材料 ,并对其力学性能和摩擦磨损性能进行了研究。实验结果显示 ,铅的加入对材料的摩擦学性能有着较大的影响。对其中的摩擦机理也作了初步探讨。

工艺因素对B_4C-AlB_(12)-Al复合材料力学性能的影响

采用粉末冶金法,以B粉、Al粉、B4C粉为原料,在高纯氩气保护条件下,烧结制备了B4C-AlB12-Al复合材料。利用XRD和SEM对其物相组成和显微结构进行表征,研究了初始原料中Al加入量、烧结时间、烧结温度对材料力学性能的影响.结果表明:烧结试样中除含有B4C,AlB12,Al外,还含有Al3BC和少量Al2O3相;升高温度和延长烧结时间均不利于提高材料的抗弯强度;随原料中Al加入量的增加,材料的力学性能先增加后降低,原料中Al加入量(质量分数)为39.71%时试样的硬度最高为661.43 MPa,Al加入量为45.85%时抗弯强度最高达64.15 MPa.

二硫化钼含量对铜-石墨复合材料组织与性能的影响

用传统的粉末冶金法制备了二硫化钼 铜 石墨复合材料 ,对其电阻率、硬度和耐磨性进行了测试 ,并用金相显微镜和扫描电镜观察了该复合材料的显微组织和磨面形貌 ,分析了二硫化钼含量对该复合材料组织与性能的影响。结果表明 ,随二硫化钼含量的增加 ,该复合材料的电阻率降低 ,硬度升高 ,耐磨性有所增加 ;MoS2 的合理加入量为 4%。

引线框架用Cu-Al_2O_3复合材料的研究进展

简单概述了引线框架材料的发展趋势 ,指出随着集成电路的发展 ,对引线框架材料的使用性能提出了新的要求 .描述了Cu -Al2 O3复合材料的各种制备方法和特点 ,以及这些方法对制备Cu -Al2 O3复合材料所存在的问题进行了分析 .提出采用反应合成法制备Cu -Al2 O3复合材料的新思路 .并对Cu -Al2 O3复合材料的发展作了阐述 .

压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响

采用粉末冶金法制备碳纳米管-银-石墨复合材料电接触材料,在带电状态下(10A/cm2),研究了压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响,结果表明:当压力较小时(10N/cm2,5N/cm2),由于电刷的跳动产生火花,导致复合材料接触电压降较大;随压力增加,复合材料电刷和换向器的实际接触面积增大,接触电阻减小,电刷的接触电压降下降;由于碳纳米管的研磨作用,阻止了润滑膜随磨损时间延长而增厚,使电刷的接触电压降维持在一个较稳定的数值上。

氧化物-非氧化物复合材料研究开发进展

综述了我们实验室与企业合作研究开发的冶金工业用氧化物-非氧化物复合高效耐火材料的一些进展:(1)用高温还原-氮化法研制了高炉用矾土基β-SiAlON结合刚玉复合材料,在配方基质中用矾土取代刚玉;(2)用矾土基β-SiAlON取代Al2O3-C砖中部分或全部石墨,开发了低碳Al2O3-SiAlON滑板材料,已成功用于生产高质量钢连铸;(3)研究开发了金属Al-Si复合Al2O3-C滑板材料,它具有较高的高温强度和优良的抗热震性,其特点是低碳含量、低温烧成和在高温使用时原位生成碳化物和氮化物,已成功用于优质钢连铸的钢包和中间包。

Mo-Cu材料的制作

简介了Mo

一种铁-铜基干式摩擦材料的研制

介绍了用于重负荷机构作制动材料的Fe Cu基粉末冶金摩擦材料制造工艺及特点。发现这种材料的摩擦磨损性能既受组元的影响 ,也受工作状态的影响。对这些影响因素进行了探讨 ,得到了一种性能较好、价格相对低廉的制动材料。

里程表用粉末冶金铁-铜含油轴承的试制

本文针对里程表用含油轴承 ,对粉末冶金铁 铜和青铜材料进行了对比研究。采用铁 铜替代青铜材料是可行的 ,其经济效益大和应用前景广。

梯度层对铜基复合材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法制备均质石墨−铜复合材料(10%C/Cu,质量分数)和2层梯度石墨−铜复合材料(7%C/Cu-10%C/Cu),研究梯度层对石墨−铜复合材料物理性能和摩擦学性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行分析。研究结果表明:梯度复合材料的致密度和导电性相比于均质复合材料都得到了显著提升。在法向载荷为24、26和30 N时,梯度复合材料的磨损率相比于均质复合材料分别降低了8.24%、12.10%和11.30%;梯度材料和均质材料的平均摩擦因数和磨损率均随载荷的增加而升高;梯度复合材料的磨痕深度、宽度和材料挤出高度都比均质复合材料的小,且均随载荷的增加而增大。2种复合材料的磨损机制主要以磨粒磨损为主,氧化磨损和黏着磨损为辅。