不同工艺所制备烧结Nd-Fe-B合金的耐腐蚀性研究

研究了氢破碎(HD)工艺和常规(CG)工艺制备的烧结Nd-Fe-B合金样品在HCl溶液、Na(OH)溶液及饱和食盐水中的耐腐蚀性,并对两种工艺所制备样品的微观形貌进行了分析。结果表明,在HCl溶液、Na(OH)溶液及饱和食盐水中,样品在前8h内的腐蚀速率均较快,随后腐蚀速率均变慢;HCl溶液对烧结Nd-Fe-B合金的腐蚀性比Na(OH)溶液、饱和食盐水强得多。氢破碎工艺制备的合金耐腐蚀性优于常规工艺制备的合金,且未充磁合金的耐腐蚀性优于充磁合金。

烧结Nd-Fe-B合金断裂机制和增韧方法

Nd-Fe-B合金磁性能的提升扩大了其应用范围,但也存在韧性差、脆性大、抗震和抗冲击能力差的缺点,使其在机械加工过程中易开裂,降低了成品率和加工精度,提高了生产成本,也限制了其在高精度仪器仪表、高速电机等领域的应用。因而如何提高其力学性能逐渐成为研究的重点,由此需要探索清楚其断裂机制,并采用适当而有效的方法进行该合金的增韧。基于此目的,综述了近年来Nd-Fe-B合金断裂机制方面的研究成果,分析了其主要是沿晶断裂,只是缺陷的存在会增加穿晶断裂的几率。同时,指出了元素的添加和改善制备工艺是合金增韧的两条途径,不过目前并没有从根本上改变其力学性能差的缺点,所以需要在未来的研究中进一步深入,寻求更为行之有效的增韧方式。

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。

合金粉末组合烧结成形NiAl基合金筒形构件

基于快速凝固和热压烧结工艺,设计了合金粉末组合烧结工艺以成形高性能NiAl基合金筒形构件。结果表明:NiAl基合金组合烧结界面的结合良好,界面性能优异,光滑与粗糙表面样品界面的结合性能相似。此外,NiAl基合金组合烧结界面没有孔洞、裂纹等缺陷,显示出良好的界面结合,通过界面性能测试分析验证了组合烧结方法成形高性能NiAl基合金构件的可行性。此外,基于NiAl基合金组合烧结工艺,成形出径厚比为6、外径Φ60 mm、高度60 mm的NiAl基合金筒形件,构件整体致密度均匀性良好,改进了热压烧结成形大径厚比筒形构件的致密度不均匀难题。

烧结温度对NiFeCoCr高熵黏结钨合金组织与性能的影响

选用非等原子比NiFeCoCr高熵合金(HEA)作为钨合金的新型黏结相,采用放电等离子烧结技术制备90W-NiFeCoCr合金。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、透射电镜(TEM)和力学实验探究烧结温度对合金的微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:合金微观组织中形成HEA黏结相,为面心立方(FCC)结构的γ(Ni-Fe-Co-Cr,W)相,出现密排六方(HCP)结构的Cr_(2)O_(3)相。合金的相对密度随烧结温度的升高呈现先上升后下降的趋势。在1250℃烧结后,相对密度达最高为98%;合金中W晶粒粒径小(≤10μm),同时拉伸强度达最大值为1409 MPa,断口形貌主要为W−W解离断裂。HEA的固溶强化、W的细晶强化、偏聚相Cr_(2)O_(3)的弥散强化是造成高强度的主要原因。

烧结温度对WMoTaVTi难熔高熵合金显微组织与力学性能的影响

难熔高熵合金(refractory high entropy alloys,RHEAs)因具备高的服役温度和优异的热稳定性在航空航天等超高温领域有广阔的应用前景。然而,难熔高熵合金目前面临综合力学性能不足等问题,限制了其进一步应用。针对此,本文在WMoTaV基础上进一步引入Ti元素,制备一种WMoTaVTi难熔高熵合金,重点研究烧结温度对合金烧结致密化、显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:随着烧结温度的升高,合金的晶粒尺寸逐渐增加,屈服强度呈现先增加后降低的趋势。当烧结温度为1500℃时,合金具有最佳的综合性能,此时其相对密度超过99%,室温压缩屈服强度为1672 MPa,断裂应变为16.6%,断口形貌主要为沿晶断裂;相比于WMoTaV难熔高熵合金,合金的屈服强度提高了18%。由于粉末冶金过程中引入少量O元素,该合金主要由BCC基体相和少量FCC结构的TiO析出相组成,随着烧结温度的升高,基体的固溶度增加,TiO相的体积分数逐渐减少。合金强度的提高主要归因于固溶强化和析出强化两种强化机制。

烧结温度和保温时间对黏结剂喷射增材制造AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金显微组织和性能的影响

AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金具有断裂强度高、抗疲劳强度高等优点。本研究使用黏结剂喷射增材制造技术(Binder jetting additive manufacturing,BJAM)制备该合金,通过调节烧结温度(1290℃~1350℃)和保温时间(1~5 h)探究烧结工艺对该合金的显微组织及拉伸性能的影响。结果表明:烧结温度和保温时间通过影响孔隙率及晶粒大小直接影响高熵合金烧结件的性能;孔隙率的下降与晶粒长大同时发生,两因素耦合影响烧结件的力学性能。1350℃保温3 h样品的伸长率达7.09%、致密度达92.5%,1350℃保温1 h样品的屈服强度和断裂强度分别达到600.19 MPa和1021.32 MPa。

元素添加对两步烧结W-6Ni-4Co合金组织和力学性能的影响

采用粉末冶金技术制备W-6Ni-4Co-2X(X=Nb、Ta、Hf、Mo、Ti)合金,研究添加Nb、Ta、Hf、Mo和Ti元素对W-6Ni-4Co合金组织和力学性能的影响。结果表明:W-6Ni-4Co-2X合金的显微组织主要由基体相(W相)和黏结相组成,且黏结相的种类和含量与烧结过程W相在黏结相(Ni,Co)中的溶解析出有关。W-6Ni-4Co-2Ta、W-6Ni-4Co-2Hf合金组织W晶粒呈不规则多边形,W-6Ni-4Co-2Nb、W-6Ni-4Co-2Ti合金组织W晶粒呈椭球形,并分散分布在黏结相中。W-6Ni-4Co-2Ta合金组织均匀、晶粒细小、W/黏结相界面结合良好,使其硬度、抗弯强度和屈服强度较高。W-6Ni-4Co-2Mo合金组织W晶粒呈网状排列,连续W骨架结构与延性黏结相协同降低了合金的应变硬化程度,使其具有较好的抗应变硬化性能。因此,向W-6Ni-4Co合金中添加合适的过渡金属元素是提高其力学性能的一种有效途径。

超高压烧结对WC-8Co硬质合金微观组织及力学性能的影响

使用六面顶压机在相同温度(1 400℃)和保温时间(6 min)条件下,研究了不同烧结压力(4.0~6.0 GPa)对WC-8Co硬质合金试样微观组织及力学性能的影响。结果表明:在1 400℃、4.0~6.0 GPa超高压条件下,WC-8Co硬质合金试样可在6 min内完成烧结;随着烧结压力的增加,WC-8Co硬质合金试样中WC晶粒的平均尺寸逐渐增大,甚至出现局部WC晶粒异常长大的情况,进而导致硬质合金试样的矫顽磁力、维氏硬度和断裂韧性随之逐渐减小。在考察压力范围内,烧结压力为4.0 GPa时,WC-8Co硬质合金试样的力学性能最好,在载荷为30 kgf(294 N)、保持时间为10 s的检测条件下,试样的维氏硬度为15.2 GPa,断裂韧性为14.9 MPa·m^(1/2),与相同检测条件下的商用YG8硬质合金的力学性能(维氏硬度15.6 GPa,断裂韧性15.9 MPa·m^(1/2))接近。随着烧结压力的增加,硬质合金试样的断裂形式从沿晶断裂占主导逐渐过渡到沿晶断裂与穿晶断裂共存,且穿晶断裂所占的比例逐渐增大。

7075-T6铝合金的放电等离子烧结连接工艺优化

采用放电等离子烧结技术对7075-T6铝合金进行连接,通过单因素法研究了母材表面预处理(400#砂纸打磨、化学浸蚀、400#砂纸打磨+化学浸蚀、2000#砂纸打磨+化学浸蚀)以及升温速率(10,30,50℃·min^(-1))、连接温度(450,470,490,510℃)、连接压力(4.5,5.0,5.5,6.0,7.0MPa)和保温时间(45,60,75,90,120min)对接头连接质量、剪切性能和变薄率的影响,确定了合适的表面预处理工艺以及最优的工艺参数。结果表明:合适的表面预处理工艺为400#砂纸打磨,获得7075-T6铝合金接头的连接质量最好,接头界面未闭合孔洞很少,焊合率最大,为71.7%;随着升温速率的升高,接头的连接质量变差,但其焊合率均高于76%,接头的抗剪强度和变薄率均降低;随着连接温度的升高或连接压力的增加,接头的连接质量变好,接头的焊合率、抗剪强度和变薄率均增大,但当连接压力大于6.0MPa时,焊合率和抗剪强度增加幅度减小,而变薄率大幅增加;随着保温时间的延长,接头的焊合率、抗剪强度和变薄率的变化幅度均较小。400#砂纸打磨后7075-T6铝合金的最优连接工艺为升温速率50℃·min^(-1)、连接压力6.0MPa、连接温度490℃、保温时间45min,此时接头的焊合率为81.3%,抗剪强度为132.9MPa,变薄率为1.91%,剪切断裂方式为韧性断裂。

烧结温度对Ti_(2) AlNb合金显微组织及高温拉伸性能的影响

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Ti_(2)AlNb合金,研究烧结温度对Ti_(2)AlNb合金微观组织及力学性能的影响,并使用电子万能试验机及维氏硬度仪对其拉伸性能及硬度进行测试。结果表明:烧结温度为1000℃时,Ti_(2)AlNb合金因为析出O相最多,所以其高温拉伸性能最佳、硬度最高。随着烧结温度的升高,析出O相变少,高温拉伸性能及硬度均降低。对1200℃烧结制备的Ti_(2)AlNb合金进行不同工艺的热处理。热处理后,Ti_(2)AlNb合金的组织由等轴组织转变为魏氏组织,且采用炉冷方式冷却的Ti_(2)AlNb合金组织细化最明显,析出O相最多,硬度最高。

SPS烧结时间对Ti_(2)AlNb合金组织与力学性能的影响

采用高能球磨法和放电等离子烧结技术(SPS)制备了Ti_(2)AlNb合金,研究了不同烧结时间对Ti_(2)AlNb合金微观组织及力学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对合金显微组织及物相结构进行表征,利用万能拉伸试验机对合金拉伸性能进行测试。结果表明,烧结时间不会改变合金的物相组成,不同烧结时间下所制备的Ti_(2)AlNb合金均由B2相、胞状α2相和针状O相组成;在烧结温度1000℃、烧结时间70min、压强50MPa条件下,Ti2AlNb合金中针状O相数量较多且分布均匀,其室温拉伸强度可达454.6 MPa。

钨及钨合金强化方法和烧结工艺研究进展

钨及其合金因其优异的性能被广泛应用于核工业、航空航天等极端环境中,但钨固有的低温脆性和重结晶脆性也限制了它的进一步应用。本文结合近年来相关研究,从钨及其合金的成分和制备工艺两方面出发,综述了钨基材料性能方面的改善及其实现方法。成分调控领域有Re,Ta和Nb等元素的固溶强化,以及碳化物和氧化物的第二相强化;制备工艺方面分为场辅助烧结的热压、放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)和微波烧结等工艺,以及无场辅助烧结的活化烧结和无压两步烧结方法。最后,总结了现有工艺和技术的发展现状,对不同制备工艺的发展趋势进行了展望。

烧结法制备Al-Ti-B中间合金粉体

采用TiO_(2)粉、CaO、Al粉和B_(2)O_(3)为原料,经混匀、压片、烧结后,制备出了Al-Ti-B中间合金粉末。利用XRD、SEM-EDS、XPS等表征手段,对烧结产物的物相组成、微观形貌和原子价态进行分析。结果表明,在钙铝比1.6、钛硼比5、1485℃烧结20 min的条件下,烧结产物的主要物相为Al_(3)Ti、TiB_(2)、Al、CaAl_(4)O_(7)和CaAl_(2)O_(4);烧结产物中Al_(3)Ti呈块状,TiB_(2)呈小颗粒状,两者均匀分布在铝基体中;TiO_(2)在反应中存在逐级还原的现象。烧结法可以制备出Al-Ti-B中间合金粉体。

烧结温度对W-Cu合金微观组织及性能的影响

以W粉和Cu粉为原料,采用粉末冶金和无压烧结的方式,分别在900,1000,1100和1200℃下制备了W-Cu合金。通过对样品的微观组织分析、密度和冲击强度的测试,探讨了不同烧结温度下W-Cu合金的组织及其性能变化。结果表明,随着烧结温度的升高,合金微观组织中的孔隙先减少后增加。在1100℃时,可以得到综合性能最佳的W-Cu合金,其密度和冲击强度分别达到11.51 g/cm^(3)和18.78 kJ/m^(2)。

放电等离子烧结制备NiCoV中熵合金微观结构与力学性能研究

NiCoV面心立方(FCC)单相中熵合金展现出卓越的强度和延展性,是一种极具应用潜力的结构材料。本研究采用放电等离子烧结(SPS)技术制备NiCoV合金,这一技术以其快速加热、低烧结温度和高产品致密度等优点而著称,特别适合于快速制备具有细小晶粒的高性能合金。通过对粉末进行球磨处理,消除了合金制备过程中的孔隙缺陷。在随后的热轧处理中,合金中沿晶界分布的硬质相得以重新排布,形成了具有大量位错亚结构、纳米孪晶和均匀分布硬质相的复合微观结构。这种结构有别于传统熔铸方法得到的均匀FCC单相结构的NiCoV合金。SPS工艺结合热轧处理所产生的复合微观结构,通过位错、析出相、纳米孪晶和晶界的多维度协同强化作用,使得合金的屈服强度达到1 360 MPa,抗拉强度达到1 593 MPa,同时保持了18.7%的均匀延伸率,实现了优异的强塑性匹配。这项研究不仅优化了NiCoV合金的微观结构和力学性能,还为高性能中熵合金的制备提供了一种新途径。

晶界添加Pr-Cu合金纳米粉对烧结NdFeB磁性能及耐腐蚀性能的影响

为了提升Nd FeB磁体的磁性能及耐腐蚀性能,首先用等离子体直流电弧法得到Pr-Cu合金纳米粉,再用双元合金法即晶界添加Pr-Cu合金纳米粉得到高性能烧结NdFeB磁体。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和电化学工作站、恒温恒湿箱表征了磁体微观结构、磁性能及耐腐蚀性能。结果表明,添加质量分数0.6%Pr-Cu合金纳米粉时,磁体的矫顽力由959.1 kA/m增加到1 080.5 kA/m,提高了12.6%;剩磁则由1.24 T下降至1.13 T,下降了9.1%。此外,磁体的耐腐蚀性能明显提高,磁体的腐蚀电流密度由62.0m A/cm^(2)下降至22.0m A/cm^(2);在0.2MPa、120℃、100%相对湿度下进行失重腐蚀实验96h后磁体的质量损失为4.5mg/cm^(2),仅为未添加时的26.5%。适量添加Pr-Cu合金纳米粉改善烧结NdFeB磁体的性能是可行的。

Nd-Fe-B熔炼工序中浇铸曲线对合金片片厚分布的影响研究

合金片片厚对Nd-Fe-B磁体性能的影响较大。传统浇铸曲线设定采用全程一段式线性浇铸基础进行经验修正的方式,易导致不同浇铸时段的片厚不一致影响最终的磁体性能。本文通过对浇铸过程分析,构建了两段式浇铸曲线,并导入设备中进行实验。结果表明,采用两段式浇铸曲线后,合金片片厚一致性得到大幅改善,其中设计均值±0.05 mm的合金片占比达到90%以上,±0.10 mm占比达到100%。

铸造/烧结钴铬镍合金组织演变规律的对比研究

采用亚快速凝固和真空烧结两种工艺方法制备了钴铬镍合金,详细研究了工艺方法及Cr,Ni含量对合金组织演变规律的影响。结果表明,亚快速凝固工艺所获得的钴铬镍合金组织组成不受成分变化的影响,凝固组织为γ-fcc+ε-hcp两相组织的胞状枝晶,枝晶干为γ-fcc相,枝晶间为ε-hcp相,二次枝晶间距随结晶速率增大而减小,主要溶质元素Cr,Ni在两相间产生偏析,Cr元素富集在枝晶间,Ni元素在枝晶干富集。真空烧结工艺所制备钴铬镍合金组织构成由成分组成决定,低镍含量合金烧结体为单相ε-hcp组织,晶粒随烧结温度的升高呈现急剧粗化特征;高镍含量合金烧结体为γ-fcc+ε-hcp双相组织,晶粒细小且γ-fcc相呈现明显的孪晶和层错结构。烧结合金较铸造合金呈现明显的塑性增长,位错是烧结低镍ε-hcp单相合金性能提升的主要因素,孪晶和层错则是高镍γ-fcc+ε-hcp两相合金组织性能提升的主要因素。

利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿制备Fe-Cr-Ni合金

我国是不锈钢第一生产大国,但作为冶炼不锈钢主要原料的镍矿及铬铁矿资源贫乏,占红土镍矿资源总量60%以上的褐铁矿型红土镍矿与低品位铬铁矿愈发受到关注。同时,不锈钢冶炼通常需先分别生产铬铁和镍铁,工艺流程长,生产成本高。因此,本文基于烧结—高炉工艺,利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿低成本地一步制备出了Fe-Cr-Ni合金。通过热力学分析及熔炼参数的优化,重点研究了不同Cr_(2)O_(3)含量的含镍烧结矿(S1:4.84 wt%;S3:7.72 wt%)的熔炼特性。在熔炼时间60 min(S1)/90 min (S3)、熔炼温度1600℃、焦粉用量20 wt%、炉渣碱度1.0的最佳条件下,成功制备出了铬品位5.6 wt%~9.3 wt%、镍品位1.55 wt%~1.70 wt%、铁品位84 wt%~88 wt%的Fe-Cr-Ni合金,其铬、镍和铁的回收率分别在90%、98%和96%以上。研究表明,含镍烧结矿Cr_(2)O_(3)含量的提高会造成熔炼时间的延长,这不利于焦比的降低与不锈钢产量的提高。在后续研究中,将开发出由含镍烧结矿与含铬球团矿构成的综合炉料结构,以更有效地实现高铬镍铁的冶炼。