等离子增材制造WC-316L梯度复合材料的组织与性能

采用等离子体增材制造技术,以不同比例的WC-316L不锈钢粉末为熔覆材料,在Q235钢基体上逐层制造出WC-316L块体梯度复合材料。块体材料从下到上,WC粉末的比例逐渐从0增加到40%。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等设备对材料的组织结构和性能进行了研究。结果表明,块体材料由下至上组织结构与性能各不相同,底层组织为γ-Fe基体和网状的α-Fe。随着WC的加入,材料出现Fe_(3)W_(3)C、W_(2)C、WC等物相。WC颗粒部分溶解,游离态的W、C原子可与基体元素反应形成碳化物并消除了网状的α-Fe组织。块体材料的硬度值呈不均匀分布,整体上从下向上呈递增趋势。块体顶部平均硬度可达600 HV,耐磨性良好。

316L不锈钢/Y-PSZ复合材料的制备与性能

采用粉末冶金方法制备了316L不锈钢/Y-PSZ复合材料,研究了316L不锈钢含量与粉末粒度对复合材料的显微组织、烧结收缩率、密度及硬度的影响.结果表明:随着316L含量的增加,复合材料的密度增高,相对密度和烧结收缩率逐渐降低,试样的HRC硬度值下降;在316L含量一定的情况下,随着316L颗粒尺寸的增大,复合材料的密度略有降低,相对密度和线收缩率逐渐减小,试样的HRC硬度值下降.在本文的研究条件下,所制备复合材料的相对密度值在92·5%～95·5%之间.

Y-PSZ/316L不锈钢复合材料的制备及性能研究

采用粉末注射成形的方法制备了Y—PSZ／316L不锈钢复合材料，研究了Y—PSZ含量对复合材料微观组织、烧结后的致密度、收缩率及硬度的影响。结果表明：当YPSZ体积分数为30％时，复合材料基本形成Y—PSZ基体；当Y-PSZ体积分数为25％时，复合材料基本形成不锈钢基体。随着Y—PSZ体积分数的增加，复合材料的致密度、线收缩率、硬度随之增大。在试验研究条件下，复合材料的致密度可达91．5％。95．6％。

ARZ陶瓷颗粒增强316L不锈钢复合材料的制备及性能

采用粉末冶金工艺制备了Al_(2)O_(3)增强ZrO_(2)(alumina reinforced zirconia,ARZ)陶瓷颗粒增强316L不锈钢(316L不锈钢/ARZ)复合材料,研究了ARZ陶瓷颗粒体积分数对316L不锈钢/ARZ复合材料的微观组织、相对密度、硬度、耐磨性的影响。结果表明:当ARZ陶瓷颗粒体积分数为20%时,复合材料的相对密度达到97.53%,与不锈钢基体相当;继续加入ARZ陶瓷,陶瓷颗粒发生团聚降低了复合材料相对密度。316L不锈钢/ARZ复合材料的硬度随着ARZ陶瓷颗粒体积分数的增高而增大,当ARZ陶瓷颗粒的体积分数为60%时,复合材料的硬度达到最大值HRB 96.8。复合材料耐磨性优于不锈钢基体,其中含有体积分数为60%ARZ陶瓷颗粒的复合材料体积磨损率较基体减少了4.2倍;随着ARZ陶瓷颗粒含量的增加,复合材料的耐磨性提高,复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢的剥落。

增强体含量对TiC/316L复合材料性能的影响

采用粉末冶金法制备增强体颗粒含量为0%、2%、5%、10%和15%的TiC/316L不锈钢复合材料。利用Zwick Roell Z202拉伸试验机测试复合材料的拉伸性能,利用MM-200型环块磨损试验机测试复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,研究TiC颗粒含量对复合材料性能的影响。结果表明:随TiC颗粒的引入,复合材料的强度得到提高,但TiC含量过高,TiC颗粒容易在晶界聚集,导致孔隙的产生和界面连接性的恶化,使复合材料的性能下降。当TiC含量为5%时,复合材料的耐磨性能最好;当TiC含量为10%时,复合材料表现出最高的抗拉强度(655.3 MPa)。

HA/316L不锈钢对称功能梯度生物复合材料的力学性能

采用干粉叠层法和热压工艺制备HA／316L不锈钢对称功能梯度生物复合材料，使用三点弯曲法测定HA／316L不锈钢对称功能梯度生物复合材料试样的抗弯强度和弹性模量，并借助扫描电子显微镜对试样对表面形貌和微观结构进行观察和表征，利用场发射高分辨扫描电子显微镜对试样进行元素线扫描分析。研究结果表明：通过控制HA粉末的含量（体积分数）在20％-40％之间时，所得复合材料的抗弯强度和弹性模量分别与人体骨的强度和模量相匹配，得到生物力学相容性好的复合材料；HA／316L不锈钢复合材料各梯度层之间过渡自然，没有明显的宏观界面、缺陷和裂纹等，梯度层内部和界面处两相分布均匀，且各成分均呈现连续的梯度分布，界面结合紧密。

TiC/316L不锈钢复合材料的高温氧化行为

采用粉末冶金法制备TiC/316L不锈钢复合材料（TiC质量分数为10%），研究该复合材料在700~900℃空气中的恒温氧化行为，分析氧化温度和氧化时间对其氧化行为的影响，并对氧化膜表面的相组成、形貌以及氧化机制进行分析。结果表明：在700~900℃氧化条件下，TiC/316L不锈钢复合材料表面形成的氧化膜以TiO2、Cr2O3、Fe3O4和FeCr2O4为主要组成相，且随氧化时间的延长，TiO2和FeCr2O4的衍射峰逐渐变强，试样在900℃氧化时，氧化膜中的Fe3O4会进一步与O2反应生成Fe2O3。温度从700℃升高至900℃，氧化膜表面铁的氧化物由细条状变为片状，继而发展成短柱状；而Ti的氧化物由大块结状发展成颗粒状，并且颗粒的尺寸随温度的升高而增大。

ZrO_2/316L不锈钢复合材料的SEM分析

采用热压（ＨＰ）烧结法制备了ＺｒＯ２／３１６Ｌ不锈钢复合材料．利用三点弯曲、单边切口梁(ＳＥＮＢ）等方法测定了材料的力学性能．通过扫描电镜(ＳＥＭ）现察复合材料的显微组织结构，研究 分析了材料在静载荷下的断裂机理．

316L/POM复合材料熔融沉积成型件的催化脱脂工艺研究

采用熔融沉积成型制备了316L/POM复合材料成型坯,研究了脱脂温度、催化剂流量、脱脂时间、试样尺寸和填充率等参数对熔融沉积成型坯脱脂率的影响。结果表明:随着脱脂温度的增大,脱脂率升高,但在130~140℃时有所下降。随着催化剂流量和脱脂时间的增大,脱脂率升高。随着试样厚度和填充率的增大,脱脂率降低,但试样的平面尺寸对脱脂率的影响不大。通过对熔融沉积成型坯的计算机断层扫描和扫描电子显微镜观察发现,在熔融沉积成型打印时,熔融丝料间隙形成的气体交换通道网可以加快脱脂速率。

316L不锈钢与CaSiO_3复合材料选择性激光熔化制备工艺

以纳米CaSiO_3粉末和316L不锈钢粉末为原料,利用高能球磨和选择性激光熔化(SLM)技术成功制备出316L/n CaSiO_3医用复合材料,并对其进行微观组织观察及力学性能测试。结果显示,复合材料中CaSiO_3含量是决定产品最终结构缺陷与稳定性的一个重要因素。在SLM过程中,扫描速度和激光功率决定了熔融是否充分完全,熔融不充分会使样品中产生大量缺陷,熔融过度会使样品性能不稳定。另外,增加激光功率,减小扫描速度,可以有效地提高样品的致密度。综合考虑,选用316L不锈钢/5CaSiO_3(CaSiO_3的质量分数为5%)复合材料,在160 W,400 mm/s条件下制备的样品性能稳定。

TiC/316L复合材料粉末注射成形工艺研究

采用粉末注射成形技术制备了5wt%TiC/316L复合材料。利用人工神经网络预测注射参数,并设计理想的脱脂和烧结工艺。最佳注射参数为:注射温度156℃、注射压力70 MPa、注射时间2 s、保压压力37 MPa、保压时间4 s、模具温度37℃。选择三氯乙烯作为脱脂溶剂,最佳脱脂温度为55℃,脱脂时间8 h。在1375℃真空烧结45 min时,烧结试件力学性能最佳,其硬度、抗拉强度、摩擦系数分别达到288 HV、508 MPa、0.530。

HA(ZrO_(2))/316L不锈钢纤维对称功能梯度生物材料

制备了HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维对称功能梯度材料(FGM),316L不锈钢纤维的含量(体积分数)按20%→10%→0→10%→20%呈轴向对称梯度变化.分析了材料的微观结构和微区元素含量,研究了材料的性能与316L不锈钢纤维含量的关系.结果表明,在HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维对称FGM中,316L不锈钢纤维在微观上呈无序和均匀分布状态,它被包裹于HA(ZrO2)基体中,两者紧密结合.316L不锈钢纤维与HA(ZrO2)基体间的界面表现为部分凹凸不平,紧紧地咬合在一起.在FGM基体中发生了微量的韧化相Fe元素扩散,在韧化相316L不锈钢纤维不发生基体相Ca、P元素的扩散,基体与韧化相之间不发生化学反应.随着316L不锈钢纤维含量的增加,HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维复合材料的断裂韧性和弹性模量逐渐增加,体现了FGM中各梯度层的力学性能缓和设计.按Miao模型计算HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维FGM中的残余热应力为515MPa,FGM的增韧机理主要为纤维的拔出增韧和层间的裂纹偏转增韧.

激光选区熔化成形不锈钢与纳米羟基磷灰石复合材料的组织及力学性能

采用激光选区熔化工艺（SLM）制备几种不同成分的316L-nHA（纳米羟基磷灰石nHA的体积分数分别为0、5%、10%、15%）复合材料，并测试其致密度与抗拉强度；利用SEM分析其组织及断口形貌。结果表明，当nHA的含量为5%时，材料的致密度和抗拉强度与纯不锈钢的相近，扫描速度为350 mm/s时强度达到最大值634.6 MPa；当nHA含量增大至10%~15%时材料致密度和强度明显降低，强度最高只有264.4 MPa。面能谱显示nHA均匀分布在金属基体中，呈弥散型金属-HA微界面结合特征。nHA和316L热膨胀系数的差异，且nHA中富含P，导致SLM过程中产生裂纹，当nHA含量由5%增大至15%时，裂纹密度明显增大，且互相联通。当nHA含量为5%时，提高扫描速度有利于抑制裂纹产生；当nHA含量增大至10%~15%时，由于P增多，增大扫描速度对裂纹的抑制作用较小。在适当的材料配比和工艺条件下利用SLM可制备出满足承重骨修复体力学性能要求的316L-nHA复合材料，有望改善金属植入体的生物相容性。

316L不锈钢表面Co2O4/MoS2纳米复合涂层的组织和析氢性能

为获得廉价高效的电解水催化材料,通过水热法在316L不锈钢上制备Co2O4/MoS2纳米复合材料,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及透射电镜(TEM)对制备的试样进行测试,并采用极化曲线对其析氢效果进行了电化学表征。结果表明:MoS2纳米材料在不锈钢表面分布均匀,具有花瓣状堆叠结构;Co2O4纳米材料呈垂直制备形态,表现出明显取向性排列趋势;Co2O4/316L纳米材料的XRD谱中除存在不锈钢对应的3个特征衍射峰之外,还形成了Co2O4对应的衍射峰,MoS2(002)晶面的特征峰表现为往低角度偏移的情况;Co2O4/MoS2纳米材料具有优异的析氢性能,且随着过电位增大电流密度明显上升,析氢反应速度更快;Co2O4与MoS2之间可通过协同作用提高析氢性能。

316L不锈钢／Y-PSZ复合材料摩擦磨损特性

在MRH-3型高速环块磨损试验机上研究了粉末冶金方法制备的316L不锈钢／Y-PSZ金属陶瓷复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能，并与T10钢（HRC45）的耐磨性能进行了对比．考察了316L不锈钢体积分数（30％～50％）、颗粒尺寸（10．8～51．6μm）及对偶环转速（200～280r·min^-1）对材料耐磨性的影响．结果表明：随着316L不锈钢含量的增加和颗粒尺寸的增大，或随着对偶环转速的提高，复合材料的耐磨性下降．在本文研究条件下，除个别情形外，所制备316L／Y-PSZ复合材料的耐磨性能优于T10钢；当不锈钢体积分数为30％、颗粒尺寸为10．8Ⅱm时，复合材料的耐磨性能达到T10钢的3．0～3．2倍．316L不锈钢／Y-PSZ复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢颗粒剥落和Y-PSZ基体层片剥落．

选区激光熔化打印Al_(0.5)CoCrFeNiTi_(0.5)/316L复合材料的微纳力学及耐蚀性能

选用316L不锈钢为基体材料,Al_(0.5)CoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金(HEA)粉末为颗粒增强体,通过选区激光熔化(SLM)制备了不同HEA含量的316L不锈钢基复合材料,对复合材料的微观组织、微纳力学和耐蚀性进行了研究。结果表明,SLM打印的316L不锈钢及其复合材料内部未出现孔洞、裂纹等缺陷,重熔区主要由细小的胞状晶组成,非重熔区由胞状晶和等轴晶组成,这是由凝固过程中熔池温度梯度所导致的;随着复合材料中HEA含量的增加,材料的硬度和弹性模量呈现升高的趋势,强化机制主要是固溶强化和细晶强化;复合材料的自腐蚀电位先向负后向正方向移动,自腐蚀倾向先变大后变小。

Bone-like apatite formation on HA/316L stainless steel composite surface in simulated body fluid

HA/316L stainless steel(316L SS) biocomposites were prepared by hot-pressing technique. The formation of bone-like apatite on the biocomposite surfaces in simulated body fluid(SBF) was analyzed by digital pH meter,plasma emission spectrometer,scanning electron microscope(SEM) and energy dispersive X-ray energy spectrometer(EDX). The results indicate that the pH value in SBF varies slightly during the immersion. It is a dynamic process of dissolution-precipitation for the formation of apatite on the surface. With prolonging immersion time,Ca and P ion concentrations increase gradually,and then approach equilibrium. The bone-like apatite layer forms on the composites surface,which possesses benign bioactivity and favorable biocompatibility and achieves osseointegration,and can provide firm fixation between HA60/316L SS composite implants and human body bone.

TiC/316L复合材料的致密化和力学性能试验

采用真空烧结法制备出TiC颗粒增强316L不锈钢复合材料.通过对试样进行光学显微分析并测定其相对密度和拉伸性能,研究了增强相含量和模压压力对复合材料的致密化和拉力学性能的影响,并对断口形貌进行分析.结果表明:添加TiC颗粒有利于复合材料的烧结致密化;TiC颗粒的体积分数对复合材料的拉力学性能有较大影响,当TiC的体积分数从0%增加到10%时,复合材料的抗拉强度从543MPa提高到655MPa,而断裂应变却从0.325减至0.052;在较低的模压压力下,提高模压压力有利于复合材料的相对密度、抗拉强度的增加;但过高的模压压力会使试样在烧结后残余封闭孔隙,降低复合材料的塑性性能和抗拉强度.当模压压力为500MPa时,可得到相对密度高、组织致密、增强相颗粒分布均匀、拉伸性能良好的复合材料.

凝胶离心成型制备316L-TiC复合材料

将凝胶离心成型工艺应用于316L-TiC复合粉末的坯体成型,研究了固含量对316L-TiC复合粉末浆料流变性的影响以及引发剂的加入量对粉末浆料固化时间的影响,分析了凝胶离心成型工艺中离心转速与316L-TiC坯体的密度和强度的关系。结果表明:以油酸作分散剂,制备稳定且流动性好的浆料的最佳固含量为55%(体积分数);引发剂的加入量为0.7%(占预混液的质量分数),采用自行设计的离心成型机,选择最佳转速3000r/min,制备出的坯体密度高、无残留气孔,相对密度64.3%,强度26.3MPa。坯体经真空脱胶1380℃烧结保温1h制备出316L-TiC合金管,烧结体收缩均匀无变形,TiC颗粒呈均匀分布。

选区激光熔化MnSi_(2)增强316L不锈钢复合材料的表面质量及耐蚀性能

为改善316L不锈钢在海洋环境下的耐腐蚀性能,通过MnSi_(2)增强316L不锈钢基体,采用选区激光熔化(SLM)制备MnSi_(2)/316L不锈钢复合材料。利用Image-Pro Plus软件、光学显微镜、扫描电镜(SEM)及电化学工作站研究了激光功率对316L不锈钢金属基复合材料致密度及耐腐蚀性能的影响,通过Tafel极化曲线和阻抗谱表征其耐腐蚀性能的强弱,并通过点蚀形貌揭示了其腐蚀机理。结果表明:添加MnSi_(2)是提高316L不锈钢耐腐蚀性能的有效途径。随着激光功率的增大,耐腐蚀性能呈现先提高后降低的趋势,当激光功率达到190 W时,2%MnSi_(2)/316L不锈钢复合材料的致密度为99.80%,其腐蚀电位为-0.053 V(vs SCE)。同时,2%MnSi_(2)可以显著改善316L不锈钢的成形质量,提高其耐腐蚀性能,其腐蚀形式为氯离子诱导氯化物生成的点蚀,且点蚀产生位置主要集中在孔隙边界处。