2019年, 第37卷, 第2期　
刊出日期：2019-04-20

  

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研究与开发
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  激光选区熔化成形S136模具钢热处理组织和性能研究

  朱学超, 魏青松, 孙春华

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 83-90. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.001

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  激光选区熔化是非平衡凝固过程，成形过程会产生热应力及组织应力，造成金属零件开裂、变形等缺陷，后期热处理是改善激光选区熔化金属零件微观组织和提升性能的有效手段。本文研究了后期热处理参数（热处理温度、保温时间及冷却方式）对激光选区熔化成形的S136模具钢零件微观组织和性能的影响。结果表明：最优热处理参数为1050℃，保温30 min，水冷。在最优热处理工艺下S136模具钢试样洛氏硬度达到HRC 53.7，比热处理之前提高了8.6%，洛氏硬度标准差比热处理之前降低了37.14%，硬度均匀性得到显著改善；试样的耐磨性、最大显微硬度和最大弹性模量比热处理前分别提升33.5%、3.3%和8.6%；试样的熔池形态鳞状形貌结构消失，碳化物相CrFe₇C0.45溶解，组织均匀，基本呈现各向同性特征。
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  TiB₂对Ta-W合金氧化行为的影响

  赵成会, 陈宇红, 羿舟昌, 李璐, 王鸿业

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 91-97. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.002

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  采用热压烧结制备Ta-W合金和Ta-W-TiB₂合金，研究两种合金在700、800和900℃的高温氧化行为，通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察和能谱分析对合金的氧化层组分和组织形貌进行分析。结果表明：两种合金经热压烧结后的相对密度均达到97%以上，可以实现致密化。在氧化温度范围内所有合金的氧化动力学曲线都遵循直线规律，氧化温度升高氧化速率逐渐增大。Ta-W合金的氧化产物为Ta₂O₅固溶体，Ta-W-TiB₂合金的氧化产物为Ta₂O₅固溶体和TiO₂氧化物。在700~800℃下，稳定的TiO₂提高了Ta-W-TiB₂合金的抗氧化能力，但在900℃时，TiO₂的破坏大大减弱了氧化层对基体的保护能力。
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  基于离散元法的金属粉末压制加载速度对压力分布影响

  张超, 刘军, 罗晓龙, 田始军, 林立, 周纯

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 98-103,111. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.003

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  基于离散元原理，采用三维离散元软件PFC3D模拟冲头加载过程，研究以不同冲头速度撞击金属粉末颗粒所产生的透射波以及对侧壁的压力分布。结果表明，对于离散性介质，冲击加载下的应力波传播不单受到颗粒材质波阻抗的影响，还受到颗粒运动和力链形成的很大影响。通过对比不同冲击加载速度下阴模底部的受力，发现随着冲击速度的提高，透射波的峰值成线性增长；通过均分阴模侧壁的方式得到侧壁不同位置所受的侧压力峰值，发现侧壁所受压力呈波谷式分布，从而分析得到颗粒间力链的传播和分布规律。
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  合金元素对Fe基金刚石节块胎体组织及性能的影响

  高雅, 纠永涛, 于新泉, 于奇

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 104-111. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.004

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  选取Fe、Cu、Sn、Ni四种金属粉末作为烧结金刚石节块的胎体材料，设计混料试验预测成分变化对胎体性能的影响规律。结果表明：胎体中主要含α-Fe相、γ（Fe，Ni）相、Cu_13.7Sn固溶体和Cu₃Sn化合物。随Sn质量分数的升高，Cu_13.7Sn固溶体减少，脆性Cu₃Sn相增多，当Sn质量分数增大到一定程度后，组织中Cu_13.7Sn固溶体全部转化成Cu₃Sn脆性相，因此，胎体硬度先增高后趋于稳定；Sn质量分数越高，胎体中脆性相越多，割裂基体，胎体抗弯强度下降。Ni易固溶于Cu、Fe中，产生固溶强化，Ni质量分数升高，胎体硬度和抗弯强度均有一定程度的提高；在Sn质量分数较低时，Cu质量分数越高，Cu_13.7Sn固溶体量越多，胎体硬度下降；在Sn质量分数较高时，Cu质量分数越高，组织中脆性Cu₃Sn相量越多，胎体硬度提高。Cu易与Ni、Fe形成置换式固溶体，产生固溶强化作用，Cu质量分数的升高对胎体抗弯强度有一定程度的提高。
材料·制品·应用
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  石墨-镍涂层与泥岩渣土的摩擦磨损研究

  赵兴科, 王志华, 唐荣华, 魏林春

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 112-117. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.005

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  为了解决盾构施工的泥饼问题，利用火焰喷涂在Q345钢板表面制备了石墨-镍涂层，通过摩擦磨损试验分析了涂层和无涂层试样与泥岩渣土的摩擦行为，研究了石墨-镍涂层对摩擦系数、表面磨损量和表面磨痕的影响。结果表明，干摩擦条件下，泥岩渣土与无涂层表面和涂层表面的摩擦系数分别为0.4和0.3；湿摩擦条件下，泥岩渣土与无涂层表面和涂层表面的摩擦系数分别为0.25和0.05。随着载荷从50 g增加到500 g，湿摩擦条件下涂层表面磨损量增加缓慢，干摩擦条件下涂层表面磨损量呈台阶式增加；在干摩擦条件下，随载荷增加，磨痕宽度和深度增加，局部出现犁沟形态。现场试验结果证实，滚刀刀桶端面火焰喷涂石墨-镍涂层能够有效抑制盾构在泥岩地质层施工过程中的刀盘结泥现象。
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  粉末冶金工艺对纯铁软磁材料性能的影响

  江利民, 辛立军, 张广安, 王鸿健, 周岐

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 118-123. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.006

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  利用粉末冶金技术制备纯铁软磁材料，在不同温度和压力下将不同粒径铁粉压制成生坯，并在保护气氛下进行烧结。结果表明：不同粒径铁粉混合有助于压坯密度的增加，适宜的压制温度可以有效地促进粉末流动，避免大尺寸孔洞的形成，优化组织。140℃、800 MPa温压条件下雾化铁粉压坯密度最高可达7.35 g·cm^-3。对比常温压制，温压压坯烧结后孔洞分布均匀。烧结体密度随温度的升高而上升，雾化铁粉压坯在1250℃烧结后密度最高可达7.47 g·cm^-3。在一定范围内，软磁材料磁性能与密度成正比，混粉压制试样的密度接近理论值，但在混合铁粉中，较细的铁粉夹杂于粗粉中，阻碍磁畴壁移动，造成饱和磁化强度（M_s）偏小、矫顽力（H_c）偏大的现象，M_s为205.51 emu·g^-1，Hc为7.9780 Oe。
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  喷射成形与传统熔炼高速钢M2的组织与力学性能研究

  张海军, 杜文华, 辛栋梅

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 124-128. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.007

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  通过喷射成形和传统熔炼（中频冶炼+电渣重熔）两种工艺生产了高速钢M2（W6Mo5Cr4V2）试样，利用金相显微镜和M-200磨损试验机对同规格同位置的两种试样的退火组织、非金属夹杂物、淬回火硬度、显微组织和力学性能进行了研究。结果表明，喷射成形M2试样的碳化物分布均匀、尺寸细小，传统熔炼M2试样碳化物呈条带状分布；在相同热处理制度和位置下，喷射成形M2试样的回火硬度与传统熔炼M2试样相当；喷射成形M2试样的耐磨性要比传统M2试样提高约41%；喷射成形M2试样中尺寸大于2μm的MC类碳化物数量明显多于传统M2试样，使得在同等硬度下喷射成形M2试样的耐磨性能要优于传统M2试样。由此可知，喷射成形M2试样的组织及力学性能均优于传统熔炼M2试样，喷射成形技术具有工艺先进性。
工艺与设备
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  基于扩展离散元法的超声振动粉碎装置颗粒粉碎效果分析

  商竹贤, 马麟, 刘波, 赵艳波

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 129-133,139. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.008

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  根据超声振动原理设计了一种高效颗粒超细粉碎装置，在扩展离散元分析软件中对物料在变幅杆高频冲击下的粉碎过程进行仿真模拟，并与实验结果相比较，分析超声频率、粒径大小、颗粒材料对粉碎效率的影响。研究结果表明，随着超声频率的增加，装置粉碎效率先增大后趋于稳定，考虑到系统稳定性，选取38 kHz为最优超声振动频率；装置对粒径为200~500μm的颗粒具有良好的粉碎效果；装置对高强度、高硬度的天然、人工合成材料均有良好的粉碎效果，随着硬度的下降，粉碎效果变优，尤其适用于颗粒内部具有微缺陷和微裂纹的材料；通过对比实验验证了仿真结果的可靠性。
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  搅拌球磨磨制片状银粉工艺研究

  张晓烨, 钟翔, 陈学刚, 胡楠, 王军, 柴智渊

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 134-139. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.009

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  通过搅拌球磨的方式在不同球磨助剂及球磨时间下，利用不同比表面积的前驱体磨制了片状银粉。采用激光粒度分布仪、扫描电子显微镜、比表面测试仪及松装、振实密度测试仪等设备研究了片状银粉的物理性能及导电性。结果表明：在球磨介质、料球比确定的前提下，使用比表面积为0.50 m²/g左右、分散性良好的类球形银粉为前驱体，以硬脂酸为球磨助剂，控制球磨时间为12 h，可制备得到方阻值不高于15 ?/□的片状银粉，该银粉适用于导电银浆。
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  烧结温度对锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂性能的影响

  亢静锐, 董桂霞, 李雷, 李宗峰, 杨双娟

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 140-146. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.010

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  采用钛酸四丁酯为钛源、一水合氢氧化锂为锂源，利用水热法制备锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂（LTO），研究了水热后不同烧结温度对LTO相组成、微观形貌及电化学性能的影响。结果表明：当煅烧温度分别为500、550、600、650、700℃时，烧结LTO均为尖晶石型；500、550、600℃烧结LTO的微观形貌为纳米片状结构，当温度升高到650℃时，LTO出现纳米棒状结构，随着温度继续升高，LTO在700℃时生成较厚的纳米片状结构；当烧结温度为650℃时，LTO的比表面积为94.5907 m²·g^-1，气孔体积为0.9663 mL·g^-1，此时Li₄Ti₅O₁₂的放电比容量达到最大值240 mAh·g^-1；电流密度100 mA·g^-1、循环260次条件下，LTO容量保持率达96.45%，电流密度为1和2 A·g^-1、循环1000次条件下，LTO容量保持率达92.97%和77.21%。
文献综述
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  钛白粉制备技术的研究及发展

  廖鑫, 杨绍利, 马兰, 李宏, 黄栋

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 147-152. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.011

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  综述了钛白粉制备的不同工艺，总结了硫酸法和氯化法在钛白粉制备中的优缺点，分析了传统硫酸法的水解过程以及氯化法中的气相氧化、内表面结疤等问题，展望了钛工业的发展趋势。结果表明，硫酸法制备钛白粉的技术日趋成熟，在实验室条件下，硫酸法中水解过程遇到的问题得以解决，但是在工业化生产时，无法做到兼顾优化水解和提高TiO₂颜料的性能，难以满足工业生产需要。氯化法被认为是当今钛白粉制取技术的发展趋势，与硫酸法相比，氯化法有巨大的环保优势，而且易于实现连续化和自动化，经济效益较好。但是氯化法对生产技术和装备材料的要求高，关键设备结构复杂，在国内的推广受到限制。国内钛白粉产业应提升现有的硫酸法工艺水平，同时对硫酸法工艺向氯化法工艺转变做出调整，还需研发新的污染物处置技术和治理方法，实现钛白粉产业的可持续发展。
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  制动摩擦材料研究进展

  邱倩, 纪箴, 杜建华, 贾成厂, 陈明营, 武秋池, 吴超, 钱铸, 郑秀峰

  粉末冶金技术. 2019, 37(2): 153-158. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.02.012

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  制动摩擦材料利用运动表面相接触时所产生的摩擦阻力达到减速或终止运动目的，是运载机械中安全保障装置的重要组成部分。本文综述了半金属基、金属基及非金属基制动摩擦材料的研究现状及优缺点，介绍了熔铸法、粉末冶金法及三维编织法等制动摩擦材料制备方法，并从摩擦、磨损、热稳定性等方面分析了制动摩擦材料的关键特性。从研究状况可知，摩擦材料正向少纤维、无纤维型方向发展，高性能、环保型摩擦材料具有较大的发展优势。优化制备工艺、降低生产成本、提高性能、扩大应用领域将是未来制动摩擦材料的研究重点。