2020年, 第38卷, 第2期　
刊出日期：2020-04-20

  

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研究与开发
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  基于逆向设计思想的低速重载轴承用铜基粉末合金的设计

  邓正华, 尹海清, 李万全, 吴恒斌, 张国飞, 刘国权, 曲选辉

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 83-91,97. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.001

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  基于需求导向,采用逆向设计思想设计和开发了低速重载轴承用材料。首先,利用有限元分析方法对低速重载滑动轴承服役条件进行分析,获得了该服役条件下对材料性能的需求;然后,依据性能需求指标,通过Ashby法绘制材料性能图,并对各种可用材料进行比较和筛选,确定Cu12Al6Ni5Fe铜基合金作为轴承材料;最后,采用粉末冶金法制备Cu12Al6Ni5Fe合金,获得的合金强度为340MPa,硬度HB 138,达到了预期目标,并通过对合金显微组织的分析,提出了进一步改进思路。
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  时效时间对表面机械研磨处理Cu-4.5Ti合金组织和硬度的影响

  赵海涛, 刘超

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 92-97. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.002

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  采用表面机械研磨法使Cu-4.5Ti合金表面形成纳米晶,利用X射线衍射分析,透射电子显微镜观察和显微硬度测量等手段研究时效时间对表面机械研磨处理Cu-4.5Ti合金组织和硬度的影响。结果表明:经过表面机械研磨处理后的Cu-4.5Ti合金发生了塑性变形,表层塑性变形明显,试样中出现了纳米晶结构,形成大量交割状态的机械孪晶;经过8 h时效处理后,试样中形成了更加致密的孪晶组织,并产生了更多孪晶区域。经表面机械研磨处理合金试样的显微硬度由表层向基体内部表现为先增大后减小的趋势,并最终达到稳定状态;经过8 h时效处理后试样到达峰值硬度,此时合金表层硬度增大至HV 213,并在离表层深度约50 μm处获得HV 278的峰值硬度。
材料·制品·应用
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  一步水热法合成3D花状CoS锂离子电池负极材料的组织及电化学性能研究

  李宗峰, 董桂霞, 亢静锐, 李雷

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 98-103,112. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.003

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  以CoCl₂·6H₂O和硫脲(CH₄N₂S)为原料,采用一步水热法,通过改变钴硫摩尔比和添加表面活性剂制备出两种不同形貌(3D花状和球状)的硫化钴(CoS)锂离子电池负极材料。结果表明,当钴硫摩尔比为1:1时,在180℃下水热反应12 h可得到3D花状CoS负极材料,其三维立体花状结构由纳米级层片组成;当钴硫摩尔配比为1:1,添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),在180℃下反应12 h可制得由小颗粒聚结成的球状CoS负极材料。在0.1C电流密度下,3D花状CoS电池首次放电比容量为752 mAh·g^-1,并且具有良好的倍率性能;在1C电流密度下,经过200圈的循环测试后,3D花状CoS电池仍有较高的放电比容量(185 mAh·g^-1),远高于球状CoS电池(118.6 mAh·g ^-1),并且没有衰减的趋势。
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  粉末冶金制备碳纤维增强铁-铜基摩擦材料的组织与性能

  任澍忻, 陈文革, 冯涛, 欧阳方明

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 104-112. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.004

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  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。
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  粉末锻造齿轮材料的组织与性能研究

  张冰清, 王琪, 王邃, 王华磊, 江峰, 孙军

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 113-120. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.005

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  粉末锻造(粉锻)技术结合了粉末冶金技术和精密锻造技术的优点,对烧结的预压件进行一次锻打即可生产出精度高、力学性能强的近净成形产品。本文选择一款齿轮材料(Q61),通过压制、脱脂、烧结工艺获得标准块预压件,然后进行闭模热锻获得致密的标准块。对标准块进行物理性能(密度、硬度、拉伸性能、疲劳性能等)测试和微观组织表征。结果表明,获得的Q61粉锻标准块基本完全致密,密度为7.87 g·cm^-3;空冷硬度约为HRC 25.3,淬火硬度约为HRC 62.1,空冷态较低的硬度为零件后续机加工、整形提供了保证,后续淬火获得的高硬度可节省渗碳工序;标准块抗拉强度达到1052.8 MPa,可与常用齿轮钢性能媲美。本文采用粉锻技术,成功制备出高质量行星直齿轮,其齿部高频淬火后硬度与渗碳齿轮的硬度相当。该工作为粉末锻造技术在我国工业界的发展提供了有益的探索。
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  HNO₃和γ-Fe₂O₃改性椰壳活性炭吸附性能研究

  赵思孟, 黄帮福, 刘兰鹏, 赵宏伟, 刘维赛, 刘弘伟, 潘春雷

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 121-125. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.006

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  为了提高活性炭的吸附性能,对市售椰壳活性炭进行硝酸改性和负载γ-Fe₂O₃催化剂改性。对改性前后的椰壳活性炭分别进行了碘值吸附和亚甲基蓝吸附实验,结果表明:硝酸改性和负载γ-Fe₂O₃催化剂改性后椰壳活性炭的碘吸附值分别提高了16.1%和39.3%;硝酸改性后椰壳活性炭的亚甲基蓝吸附值提高了10.7%,负载γ-Fe₂O₃催化剂改性椰壳活性炭的亚甲基蓝吸附值降低了3.5%。两种改性方法对椰壳活性炭的总体吸附能力都有所增强,其中负载γ-Fe₂O₃催化剂改性椰壳活性炭总体吸附能力强于硝酸改性椰壳活性炭。本研究结果可为活性炭治理钢铁企业烧结烟气中的SO₂和NO_x提供借鉴。
工艺与设备
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  放电等离子烧结快速制备高钪含量铝钪合金

  柳旭, 王炜, 元琳琳, 王峰

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 126-131. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.007

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  采用放电等离子烧结技术制备高钪含量Al-Sc合金,利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪等设备对球磨前后Al-Sc合金粉末的形貌、相组成以及不同温度快速烧结样品的显微组织结构进行观察和分析,研究烧结温度对Al-Sc合金显微组织的影响。结果表明:球磨后粉末的形状较规则,其颗粒尺寸为25~45 μm,并初步实现了机械合金化,除Al、Sc相以外,有少量Al₃Sc和AlSc₂相生成。放电等离子烧结可实现高钪含量铝钪合金的快速致密化,成功制备出钪含量30%(质量分数)的铝钪合金,通过调整烧结工艺参数,烧结样品的相对密度可达92.19%;当烧结温度高于500℃时,所得样品致密,无孔洞,且无明显晶界;随着烧结温度的提高,Sc相与第二相融合,形成Al₃Sc、AlSc₂等第二相,存在于合金中,且Al₃Sc相呈现逐渐增强的趋势。
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  热等静压法制备大尺寸铝基碳化硼复合材料及性能研究

  陈锦, 熊宁, 葛启录, 王铁军, 蔡静, 刘桂荣

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 132-137. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.008

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  采用热等静压法制备铝基碳化硼复合材料(Al-B₄C)板材,测试板材的密度和抗拉强度,并观察复合材料的微观组织和拉伸断口形貌。结果表明,Al-31% B₄C (质量分数)板材的尺寸为3 mm×200 mm×5000 mm;Al-31% B₄C复合材料的相对密度大于99.69%,抗拉强度大于300 MPa,断后延伸率大于3%,B₄C颗粒均匀分布在基体中,并与基体紧密结合;Al-B₄C复合材料板材的力学性能符合工程用中子吸收材料的要求。比较含不同质量分数B₄C颗粒(10%、15%、20%、25%、30%、31%、35%、40%)的Al-B₄C复合材料性能,当B₄C质量分数为10%~40%时,随基体中B₄C颗粒含量的增加,Al-B₄C复合材料的密度和相对密度均逐渐降低;当B₄C质量分数为10%~35%时,随基体中B₄C颗粒含量的增加,Al-B₄C复合材料的抗拉强度逐渐增大,断后延伸率逐渐降低。
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  射频等离子体制备球形钽粉及其性能表征

  杨坤, 汤慧萍, 王建, 刘楠, 杨广宇, 贾亮, 贾文鹏, 支浩

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 138-142,158. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.009

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  采用射频等离子体对不规则状冶金级钽粉进行了球化处理,研究了粉末供给速率对球化率的影响。结果表明,当粉末供给速率为10 g·min^-1时,钽粉的球化率可到90%以上;球化后的钽粉球形度良好、表面光洁,内部无空心缺陷,流动性为13.84[s·(50 g)^-1],松装密度从5.87 g/cm³增加到9.35 g/cm³,达到了增材制造技术的要求;球化后的粉末杂质元素含量和物相组成没有发生变化。
文献综述
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  稀土掺杂Sr₂MgSi₂O₇长余辉发光材料的研究进展

  王岳, 武鑫江, 蔡永丰, 黄春草, 徐自林, 沈毅

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 143-149. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.010

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  硅酸镁锶(Sr₂MgSi₂O₇)作为目前常用的一种长余辉发光材料基质,性能稳定,耐酸碱性能良好。本文介绍了长余辉发光材料的发光原理,综述了近年来Sr₂MgSi₂O₇长余辉发光材料的主要制备方法以及稀土掺杂Sr₂MgSi₂O₇材料的研究进展,并对该材料的发展做出了展望。制备Sr₂MgSi₂O₇长余辉发光材料的方法主要包括高温固相法,溶胶-凝胶法,化学沉淀法和燃烧合成法,其中最常用的为高温固相法。通过掺杂稀土离子可以形成具有不同发光特性的长余辉发光材料。稀土掺杂Sr₂MgSi₂O₇材料作为一种储能、节能的长余辉发光材料,展现出了广阔的发展和应用前景。
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  粉末冶金法制备颗粒增强钛基复合材料的研究进展

  杨宇承, 潘宇, 路新, 于爱华, 惠泰龙, 刘艳军

  粉末冶金技术. 2020, 38(2): 150-158. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.02.011

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  颗粒增强钛基复合材料因具有高强度、轻量化、耐蚀性和高温力学性能优良等特点被广泛应用于航空航天、汽车工业、医用工程领域。本文介绍了钛基复合材料在国内外的发展概况与研究成果,阐述了钛基复合材料基体组成、增强体形貌及物理性质、增强体引入方式、制备工艺及力学性能等方面,重点讨论了利用不同粉末冶金法制备颗粒增强钛基复合材料的工艺特点及材料特性,并对其进一步研究提出展望。