2020年, 第38卷, 第3期　
刊出日期：2020-06-20

  

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研究与开发
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  定向分布石墨烯纳米片/Al8030复合材料的低温蠕变性能研究

  郭宇明, 易丹青, 张嘉艺, 王斌

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 163-173. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.001

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  采用粉末改性和半固态挤压工艺制备了石墨烯纳米片/Al8030复合材料,其中石墨烯纳米片质量分数为0.5%,研究了石墨烯纳米片对铝基复合材料显微组织和低温蠕变性能的影响。结果表明:石墨烯纳米片主要分布于晶界处,并且具有与挤压方向平行的定向分布特征。复合材料样品在服役条件下的稳态蠕变速率与铝合金基体相比下降超过50%。在90℃和50~90MPa实验条件下,基体的蠕变机制以位错攀移机制为主,而复合材料的蠕变则由位错滑移和位错攀移机制共同影响;在120~150℃和50~90MPa实验条件下,基体和复合材料的蠕变均由位错攀移机制和第二相增强机制协同控制,但石墨烯纳米片的添加使得第二相增强机制对蠕变的控制更明显。
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  锻造温度对含钼粉末热锻合金显微组织及力学性能的影响

  孙露, 张继峰, 邱天旭, 申小平

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 174-182. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.002

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  采用粉末热锻工艺制备Fe-1C-2Cu-xMo (x=0.50,0.85,1.46,质量分数)合金,分析锻造温度和Mo质量分数对烧结态及锻造态合金密度、显微组织、静态力学性能和动态摩擦性能的影响。结果表明:锻造工艺能够有效提高材料密度,锻后合金相对密度可达到98.5%,锻态合金组织主要由贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成。合金硬度随Mo质量分数的增加而提高,随锻造温度的升高先降低后提高,1050℃锻造Fe-1C-2Cu-1.46Mo合金硬度可达HRB116.38。Mo质量分数和锻造温度共同影响合金横向断裂强度,1000℃锻造Fe-1C-2Cu-0.50Mo合金强度最高可达2608MPa,合金断裂方式为韧脆混合型断裂。材料动态摩擦性能随Mo质量分数的增加显著提升,当锻造温度为950℃且Mo质量分数为1.46%时,材料的摩擦系数仅为0.088,明显低于其他材料且波动较小。
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  淬火温度对M4粉末高速钢组织和性能的影响

  李强, 郭彪, 吴辉, 张茜, 敖进清, 敖逸博

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 183-191. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.003

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  为了研究淬火温度对M4粉末高速钢组织和性能的影响,利用光学显微镜观察高速钢试样的金相组织,对淬火组织的晶粒度进行评级,并对回火组织中碳化物的组成和分布进行统计;采用洛氏硬度计和材料万能试验机测试试样的硬度和抗弯强度。结果表明:随淬火温度的升高,M4粉末高速钢淬火后硬度先上升后下降,在1200℃时出现最大值HRC62.9;淬火态试样的晶粒度随淬火温度的升高而降低。经三次回火后M4粉末高速钢硬度值较淬火态均有提高,且随淬火温度的升高,先增高后下降,在淬火温度为1190℃时达到最大值HRC66.4。随淬火温度的升高,回火态试样的抗弯强度逐渐下降,碳化物聚集长大倾向明显,尺寸均匀性下降。M4粉末高速钢的最优淬火温度区间为1180~1190℃。
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  温度对镍基高温合金粉末氧化行为的影响

  许文勇, 李周, 刘玉峰, 张利冲, 张国庆

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 192-196. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.004

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  通过化学分析、扫描电子显微镜观察、X射线衍射分析及X射线光电子能谱分析等方法,研究了温度对镍基高温合金粉末氧化行为的影响。结果表明,室温条件下,粉末氧含量(质量分数)较低(0.012%),粉末表面发生部分氧化,表面存在Ni、Cr、Ti等元素的单质态和以Ni (OH)₂、Cr₂O₃、TiO₂为主的氧化物/氢氧化物;当温度上升至150℃,氧含量增加不明显;随着温度进一步提高至250℃,粉末氧含量明显增加,达到0.034%,粉末表面全部氧化,表面主要由Ni (OH)₂、Cr₂O₃、TiO₂组成。温度对镍基高温合金粉末氧化行为影响显著,合理控制温度可以获得低氧含量的粉末,本研究所用镍基高温合金粉末大气条件下最高处理温度为150℃。
材料·制品·应用
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  Kaolin/ZrO₂复合纳米粉体制备及性能研究

  郭春芳

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 197-200. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.005

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  以Zr (NO₃)₄·5H₂O为锆源,利用水热法分别制备ZrO₂和kaolin/ZrO₂复合纳米粉体,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、红外光谱仪分析了样品的微观形貌及特性,使用紫外-可见分光光度计研究了样品的吸光特性,利用Brunauer-Emmet-Teller (BET)气体吸附法(氮气吸附)测定并计算了样品的比表面积。结果表明,经过400℃煅烧后,kaolin/ZrO₂表面微球颗粒较纯ZrO₂更加均匀、单一,不存在成块团聚体;两种样品均存在介孔结构,ZrO₂主要以无定形形式存在,但样品中都存在少量的四方相ZrO₂;在波长190~800nm范围内,kaolin/ZrO₂纳米粉体吸光率均高于纯ZrO₂,并且其BET比表面积也比纯ZrO₂高19.05m²·g^-1,kaolin/ZrO₂纳米粉体在防紫外光特种材料制备及光催化处理工业废水等方面具有更大的优势与潜力。
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  内燃机用粉末烧结Ti-21.5Nb合金组织与力学性能研究

  邓璘, 蒋丽华

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 201-205. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.006

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  采用放电等离子烧结技术制备内燃机用Ti-21.5Nb-2Zr-1.2Mo-0.1Y钛合金材料(Ti-21.5Nb),并对其进行固溶和时效处理,通过扫描电子显微镜、金相显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸测试仪等设备分析试样的微观形貌、组织结构、物相组成以及力学性能。结果表明:采用等离子旋转电极法制备的预合金球形粉末相对密度较高,并且未形成孔洞;烧结试样和固溶试样都是由β相与α相组成,放电等离子烧结Ti-21.5Nb合金和常规铸锭合金具有相同的相结构变化规律;合金烧结组织由β等轴晶和一些小尺寸α相构成,其中β等轴晶的粒径介于30~80μm;在800℃下对烧结试样进行固溶时效处理,得到的固溶组织主要是由β相构成,同时在β相中还生成了椭球形α弥散组织;在500℃下对Ti-21.5Nb固溶试样进行时效处理,在合金基体中析出ω相,而原先的α相全部消失;在380℃时效处理时,组织中只存在α相,ω相完全消失;在800℃对Ti-21.5Nb合金进行固溶时效处理可以获得力学性能更优的钛合金材料。
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  硅黄铜预合金粉末在金刚石工具中的应用

  于奇, 马佳, 龙伟民, 钟素娟, 潘建军, 于新泉

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 206-210,233. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.007

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  采用气水耦合雾化法制备了含有质量分数0.4%稀土Ce的硅黄铜预合金粉末,在680~720℃热压烧结预合金粉末,获得了致密烧结体。通过洛氏硬度计测试烧结体硬度为HRB62~65,使用万能力学实验机测试烧结体抗弯强度为530~550MPa,利用扫描电子显微镜观察烧结体基体微观组织为α相黄铜,组织中还存在蠕虫状及花状的弥散银灰色(β'+γ)相。选择添加质量分数20%的硅黄铜预合金粉末配方(铁粉+铜粉+锌粉+预合金粉末)制备花岗岩切割用金刚石刀头,与单质粉末混合配方(铁粉+铜粉+锌粉)制备的刀头相比,添加硅黄铜预合金粉末的刀头硬度增加22%,抗弯强度降低8%,刀头锋利度和使用寿命整体提升,胎体磨粒夹杂减少,并出现大量排屑沟槽。
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  热压烧结原位合成Co_ss/Co₃Mo2Si复合材料

  邹二勇, 刘济慧, 邹欣伟

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 211-216. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.008

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  为优化过渡金属硅化物的中低温脆性,以金属粉末为原料通过热压烧结制备了Co₃Mo₂Si增强、Co基固溶体(Co_ss)增韧Co_ss/Co₃Mo₂Si复合材料,并对其微观组织结构及力学性能进行了研究。结果表明:Co_ss/Co₃Mo₂Si复合材料主要由Co₃Mo₂Si三元金属硅化物相和Co_ss相组成,两相均匀分布;Co₃Mo₂Si三元金属硅化物相质量分数增加材料的硬度升高,但抗弯强度降低,Co_ss相质量分数增加材料的相对密度和抗弯强度均升高;抗弯强度的最大值可由单一Co₃Mo₂Si相的335.7MPa提高到Co_ss/Co₃Mo₂Si复相的756.2MPa。
工艺与设备
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  TiB₂-HfC陶瓷的高温抗氧化性能

  宋金鹏, 于成功, 高姣姣, 吕明

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 217-221. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.009

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  为了研究TiB₂-HfC陶瓷的高温抗氧化性能,分析了TiB₂-HfC陶瓷在1100℃下分别氧化1、4、7、10h后的氧化行为;根据材料氧化后的微观结构,对陶瓷氧化层进行了划分,将其分为外氧化层、次氧化层及过渡层。实验结果表明:外氧化层的氧化物为TiO₂、B₂O₃、HfO₂、NiO和CoO;随着氧化时间的延长,材料发生了严重氧化,氧化层逐渐变厚,材料保有的抗弯强度逐渐减小,材料的氧化增重与氧化时间呈抛物线规律;氧化1h后,材料表面形成了约为12μm的致密氧化层,此时材料具有较好的抗氧化性能,且仍保有较高的抗弯强度,其值为823.6MPa。
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  紧耦合气雾化技术制备选区激光熔化用18Ni300合金粉末的研究

  王博亚, 卢林, 吴文恒, 许炯恺, 王滨

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 222-226. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.010

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  基于紧耦合气雾化技术制备符合选区激光熔化用18Ni300合金粉末,重点研究了雾化压力对粉末粒度(中值粒径,D₅₀)、粒度分布、球形度、氧含量、流动性和松装密度等特性的影响。结果表明:雾化压力对上述粉末特性影响显著,当雾化压力在3.5MPa到4.5MPa范围时,随着压力的提高,粉末粒度降低、表面形貌改善、流动性变好、松装密度增加。当雾化压力为4.5MPa时,所制备的粉末综合特性最优,粉末粒度(D₅₀)为34μm,球形度为0.77,氧含量为0.02%(质量分数),流动性为17.4[s·(50g)^-1],松装密度为4.32g·cm^-3,15~53μm粒径范围粉末收得率为38.1%,满足选区激光熔化技术对金属粉末性能的要求。
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  超高转速等离子旋转电极工艺制备钬铜球形粉末的研究

  王晨, 赵霄昊, 马逸驰, 王庆相, 赖运金, 梁书锦

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 227-233. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.011

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  采用超高转速等离子旋转电极工艺(supreme-speed plasma rotating electrode process,SS-PREP)制备韧性金属间化合物钬铜(HoCu)球形粉末,粉末粒度在15~106μm之间。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析及光学显微镜分析了SS-PREP钬铜球形粉末的粒度分布、松装密度、振实密度及霍尔流速等粉末特性,比较了不同试验方法对粒度分布的表征。结果表明,SS-PREP钬铜粉末主要由CsCl结构的RM型B2相构成,不同粒度的HoCu球形颗粒化学成分基本一致,随着粉末粒度增大,HoCu球形粉末的非球形颗粒比例呈现下降趋势。
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  Al粉添加量对汽车用热压注成形Al₂O₃粉末组织和性能的影响

  戴红霞, 冯晓丽

  粉末冶金技术. 2020, 38(3): 234-238. https://doi.org/10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020.03.012

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  选择Al粉作为Al₂O₃粉末材料的改性剂,采用热压注工艺制备汽车用Al₂O₃粉末材料试样,研究不同Al粉添加量(质量分数)对Al₂O₃粉末材料组织结构和力学性能的影响。结果表明:Al₂O₃粉末热压注试样最大收缩率出现在长度方向,最小收缩率出现于高度方向。随着Al粉质量分数的增加,Al₂O₃粉末热压注试样收缩率表现出先减小,后稳定增加,最后再减小的变化规律,弯曲强度和体积密度降低,气孔率显著升高,试样挠度增高,浇注得到更大孔径的结构,同时试样中大尺寸孔径数量也显著增多。随着Al粉质量分数的增加,试样中Al₂O₃衍射峰不断上升,玻璃相的变化不大。加入质量分数8%的Al粉后,试样断口区域生成了明显的颗粒结构,说明试样主要发生沿晶断裂。