2019年, 第29卷, 第04期　刊出日期：2019-08-10

  

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  汽车工业中的粉末冶金新材料与新技术

  熊 翔，杨宝震，刘 咏，刘如铁

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 1-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190118

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  介绍了粉末冶金技术的特点及其在汽车零部件制造中的优势，综述了粉末冶金铁基新材料和铝合金新材料的开发与应用，重点总结了注射成形和增材制造技术特点及在汽车零部件中的应用，对这些新材料和新技术的应用前景进行了展望。
研究与开发
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  42CrMo4高强结构件金属注射成形缺陷形成机理研究

  陈志超，张 鹏，彭时敏

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 8-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180010

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  针对超高强度合金钢42CrMo4合金注射成形（MIM）过程中的缺陷形成机理进行了研究和讨论。结果表明：金属注射42CrMo4合金微观组织中包含大量的孔隙及部分裂纹，原因是在注射过程中黏度体交汇产生过冷后粘结缺陷，脱脂过程中，黏度体不能完全融合，粉体间孔隙形成黏度体之间的分界线。烧结驱动力偏低的情况下，后续冷却收缩过程中缺陷被放大，形成内部孔洞与内裂纹。
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  工艺条件对电解铜粉过程能耗的影响规律研究

  王宏丹，夏文堂，任兵芝，孙亚峰，邓佑明

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 12-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20170154

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  电解过程是铜粉生产能耗最高的环节，而工艺条件对电解能耗有着重要影响，需要深入研究和优化。采用电解法制备铜粉，研究了极间间隙、Cu ²⁺浓度、硫酸浓度、电解液温度、电流密度和刮粉周期对电解铜粉过程槽电压、电流效率和直流电耗的影响。结果表明：增大Cu ²⁺浓度、电解液温度和刮粉周期，有利于降低槽电压和提高电流效率，进而减少直流电耗；增大极间间隙，电解铜粉的槽电压、电流效率和直流电耗均增加；而增大硫酸浓度，电解铜粉的槽电压、电流效率和直流电耗均减少；增大电流密度，电解铜粉的槽电压显著提高，电流效率略有下降，导致直流电耗显著增加。电解铜粉最佳的工艺参数为：极间间隙20~40 mm、Cu ²⁺浓度10~15 g/L、硫酸浓度约150 g/L、电解液温度40~50 ℃、电流密度约1 500 A/m²、刮粉周期45 min左右。
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  惰性气体感应熔炼制备高性能3D打印用球形钛合金粉

  范亚卓，谢 波，苗庆东，赵三超

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 17-20.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180016

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  通过电极感应熔炼气雾化的方法制备高性能超细低氧3D打印用球形钛合金粉，研究了雾化角度对一次成粉率的影响及粉末粒径与一次增氧率关系。结果表明：不同的雾化角度对其一次成粉率影响较大，雾化角度过大或者过小，都不利于一次成粉率的提高，只有当雾化角度为33°左右时，一次成粉率最好（约80%），该条件下获得的钛合金粉球形度好，伴生相较少。球形钛合金粉的粒度在60~150 μm时，一次增氧量随着粒度的增加逐渐减少；粉末粒度小于60 μm时，一次增氧量迅速增加；当粉末粒度大于150 μm时，一次增氧量几乎不再变化。
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  基于选择性激光熔化的微多孔表面成形工艺研究

  李 培，钱 波，张 池，张剑睿，魏青松

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 21-28.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180008

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  微多孔表面能够强化沸腾传热，具有广阔的工业应用前景，采用选择性激光熔化（Selective laser melting, SLM）成形微多孔表面是一种新型微多孔表面制造方法。主要研究了在SLM过程中扫描间距和激光功率对316L不锈钢粉末成形微多孔表面结构的影响。结果表明：0.3~0.5 mm扫描间距成形的微多孔表面的孔隙为规则通孔，且孔内壁存在大量粉末粘结，可形成大量潜在气化核心；采用180~240 W激光功率和0.2~0.5 mm扫描间距，可获得水力直径为78.9~410.5 μm、孔隙率为11.6%~50.2%的微多孔表面；当热流密度上升到20 W/cm2时，240 W激光功率、0.5 mm扫描间距成形的微多孔表面的壁面温度上升速度显著下降，而光滑致密表面的壁面温度则依然上升较快。采用去离子水进行沸腾传热实验，240 W激光功率、0.5 mm扫描间距成形的微多孔表面的起始沸腾温度为104 ℃，临界热流密度（Critical heat flux, CHF）为150 W/cm²，具有明显的沸腾传热强化效果。
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  Mo含量对粉末冶金方法制备Ni-8Cr-6Al合金力学及摩擦学性能的影响

  屈晓莉，王 涛

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 29-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180013

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  利用粉末冶金方法制备不同Mo含量的Ni-8Cr-6Al合金，通过SEM、XRD等测试手段研究Mo含量对其力学及摩擦学性能的影响。结果表明：Ni-8Cr-6Al-xMo合金试样中都生成了Al₂O₃，组织形态都较均匀致密；随Mo含量提高，合金的密度、硬度及室温压缩性能提高，Ni-8Cr-6Al-4Mo合金在宽温域内具有优异的力学性能并在高温下具有良好的摩擦学性能。Mo含量过高时，合金在高温（400 ℃及以上）摩擦过程中形成了Mo₂C相，会产生钉扎作用，使摩擦阶段生成的 MoO₂、NiO等润滑相无法形成连续膜，降低了合金的摩擦性能。
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  车制动闸瓦用烧结RGO/Cu-Ag复合材料摩擦磨损性能分析

  李远军

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 33-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190038

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  采用化学镀的方法将氧化石墨烯（RGO）表面负载纳米Cu颗粒，之后与Cu-Ag基体混合制备RGO/Cu-Ag复合材料，对各试样进行SEM微观形貌观察和XRD测试，并利用摩擦测试机表征其耐磨特性。结果表明：RGO添加质量分数为4%时，复合材料表面呈颗粒状与片状相结合的状态。随着RGO添加量增加，复合材料的硬度和弹性模量先增大后减小，加入 RGO的质量分数达到4%时，复合材料的硬度和弹性模量最大，分别为64.82 HV和104.26 GPa。且此时试样经磨损后生成了具有规整排列状态的条型犁沟形貌，原先的结疤粗糙区域消失。随RGO含量增加，试样的摩擦因数先减小后增大，RGO加入质量分数为4%时，试样的摩擦因数达到了0.28的最低值，同时表面粗糙度降低为1.68 μm。
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  车制动用SiC颗粒增强铝基复合材料的性能研究

  邱翠榕

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 38-41.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180011

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  采用粉末冶金工艺制备车制动用30%SiCp/6082Al（体积分数）复合材料，研究了烧结温度对复合材料显微组织与性能的影响。结果表明：30%SiCp/6082Al复合材料基体中分布着均匀的SiC颗粒，Si含量随烧结温度升高而增大，烧结后复合材料中形成了Si、Mg₂Si、SiO₂等多种反应产物。随烧结温度增加，复合材料的密度先增大后减小，700 ℃烧结后复合材料的抗弯强度最大，为364 MPa。650 ℃烧结得到的复合材料断面区域存在许多形状各异的微小气孔，大部分SiC颗粒表现为解理断裂特征；随烧结温度逐渐升高，孔隙数量不断降低并逐渐转化为更均匀的球形结构，SiC颗粒基本都出现了解理断裂。
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  车用碳纤维增强Al-Cu基复合材料的微观组织及力学性能研究

  韦玉堂，崔素华

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 42-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190029

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  采用真空压力渗透法制得Cu电镀液涂覆处理后的碳纤维（CF）增强Al-Cu基复合材料，进行力学性能测试并观察其显微组织。结果表明：对碳纤维表面进行镀Cu处理后形成了具有致密组织、厚度约1 μm的界面层，界面层与碳纤维之间形成了紧密结合状态。碳纤维和Al-Cu基体之间形成了良好结合，未发现与Al-Cu基体呈分离状态的碳纤维束。碳纤维已被Al-Cu液充分渗透，未发现有孔隙出现。相对于Al-Cu基体，复合材料内除包含C与Al之外，还存在Al₂Cu金属间化合物。相比Al-Cu基体，CF/Al-Cu基复合材料试样的抗拉强度得到明显提高。在断裂阶段碳纤维束内形成了许多微裂纹，此时形成了阶梯状的断口，并且断口部位也具有平整的结构。
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  不锈钢表面MnO₂/NiCo₂O₄纳米膜的水热制备及其组织和析氢性能分析

  吴长有，刘俊超，何 文

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 47-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180122

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  通过水热方法在不锈钢基底上制备MnO₂、NiCo₂O₄及MnO₂/NiCo₂O₄纳米膜，进行SEM、XRD、TEM等测试分析，并对其析氢效果进行电化学表征。结果表明：MnO₂纳米材料在不锈钢表面形成了均匀分布形态，具有花瓣状堆叠的结构；NiCo₂O₄纳米材料呈垂直形态，表现出明显取向性排列趋势。MnO₂/NiCo₂O₄/316L的XRD图谱上除存在不锈钢对应的3个特征衍射峰之外，还形成了NiCo₂O₄对应的衍射峰，MnO₂（220）晶面的特征峰表现为往低角度偏移的现象。经极化曲线测试发现，MnO₂/NiCo₂O₄纳米材料具备优异的析氢性能，并且随着过电位增大，电流密度也明显上升，具有更快的析氢反应速度，表明NiCo₂O₄与MnO₂之间可以通过协同作用提高析氢性能。
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  纳米颗粒增强铜基喷撒摩擦片的摩擦学性能研究

  张国洪，许成法，冯秀明，许 遥，杜建华

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 51-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180129

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  通过调整成分配比、添加纳米材料、采用球磨工艺及改变石墨形态研究了纳米材料、球磨处理及石墨形态对铜基喷撒摩擦材料摩擦学性能的影响规律。结果表明：添加Ni/n-SiO₂与球磨Cu/天然石墨、球磨Cu/n-SiO₂与球磨Cu/天然石墨可提高铜基喷撒摩擦片的综合性能；球磨Cu/纳米石墨＋球磨Cu/天然石墨可提高铜基喷撒摩擦材料的耐磨性和耐热性能，但会显著降低摩擦材料的摩擦因数；采用球磨法制备Cu与石墨的复合颗粒，可提高铜基喷撒摩擦材料基体中的石墨含量，从而显著提高摩擦材料的耐热性能。
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  Ni_ss/Ni₃Si共晶复合材料制备及摩擦性能研究

  袁 亚，韩明刚，陈 辉

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 59-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180020

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  采用机械球磨/热压烧结技术制备了Ni_ss/Ni₃Si共晶复合材料，并对其微观结构和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明：复合材料主要由韧性相Ni_ss和Ni₃Si增强相及晶界亚稳相Ni₃₁Si₁₂组成；复合材料具有良好的强韧性配合，其烧结相对密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为98.5%、668 HV、741 MPa和8.92 MPa·m^1/2。复合材料具有低的摩擦因数和磨损率，随摩擦载荷的增加，复合材料摩擦因数降低（从0.364降低到0.246），而磨损率缓慢升高（从4.32×10-4 mm³·N^-1·m^-1增加到6.23×10-4 mm³·N^-1·m^-1），其磨损机制由低载荷下的黏着磨损为主转变为高载荷下的磨粒磨损，同时存在氧化磨损。
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  Fe-Cu-C含油轴承的摩擦性能研究

  文鑫荣，覃俊华，韦长兴，范敏忠，申小平

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 63-68.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180023

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  通过改变Cu、石墨成分比例，研究Fe-Cu-C含油轴承的摩擦性能，获得一定工作条件下轴承配方；通过加入MoS₂作为固体润滑剂，进一步优化配方，提高轴承的摩擦磨损性能。结果表明:Fe-22.0Cu-1.5C成分的含油轴承极限PV值最高，Fe-16.0Cu-1.5C成分的含油轴承摩擦因数最低；在Fe-22.0Cu-1.5C含油轴承中加入2.0%MoS2 时，可有效改善含油轴承的摩擦性能。
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  B添加对气雾化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末SPS性能的影响

  张建林

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 69-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180025

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  以气雾化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末为原料，研究不同B添加量对其放电等离子烧结（SPS）性能的影响。结果表明：在Ti-48Al-2Cr-2Nb合金中加入 B元素后可以明显降低试样的快速致密化温度；添加了B元素的合金粉末烧结后都发生了明显的致密化过程，枝晶结构已经全部消失，同时形成了更加清楚的相界面，晶粒明显细化；B添加质量分数为0.2%的合金粉末烧结后达到了最高的力学性能，抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为524 MPa、488 MPa和9.62%。
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  WC含量对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

  刘建秀，孙璐璐，李育文

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 73-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180003

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  采用粉末冶金方法制备含WC的铜基粉末冶金摩擦材料，研究了WC含量对铜基粉末冶金摩擦材料的显微组织和性能的影响。结果表明：在WC质量分数小于4%时，铜基摩擦材料的孔隙率随WC含量的增加而降低，当WC质量分数超过4%后，其孔隙率随WC含量的增加而明显增大；随着WC含量的增加，铜基摩擦材料的密度基本保持不变；摩擦材料的硬度随着WC含量的增加而提高；WC的添加，改善了摩擦材料的摩擦性能，使其耐磨性随着WC含量的增加而提高，WC质量分数在4%时，铜基粉末冶金摩擦材料具有最优的摩擦性能。
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  热化学气相沉积法制备Sb掺杂ZnO纳米线的特性分析

  段春艳,韩会丽

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 78-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180172

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  本文以热化学气相沉积法在Si(100)基板上生长出Sb掺杂ZnO纳米线，分析了样品的结构及光电特性。SEM检测发现成长出宽约40 nm~100 nm及长约数微米的纳米线结构；XRD分析表明纳米线为六方纤锌矿结构，其结晶度随Sb掺杂量增加而变差；TEM观测发现纳米线的生长方向为[0001]晶面，XPS分析表明Sb³⁺成功掺入ZnO 晶体结构中；PL光谱得出掺Sb后纳米线的紫外光发光位置由382 nm红移至389 nm，536 nm处绿光发光强度减弱；电性测量表明微量Sb掺杂可提高ZnO纳米线的导电性能。
评述与进展
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  氮化硅陶瓷粉体的制备研究进展

  徐晨辉，张 宁，赵介南，周彬彬，阚洪敏，王晓阳

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 82-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180050

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  氮化硅陶瓷是一种性能优良，发展前景广阔的高温结构陶瓷，高纯超细的氮化硅粉体是制备优良氮化硅陶瓷的关键和基础。主要介绍了氮化硅陶瓷粉体的制备方法，分析了各种制备方法的优缺点及研究现状，并对氮化硅粉体制备的前景进行了展望。
革新与交流
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  原料制备方法对选区激光熔化Ni成形件的性能影响

  唐子雷

  粉末冶金工业. 2019, 29(04): 87-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180179

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  分别采用喷雾干燥和气雾化方法制备Ni粉作为打印材料，以选区激光熔化（SLM）技术制得Ni块熔化成形件，观察其横向和纵向显微组织特征。结果表明：采用喷雾干燥和气雾化方法制备的两种Ni粉颗粒都达到了良好的球形度，大部分粉末粒径都小于50 μm，球形度都达到了0.8以上，都具有非常纯净的物相组织，只有Ni相。采用喷雾干燥方法制得的Ni粉熔化成形件中形成了约85 μm宽的熔道，而采用气雾化制得的Ni粉熔化成形件形成的熔道宽是75 μm。利用气雾化制得的Ni粉熔化成形件中存在较多的缺陷以及部分不规则孔洞。试样的纵向表面形成了许多呈搭接状态的椭圆形熔池，以喷雾干燥得到的Ni粉熔化成形件形成了比气雾化Ni粉试样更深的熔池深度。