2021年, 第31卷, 第06期　刊出日期：2021-12-10

  

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专家论坛
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  丝材等离子雾化钛合金粉末研究进展

  曾克里，罗浩，朱杰，符乃科，陆向玲，潘超梅，陈珊珊，何鹏江

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 1-12.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210139

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  本研究采用超高速等离子旋转电极雾化(SS-PREP)方法制备出用于激光选区熔化成形(SLM)的15~ 53 μm 球形金属粉末，流动性为12.1 s/50g，松装密度为5.0 g/cm3，振实密度为5.31 g/cm3。采用激光功率 160 W、扫描速度1 200 mm/s、打印间距0.07 mm、光斑直径0.06 mm和铺粉层厚0.03 mm的打印参数进行打 印，并在热处理后对其力学性能、金瓷结合强度、翘曲变形、遗传毒性、细胞毒性和迟发型超敏反应等进行了研 究分析和测试，结果表明：采用“超高速等离子旋转电极雾化+激光选区熔化成形+热处理(SS-PREP+SLM+ HT)”的工艺路线制备的打印件可满足齿科材料的性能要求和临床使用要求。
研究与开发
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  齿科用Co25Cr5W5Mo合金粉末制备及激光选区熔化成形打印件性能分析

  兰剑，刘立科，王庆相，张若冰，左振博，梁书

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 13-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200273

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  采用真空气雾化法制备18Ni300 马氏体时效钢粉末，采用激光粒度仪、扫描电镜（SEM）和X射线衍射 分析仪（XRD）对粉末的粒径分布、形貌、显微组织和相组成进行分析。结果表明：制备的18Ni300 马氏体时效 钢粉末粒度呈正态分布，中位径D50为74.22 μm，其中粒度小于45 μm的粉末占比为28.6%，粉末呈球形或近球 形。随着粉末粒径的增大，表面形貌变差，出现卫星球颗粒等不规则形状，并在粉末内部出现中心孔洞。小于 45 μm的粉末内部组织主要为胞状晶，随着粒径的增大，出现树枝晶并与胞状晶共存，一次晶轴宽度和二次枝 晶臂间距也随之增大，在大颗粒粉末中出现放射状二次枝晶；粉末的物相组成主要为体心立方的马氏体(α) 相，没有Ni3X等强化相的衍射峰存在。
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  真空热解硫酸锰制备四氧化三锰粉

  唐淑贞，江金龙，周国娥

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 19-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190214

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  以硫酸锰为原料，采用真空热解法制备生产软磁铁氧体的重要原料——四氧化三锰粉。采用XRD和 SEM对产物四氧化三锰进行了表征，分析了样品MnSO4 ·H2O热分解行为，研究了真空热解温度、时间、真空度 3 个因素对Mn3O4品质的影响。结果表明：随着热解温度的升高，样品MnSO4 ·H2O热分解产物中Mn2O3的含 量不断降低，Mn3O4的含量不断提高；在热解温度为900 ℃时，样品MnSO4 ·H2O完全分解，产物为纯Mn3O4。 随着热解时间的延长，得到的产物中的Mn3O4的纯度越来越高。当热解时间为1.5 h 时，热分解得到的产物完 全为Mn3O4。真空度越高（体系压强越低），得到的产物中的Mn3O4的纯度越高。当真空度为18 kPa 时，热分解 得到的产物几乎全为Mn3O4。
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  气雾化TA5粉末制备及其增材制造验证

  邓姗珊，陈卓，田操，刘邦涛， 冉江涛， 刘振军

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 23-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200248

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  本文采用气雾化方法制备了增材制造用TA15 钛合金粉末，对其进行激光选区熔化成形、电子束选区 熔化成形工程验证。经过工艺优化，0~53 μm粉末占粉末总体的35.7%，53~106 μm粉末占总粉末的33.3%；粉 末各项性能指标符合企业标准，增材制造件符合验收标准。结果表明TA15 粉末性能趋近国内领先水平，具备 批产能力。
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  不同形貌钼粉的制备及数值表征

  王仙琴，杨秦莉，唐军利，张常乐，厉学武

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 31-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200288

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  本文在不同原料、氢气还原条件下制备了不同形貌的钼粉并结合扫描电子显微图像进行形貌的数值 表征，系统分析了原料微观结构、还原温度、氢气露点、氢气流量等对钼粉形貌的影响，基于反应机理研究得出 二氧化钼形貌及第二段还原条件对钼粉形貌的控制作用，并给出了均匀分散钼粉的形貌表征数值范围。
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  VVT内转子的模具优化设计及压制工艺的数值模拟仿真

  申小平，黄永强

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 38-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200169

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  VVT内转子是汽车发动机中的关键零件，作为汽车传动机构件之一，需具有较高的配合精度和力学 性能要求。本文基于粉末连续体，运用有限元Deform 软件对VVT内转子在不同模具设计及压制工艺方案下 的压坯密度进行了模拟分析，通过模拟数据对模具进行优化和压制工艺改进，以提高压坯密度分布的均匀性， 来实现VVT内转子采用粉末冶金近净成形，并满足其对精度、密度、性能的要求。
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  多体底-壁组合结构夹角参数与干法制备氮化硅微球特性分析

  廖达海，殷明帅，易嘉琦，黄佳雯，段桃， 吴南星

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 47-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200236

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  为了对氮化硅气-固两相流旋转耦合场制粒工艺中制粒室内空间参数进行优化。通过实验探究制粒 室内多体底-壁结构夹角对制备氮化硅微球混合流场的影响，分析了加装不同位置多体底-壁组合结构的制粒 室内氮化硅微球粒径分布，球形度及流动性指数，并通过数值模拟验证实验结果准确性。实验结果表明：两相 邻组合结构夹角为90o 时的四边形多体底-壁结构时，氮化硅微球的优良率和合格率最高，流动性指数最佳，提 高了氮化硅微球的流动性，能有效的改善颗粒的打漩现象，减少氮化硅粉体在旋转室底部的堆积，提高氮化硅 粉体轴向运动趋势。根据数值仿真所得到的体积分布及速度场云图与实验结果基本吻合，验证实验结果的正 确性。
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  不锈钢纤维烧结毡在腐蚀环境中的拉伸性能

  王建忠，敖庆波，刘怀礼，马军，李爱君

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 54-59.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210051

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  不锈钢纤维烧结毡用于过滤领域时，过滤介质中通常含有强腐蚀性的Cl-，使得纤维骨架发生腐蚀而 断裂，从而降低其过滤性能。为此，本文以HCl溶液为腐蚀介质，探讨了腐蚀介质浓度、纤维直径、孔隙率对不 锈钢纤维烧结毡经HCl溶液腐蚀后的拉伸性能的影响规律。结果表明，HCl溶液浓度为1%时，烧结毡腐蚀前 后的抗拉强度基本没有变化，HCl 溶液浓度增大到10%时，烧结毡的抗拉强度仅下降了1.8 MPa；经10% HCl 溶液腐蚀后，当纤维直径为8 μm时，烧结毡的抗拉强度降幅为2.59 MPa，而纤维直径为28 μm时，烧结毡的抗 拉强度降幅仅为0.19 MPa；经10% HCl 溶液腐蚀后，烧结毡的孔隙率为75%时，其抗拉强度降幅为4.22 MPa， 而烧结毡的孔隙率增大到95%时，其抗拉强度降幅仅为0.88 MPa。因此，对于含Cl-浓度不超过10%的过滤环 境，不锈钢纤维烧结毡仍是首选过滤材料；在满足过滤精度的前提下，宜选择粗直径纤维（20 ~ 28 μm）、高孔 隙率（80% ~ 85%）的烧结毡制备过滤材料。
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  粉末粒度和成分对Ti6Al4V ELI粉末内部缩孔率的影响

  郭勍，张林嘉，白瑞敏，瞿宗宏，赖运金，梁书锦

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 60-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210118

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  通过氩气雾化法制备的Ti6Al4V ELI 粉末中不可避免的会存在缩孔，影响其在后工序中的使用，因 此，选取相关原材料对这一现象的成因进行研究。结果表明。对于某一规定粒度段，当粉末粒度偏粗时， Ti6Al4V ELI 粉末的缩孔率明显高于细粒径粉末的缩孔率；此外，当工艺条件相同时，Fe 元素含量高的原材料 制得的粉末比Fe 元素含量低的具有更低的粉末缩孔率。因此，可通过降低粉末粒度来降低氩气雾化法制备 的Ti6Al4V ELI 粉末中的缩孔率，其中，对于粒度为15~53 μm的粉末，粉末粒度的峰值在15~30 μm为宜；对于 粒度为53~150 μm的粉末，粉末粒度的峰值在53~106 μm为宜；或满足成分要求的条件下，控制原材料中Fe 元 素含量大于0.2%来实现制备粉末中缩孔率的控制。
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  生坯增强剂对粉末性能的影响

  苏凤戈，郑卓，田伟

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 66-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210081

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  本文利用混合法制备了Fe-C、Fe-Ni-Cu-C等几种混合粉。利用扫描电子显微镜（SEM）观察粉末混合 后及固化处理后的形貌及结构。研究了不同增强剂含量对混合粉偏析、流动性、松装密度及压缩性的影响，生 坯固化前后的横向断裂强度的变化，并测试产品的加工性能。实验结果表明，在添加0.1%以上增强剂的条件 下，可以降低混合粉成分偏析，提高粉末的流动性。未添加增强剂Fe-C混合粉的生坯强度为12.5 MPa，添加 0.1%增强剂的生坯强度为14.6 MPa，固化后的生坯强度可达到46.9 MPa。生坯经固化后,内部增强剂可以在 颗粒表面形成聚合物薄膜，提高了颗粒间的结合强度。利用该工艺制备的两种零件气缸和法兰具有良好的生 坯机加工性能，可以保持生坯加工边缘的完好性。
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  冶金烧结温度对发动机用TiZr基非晶合金组织和力学性能的影响

  程彩霞，李炎粉，刘师多

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 72-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190184

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  为了提高发动机的综合性能，通过放电等离子烧结和粉末冶金结合的方式制备TiZr 基非晶合金 （Ti35Zr30Cu24V7.5Mo3.5），研究不同烧结温度对合金组织和力学性能的影响。研究结果表明：TiZr 基非晶合金组 织中主要存在BCC和FCC两种晶体类型，BCC组织衍射峰强度较FCC组织高，BCC组织晶粒与晶界区域形 成了许多弥散态的FCC 组织。随着烧结温度升高，合金塑性先增强再减弱，密度提高。提高烧结温度至 1 100 ℃时，合金组织生成了更多大尺寸晶粒，抗压强度降低，塑性获得了明显提升。在1 100 ℃下进行烧结 时，断口部位存在明显韧窝结构，合金表现出了良好的塑性和韧性。随着烧结温度的升高，合金试样整体上由 沿晶断裂转变为脆性断裂特征。
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  沉淀法制备温度对LaMgAl11O19热障涂层粉末性能的影响

  陈祥芬，李超

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 77-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190099

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  为了提高暖通冷凝器用LaMgAl11O19热障涂层的性能，在沉淀温度60 ℃，pH值11.5 条件下采用沉淀 法制备LaMgAl11O19热障涂层粉末，通过实验测试分析温度对其组织形貌、半峰全宽和谱强的影响。研究结果 表明：LaMgAl11O19粉末中存在立方形态的MgAlO4，以及六方晶的LaAl2O3和La2O3。LaMgAl11O19粉末呈现六 角晶体结构特征，且粒径接近2.7 μm。LaMgAl11O19粉末形成了Al2p、La3d、O1s、Mg2p 电子衍射峰。提高烧结 温度后，各元素的电子结合能明显波动，出现了高能端偏移现象。随着LaMgAl11O19粉末持续转变成磁铅石， MgAlO4和LaAl2O3都形成更大的半峰宽。温度未超过1 300 ℃时，烧结期间产生了更高比例的La2O3键，继续 提高温度超过1 300 ℃之后，发生了La2O3键数量减少的变化趋势。该研究的LaMgAl11O19粉末具有很好的隔 热和抗高温性能，有利于提高涂层的抗烧结能力及热稳定性。
评述与进展
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  块体双尺度结构金属材料的研究进展

  吴志方，朱震宇

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 81-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200225

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  近年来，块体金属纳米晶材料发展迅速，目前的研究重点是在保持材料高强度的同时，仍保留材料良 好的塑性。研究发现，在材料中引入双尺度结构能够实现通过牺牲部分强度来提高塑性的目的，因此，块体双 尺度结构金属材料具有重要的理论和工程研究价值。本文综述了近年来块体双尺度结构金属材料的研究进 展，着重介绍了块体双尺度结构金属材料的制备方法、力学性能以及变形和断裂机理。
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  激光粉末床熔融金属制件孔隙缺陷研究现状

  胡娟，高银涛，冒浴沂，陈强，吕新峰

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 87-93.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200122

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  激光粉末床熔融技术因其打印的成形件精度高、表面质量好等优势已在复杂结构件及悬臂结构件的 制造中得到了应用，但成形件中存在的孔隙缺陷一定程度上限制了该技术的推广应用。鉴于此，本文从粉末 原材料、工艺过程及成形件几何结构等角度综述了成形件孔隙缺陷的形成原因，同时简述了孔隙缺陷的几种 常用检测方法、对成形件性能的影响及其控制措施，并在此基础上，提出了孔隙缺陷未来的研究方向。
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  纳米材料修饰电极检测重金属离子研究进展

  胡菲菲，尹先清，彭峰，黄向阳，李建平

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 94-98.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200109

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  综述了近年来基于纳米材料修饰电极检测重金属离子的研究进展，分析了不同纳米材料修饰电极的 特点，阐述了纳米碳材料、纳米金属材料及纳米生物材料等纳米修饰电极在重金属离子检测中的重要应用。 结合纳米材料修饰电极在重金属离子的检测中的研究应用现状，展望了纳米材料修饰电极在重金属离子检测 中的发展方向。
革新与交流
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  真空惰性气体雾化制粉设备的管道设计选型研究

  郑云

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 99-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210079

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  真空惰性气体雾化制粉设备的管道设计选型关乎工艺控制的稳定性，选型过程中，首先要确定气 体流量，再选择合理的流速，以上参数直接决定了管道尺寸、压损和尾排风机的选型。对于最大气流量 为1 200 Nm3/h 的管道设计，选择流速为20 m/s，配置DN150 的管道对系统的收粉和排气需求是适合的。选用 比计算值大的管径或者管道扩径处理有利于气体的排出，但会造成材料的浪费及附件成本的增加。管路中某 处有缩径，会形成类似节流阀的功能，气体流量会降低，应当避免。
中国钢研科技集团粉末冶金技术信息推广及成果展示平台专栏
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  一种新型镍基粉末高温合金热变形行为研究

  霍万晨，刘建涛，张明，曲敬龙

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 104-109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190252

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  采用Gleeble-3800 热模拟试验机对某新型四代镍基粉末高温合金进行了单向热压缩变形实验，研究 了其在变形温度1 000~1 138 ℃、应变速率0.01~10 s-1条件下的热变形行为。结果表明：在相同应变量下，温度 一定，应变速率越大，流变应力越大；应变速率一定，温度越高，流变应力越小；平均晶粒尺寸随应变速率的提 高而减小，随着变形温度的提高先减小后逐渐增大；再结晶分数随变形温度和应变速率的提高而增大。
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  晶界扩散铈磁体的磁控溅射Tb涂层制备与磁性能

  陈鑫烁，冯海波，李安华

  粉末冶金工业. 2021, 31(06): 110-114.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200089

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  磁控溅射法制备的重稀土涂层均匀、厚度可控，可以显著提升和控制晶界扩散磁体的矫顽力。本文 研究了磁控溅射工艺参数与Tb 涂层均匀性的关系，定量分析了Tb 涂层厚度控制及其对铈磁体矫顽力的提 升作用。当沉积速率为3.23~3.65×10-3 mg/(mm2 ·min)时，涂层的均匀性最佳，涂层厚度与溅射时间成正比关 系。Tb 涂层厚度为4.87 μm 时，晶界扩散铈磁体矫顽力从11.80 kOe 提升至16.56 kOe ，矫顽力温度系 数为-0.373%/℃。