粉末冶金工业

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刘祥庆，孙海霞，江志，张煦，张彬，王建伟，贺会军，汪礼敏

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 1-6.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230078

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电子浆料是电子信息行业的基础材料，广泛应用于航空、航天、电子信息、通信设备、汽车工业等诸多领域。随着电子信息快速化、高集成化的发展趋势，作为导电相的金属粉体材料要求具备高纯、形貌可控、无团聚、粒径可控且分布窄、氧含量低等特点。本文总结了电子浆料的主要用途，并对微细金属粉体材料的制备方法进行分析，提出了球形、片状微细金属粉体材料制备技术及应用的发展方向。

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粉末冶金低合金钢抗拉强度的回归分析

傅嘉迁，于永亮，张德金，李松林

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 7-12.
https://doi.org/10.13228/j.boy

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通过多元线性回归方法，研究了碳、镍、铜 3 种合金元素、铁粉纯度和压制压力对经压制、烧结制备而成的 Fe-Ni-Cu-C 系粉末冶金低合金钢抗拉强度的影响，建立了压制压力、碳含量、镍含量、铜含量和铁粉纯度 5 个影响因素与抗拉强度之间的多元线性回归模型，模型预测结果的平均相对误差为 6.39%。以各化学成分在研究范围内的 Fe-Ni-Cu-C 体系作为验证体系，在相同制备条件下得到 3 组粉末冶金低合金钢试样，并进行拉伸实验和金相观察，验证体系抗拉强度实验值与多元线性回归模型预测值的平均相对误差为 4.43%，相对误差值较小。验证结果表明,所建立的多元线性回归模型拟合效果较好，实现了对粉末冶金低合金钢抗拉强度的有效预测，对于提高和控制产品的性能以及新产品的开发具有现实指导意义和实际使用价值。

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过配粉末激光选区熔化制备高氮不锈钢研究

任建彪，赵定国，孙鑫，王书桓，倪国龙，柳昆

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 13-22.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220118

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常压下高氮不锈钢粉末激光选区熔化法制备高氮不锈钢的过程存在氮逸出现象，不能有效制备出合格高氮不锈钢。采用过配粉末法配制了含氮量 1.472% 的不锈钢粉末，在激光选区熔化设备上开展了过配粉末打印成形实验，研究了激光工艺参数对高氮不锈钢氮含量、显微组织和力学性能的影响。实验结果表明，过配粉末法可制备出含氮量超 0.9% 且具有一定力学性能的高氮不锈钢；成形试样的氮含量与激光功率成反比，在扫描速度为 1 000 mm/s 时，激光功率由 200 W 增至 300 W，氮含量由 0.991% 降至 0.956%；当激光功率为 225 W 时，扫描速度由 700 mm/s 增至 1 000 mm/s，氮含量由 0.823% 增至 0.985%，与扫描速度成正比；当激光功率为 250 W 时，扫描速度由 700 mm/s 增至 1 000 mm/s，氮含量由 0.817% 增至 0.970%，扫描速度对氮含量的影响更为显著。当扫描速度为 1 000 mm/s 时，200~300 W 范围内，随激光功率的增大，成形试样的内部缺陷逐渐减少，成形质量变好，抗拉强度呈先增加后降低趋势。优化结果表明，扫描速度 1 000 mm/s、激光功率 275 W 为最优成形工艺参数，在保证氮含量高于 0.9% 的同时，高氮不锈钢成形质量最好，内部缺陷数量最少，综合拉伸性能好，抗拉强度和屈服强度分别为 1 001.7 MPa 和 363.8 MPa。

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气水组合雾化制备FeSiCr合金软磁粉末形貌与性能研究

吕世雅，麻洪秋，况春江，孟令兵，赵刚，崔雷

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 23-29.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230026

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采用改进的新型组合雾化技术制备高球形 FeSiCr 软磁合金粉末，分别筛分合批制成 D50为 10、 12.5、15 和 21 μm 的样品；同时采用常规组合雾化技术制备相同 D50粒径的 FeSiCr 软磁合金粉末作为对照组。利用比表面及孔径分析仪，扫描电子显微镜对两种工艺粉末的形貌进行测量观察，并利用软磁交流设备对 FeSiCr 软磁粉末的磁性能进行表征。结果表明，新型组合雾化 FeSiCr 合金粉末形貌明显趋于球形化，同粒径粉末比表面积值明显低于常规组合雾化粉。两种雾化工艺均生成了 bcc 结构的 α-Fe（Cr、Si）固溶体粉末；同粒径新型组合雾化粉末的有效磁导率 μe低于常规组合雾化粉末，而直流偏置特性和磁损耗均优于常规雾化，其中在 100 kHz、50 mT 条件下 D50为 10 μm 的磁芯 Pcv只有 601.8 mW/cm3。

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致密化工艺对粉末冶金6061铝合金组织和性能的影响

杨梦想，黄朋朋，史思阳，王娇娇，吴亚科，江峰

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 30-37.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220124

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采用传统粉末冶金压制烧结工艺制备的铝合金零件将逐渐替代汽车、电器等行业的部分压铸和机加工零件。实验采用粉末冶金技术制备了 6061 铝合金并研究了压制压力（140~330 MPa）和烧结温度（566~616 ℃）对其密度、微观组织、尺寸变化率和性能的影响规律。结果表明：随压制压力增加，烧结态试样的密度和硬度先升高后降低，尺寸变化率逐渐减小，抗拉强度和导电性能则连续改善，但以上各指标均随烧结温度上升而提高。总体上，210 MPa 压制、616 ℃烧结的试样综合性能最佳，密度 2.597 g/cm3、硬度 38.4HV、抗拉强度 139 MPa、尺寸收缩率 1.6 % ；进一步地，对其进行 T6 热处理可将硬度提高 186% 至 109HV，抗拉强度提高 95 %至 271 MPa，断后伸长率由 11.9 %降为 2.2 %。研究的相关结果可为粉末冶金 6061 铝合金的工业开发和应用提供有益参考。

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高尔夫球头用细晶纯Ti材料的组织及性能研究

杨洪，张浩霖，周正

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 38-43.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220128

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高尔夫球头的高强度打击面非常关键，优异性能的球头材料能够保证良好的操控性和容错值、更高的击球精准度和更远的击球距离。采用高能球磨+冷等静压+真空烧结+热挤压工艺制备了细晶纯 Ti 材料，采用扫描电镜（SEM）和拉伸试验机对未挤压态和挤压态纯 Ti 材料的组织及性能进行了研究。结果表明：高能球磨 5 h 后，球形 Ti 粉末转化为细小的纳米碎颗粒，平均粒径由 25 μm 降低至 5 μm 以下，且分散均匀。挤压态细晶纯 Ti 的组织晶粒得到了充分细化，并且晶粒内部的微空隙缺陷消失。此外，挤压态细晶纯 Ti 的抗拉强度、屈服强度、伸长率相比于未挤压态均提高约 16.1%、19.7% 和 16.3%。断口形貌显示挤压态细晶纯 Ti 的断口韧窝数量更多，而且深度小而均匀，撕裂棱分布的更加密集。

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基于正交试验设计的等离子喷涂8YSZ热障涂层的制备

于海原，卞清，薛召露

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 44-52.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220110

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为了探究工艺参数之间的耦合作用对涂层微观组织、力学性能的影响规律，基于正交试验，采用大气等离子喷涂技术制备 8YSZ 热障涂层。结果表明，等离子喷涂 8YSZ 涂层为层状结构，层间为细小的柱状晶结构；涂层是由 t-ZrO2和少量的 m-ZrO2相组成，喷涂工艺参数的改变对涂层物相几乎没有影响。喷涂工艺参数对热障涂层结合强度和孔隙率的综合影响顺序为：喷涂距离>喷涂功率>主气流量。喷涂距离为 110 mm、功率为 30 kW、主气流量为 45 L/min 是正交实验优化出的最佳喷涂工艺参数，该实验参数条件下，等离子喷涂 8YSZ热障涂层的平均结合强度为 18 MPa，孔隙率为 11.14%。

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燃烧反应制备Mn2AlB2材料

韩警贤，刘嘉霖

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 53-58.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210149

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以 Mn/Al/B 单质混合粉末为原料进行燃烧反应以合成高含量的 Mn2AlB2材料。系统研究了管式炉中发生燃烧反应合成 Mn2AlB2的过程，并提出了燃烧反应合成 Mn2AlB2的反应机制。结果表明：在管式炉中发生燃烧反应的产物中，主相为 Mn2AlB2和 MnB，同时含有少量的 Mn2B，Al，AlMnx。原料中增加 Al 含量会显著促进 Mn2AlB2的合成。Mn/Al/B 体系发生的燃烧反应属于热爆模式，反应的放热量较低。产物的烧结活性较差，容易粉碎。试样由几微米级别的大量 Mn2AlB2板条或块状晶粒，以及大量亚微米级别的小晶粒构成。最后，提出一个燃烧反应合成 Mn2AlB2的反应机制。

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无压浸渗制备高铬铸铁-Al2O3-TiC表面复合材料

石永亮，曹磊，陈存广，杨芳

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 59-64.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230077

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采用无压浸渗 Ti-Al2O3预制体的方法，在高铬铸铁表面制备了厚度 3~4 mm 高铬铸铁基 Al2O3-TiC 表面复合材料。采用扫描电镜、EDS、XRD 分析了表面复合材料的显微组织和物相组成，并对其耐磨性和抗热震性进行了测定。结果表明：在浸渗过程中 Ti 作为预制体添加元素，通过 Ti-C 反应能够快速诱导金属液浸透预制体。在浸渗层中 Al2O3颗粒与基体结合致密，分布均匀、无裂纹与缺陷。高温下 TiC 通过溶解析出围绕 Al2O3颗粒形成 TiC 的过渡层，提高了 Al2O3颗粒与基体的结合强度。浸渗层的耐磨性是高铬铸铁的 3~4 倍，800 ℃条件下能够抵抗 15 次热震而不出现裂纹。

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Ti 3SiC2粉体的高温抗氧化和微波吸收性能研究

郭阳，谭科华，郭筱瑛，王兵，李会容，毕磊

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 65-70.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220117

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Ti3SiC（2 TSC）因其良好的导电性和耐高温性能在高温微波吸收领域备受关注。以单质 Ti 粉、Si 粉和石墨粉为原料，通过高温固相反应在 1 400 oC 下反应 3 h 制备了 TSC 粉体，并借助 XRD 和 XPS 等分析其组成，通过热重分析仪、矢量网络分析仪表征其高温抗氧化和微波吸收性能。研究表明：通过高温固相反应所制备的 TSC 粉体中杂质相主要包括 SiC、SiO2、TiO2和 TiC。TSC 粉体在低于 400 oC 环境中具有良好高温抗氧化性能。当 TSC 与石蜡的混合物的厚度为 2.0 mm 时，含有 60%（质量分数）TSC 的复合材料有效吸收带宽为 0.9 GHz（17.10~18.0 GHz）。当 TSC 含量提升至 70%，其有效吸收带宽扩展为 3.86 GHz （12.95~16.81 GHz）。当 TSC 含量进一步提升至 80%，其有效吸收带宽降低至 1.44 GHz（9.37~10.77 GHz）

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烧结温度对铁基粉末烧结制品性能的影响

苏凤戈，尚书博，张瑞平，郑卓，尚严晶

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 71-76.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220101

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采用粉末冶金工业推舟炉对 Fe-Cu-C、Fe-Cu-Ni-Mo-C、Fe-Mo-C 生坯在 1 100、1 140、1 180、1 200、 1 220 ℃ 5个不同温度下进行烧结，采用金相显微镜和电子显微镜观察金相及断口形貌，研究了不同烧结温度对试样硬度、断裂强度、金相和断口形貌的影响。实验结果表明：1 100、1 140 ℃等温度对上述合金的硬度和强度影响较小。而在 1 100~1 220 ℃，随着烧结温度的提高，Fe-Mo-C、Fe-Cu-Ni-C 断裂强度随烧结温度的升高而增加，烧结温度超过 1 180 ℃时，Fe-Cu-C材料的断裂强度随烧结温度升高而降低。

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基于数字图像处理的粉末冶金高速钢中碳化物表征研究

石慧，吴冰寒，卢毓华，余兴，朱一妃，张松闯，万卫浩

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 77-82.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220103

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针对粉末冶金高速钢中碳化物小、多、杂带来的表征难题，基于数字图像处理技术，借助高通量场发射扫描电镜，建立了一种粉末冶金高速钢中的碳化物定量统计表征方法。该方法通过对大量 SEM 图像进行滤波、双阈值分割、特征提取、膨胀、腐蚀及骨架提取等处理，快速获取 SEM 图像中碳化物定量统计分布信息。并将该方法应用于不同状态 AHPT15M 粉末冶金高速钢中 MC、M6C 型碳化物尺寸、数量及分布的定量统计分析，结果显示：AHPT15M 高速钢中碳化物尺寸范围分布为 0~5 μm，其中 2 μm 以下碳化物占碳化物总数的 95% 以上。退火态高速钢中碳化物面积为 21.62%，其中 MC 型碳化物为 14.05%，M6C 型碳化物为 7.57%；试样经热处理工艺后，碳化物面积减少为 15.05%，其中 MC 型碳化物面积为 10.47%，M6C 型碳化物为 4.58%；所得碳化物定量统计结果与物理化学相分析统计结果相符。结果表明，该方法可快速统计识别大量粉末冶金高速钢 SEM 图像中的碳化物，统计结果更全面。

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碳纳米管对反应烧结合成多孔TiC-TiB2复合材料的影响

张旭，陈景景，张金玲

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 83-88.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210154

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采用反应烧结工艺制备了 TiC-TiB2复合材料，通过 XRD、SEM、EPMA、HRSEM 等手段研究了碳纳米管对陶瓷基复合材料组织和性能的影响。结果表明：反应产物中主要物相有 TiC、TiB、Ti3B4、TiB2，基体上存在大量的开孔和闭孔。与未添加 CNTs 的基体组织相比，CNTs 通过阻碍晶粒生长使陶瓷晶粒得到了细化，同时 CNTs 存在于即将脱离的块体之间，将其牵拉在一起。CNTs 与 Ti 反应生成的 TiC 会相互连接成网状骨架结构，使得基体强度提高，但当 CNTs 添加量较多时，因为出现团聚，会降低材料的强度。

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冷镦锻工艺对Al-TiO2-Gr粉末冶金复合材料力学性能的影响

吕刚磊，朱永刚，张智辉

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 89-95.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220054

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以球磨粉为原料，采用粉末冶金法制备了 Al+2.5%TiO2+2%Gr，Al+2.5%TiO2+4%Gr，Al+5.0%TiO2+ 2%Gr，Al+5.0%TiO 2+4%Gr 铝基复合材料。使用合适的冲头和模具在 40 kN 液压机中进行压实，然后在电炉中烧结，烧结预制件承受 10 kN 的增量压缩载荷，直到在自由表面发现裂纹。冷镦成形过程中，复合材料由于变形产生了拉长晶粒。镦锻过程减少了烧结试样中的气孔。对于含 2.5%TiO2和 2%Gr 的复合材料，气孔被补强体封闭和填充，冷镦锻后的气孔数量非常少，TiO2和 Gr 颗粒的加入提高了复合材料的强度和硬度。对于含有 5% 的 TiO2和 2% 的 Gr 颗粒的复合材料，获得了最大硬度值 36.14HRB。

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烧结金属过滤管过滤性能及反吹清灰机制研究

张立峰，尤超，郭齐，李芳侠，李彩霞，南海娟

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 96-100.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220126

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烧结金属过滤管是高温气体过滤器中的核心元件，其过滤性能的好坏直接关系到下游安全生产。通过对烧结金属过滤管的循环压降、脉冲反吹过程中过滤管内部动态压力变化、粉尘层的动态脱落情况、粉尘层厚度变化以及出口浓度进行检测并分析，发现烧结金属过滤管的过滤性能较好，过滤后的气体中所含的颗粒物浓度小于 10 mg/m3，且粒径分布基本上都在 1 μm 以下，满足过滤要求。过滤管内部的动态压力变化与外部的粉尘层厚度随时间变化的趋势相一致，当过滤管内部动态压力达到最大时，外部粉尘层也蓬松到最大值。结合过滤管内部的动态压力变化、外部的粉尘层脱落情况以及粉尘层厚度变化，使用脉冲反吹方式可以完成烧结金属过滤管的循环性能再生功能。

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BCP表面处理对超导铌材性能影响的研究

包玺芳，解永旭，王晖晖

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 101-106.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220097

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超导铌高射频腔作为 X 射线自由电子激光装置直线加速器的核心部件，在 2.0 K 下工作，加速电子达到所需的能量。超导高射频腔的加速腔胞是采用高纯度铌材加工而成，这种铌材经电子束熔炼、锻造、轧制、真空退火及 BCP 化学抛光处理后，性能达到超导高射频腔的使用要求，并经深冲压和电子束焊接的方法加工而成。高纯铌材在具备较高的残余电阻比 RRR值和优良的机械性能同时，也要求铌材拥有良好的表面质量，因此选择合适的 BCP化学表面处理方法是制备高质量超导铌材加工过程中重要的研究内容。

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一种镍基粉末高温合金环形件淬火开裂行为研究

李科敏，王艺星，林希楠，李阳，刘建涛，刘明东

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 107-110.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220208

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FGH4095 合金环形件在热处理淬火过程中会产生开裂行为，实验基于开裂断口的显微组织金相分析，结合淬火过程应力场和温度场的数值模拟，阐明了淬火开裂机制，并给出了解决淬火开裂的有效措施。研究认为，FGH4095 环形件淬火过程中，在拉应力和氧化的共同作用下，晶界发生了动态脆化导致环形件沿着圆周方向开裂，断口呈现典型的沿晶脆断特征。通过对热处理前环形件表面涂覆抗氧化涂料可消除淬火开裂。

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热处理工艺调控激光熔覆WC@Ni/Ni60涂层组织与性能

梅明亮，黄旭，刘畅

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 111-119.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230060

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热处理工艺对改善激光熔覆涂层成形质量具有重要的意义。实验采用 WC@Ni/Ni60A 与稀土混合粉末，研究不同热处理加工工艺对熔覆层的显微硬度、微观组织、物相组成和残余应力的影响规律，探索出最佳退火温度。结果表明：热处理温度的升高有助于细化晶粒组织；随着热处理温度的升高涂层显微硬度下降，700 ℃时，涂层显微硬度较高，1% La2O3样件和 0.5% Y2O3样件硬度分别为 64.9HRC 和 65.3HRC；随着热处理温度升高，涂层磨损体积发生显著变化，在 700 ℃达到最佳，700 ℃退火温度，样件摩擦因数均低于未处理样件；热处理温度的升高，有助于降低残余应力。综合考虑各项性能指标，最优热处理方案为：加热温度 700 ℃，升温速度 10 ℃/min，保温时间为 60 min，冷却方式为随炉冷却。研究结果为热处理改善涂层质量提供理论依据。

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热等静压对3D打印金属构件力学性能的影响

林毅贞，刘文彬

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 120-124.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220135

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热等静压能够消除材料内部缺陷和残余应力，提高力学性能，作为金属 3D 打印构件后处理的重要手段，越来越受到国内外广泛关注并得到迅速发展。综述了近期国内外科研人员针对多种材料的 3D 打印构件实施热等静压后力学性能变化，阐述了性能提高的主要原因，进而为热等静压处理 3D 打印构件提出了一些建议。

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铁精粉通过掺煤提高还原性的研究

李雅龙，刘卫东，马春元

粉末冶金工业. 2023, 33(03): 125-132.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210181

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随着近年环保和节能降耗政策的逐渐收紧，高炉炉料结构变化较大，主要是球团和烧结矿冶金性能相差较大，对高炉稳定性以及经济技术指标造成一定影响。实验研究了铁精粉和煤粉的配比及不同气氛、不同温度铁精粉所达到还原度，结果表明，铁精粉掺煤颗粒试样在还原温度和还原气氛相同的条件下，试样的还原度、金属化率都是随着掺煤量的增加而升高，说明煤中的 C 对铁精粉的还原性影响较大，当掺煤量为 15% 时，还原后试样的还原度、金属化率达到 97% 以上，继续添加煤粉对结果的影响不明显。还原后试样的 Fe2+含量随着掺煤量的增加而减少；在还原气氛和掺煤量相同、还原温度不同时，还原度、金属化率随着温度的升高而提高。在 900 ℃进行冶金性能测试，还原度未能达到 97%；在还原温度和掺煤量相同时，还原度、金属化率随着 CO 浓度的提高而升高；还原后试样表面出现孔洞和凹坑，表面形成致密铁层，有柱状铁晶须。试样能够打出主要成分是 C 的点，原因可能是高温还原过程中，煤粉从铁矿粉上脱落，结合不够紧密。实验为实际生产工艺过程中提供了准确的还原温度、还原气氛、掺煤量等数据，可节省能源、降低成本。

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2023年, 第33卷, 第03期　刊出日期：2023-06-10

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