粉末冶金工业

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曹阳

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 1-6.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230107

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总结介绍了中国粉末冶金零件产业的发展情况，简要介绍了中国粉末冶金产业汽车零件市场和家电零件市场的发展现状及全球汽车产业的发展趋势；提出了“粉末冶金+”工艺的概念，并实测对比了部分零件的“粉末冶金+”与其他金属加工工艺在原材料利用率和单位质量成品能耗情况，以证明“粉末冶金+”工艺是更节约资源的“绿色制造”技术，并分析了在“碳达峰碳中和”目标下中国粉末冶金零件产业发展所面临的机会和挑战。

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一种7075/TC4复材料的制备与力学性能

董志燕，赵海东，杨超，张卫文，王智

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 7-14.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220186

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采用激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术制备 TC4 钛合金蜂窝状拓扑结构预制体，利用真空压力浸渗将 7075 铝合金熔体浸渗入其中，得到 7075/TC4 复合材料。研究表明：复合材料密度为 3.65 g/cm3，7075 铝合金区域主要由 fcc-Al、Al3Fe 和 MgZn2组成；TC4 钛合金区域组织对浸渗温度不敏感，均由片条状的 α相和 β相组成。7075铝合金区域与 TC4钛合金区域的界面处产生了 Al3Ti化合物界面层，界面层厚度在浸渗温度 700、750和 800 ℃时分别约为 6、16和 300 μm。浸渗温度为 750 ℃时，复合材料力学性能最佳，其屈服强度、抗压强度和塑性分别为（755±5）MPa，（1 136±12）MPa 和 23%±1.5%。加载时裂纹容易萌生于铝合金区域的晶界第二相、界面和孔洞等缺陷处。

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真空烧结温度对含Sn奥氏体不锈钢组织和性能的影响

覃群，刘新宇，王天国

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 15-21.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230011

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采用真空烧结来制备粉末冶金 304奥氏体不锈钢，并添加一定含量的烧结助剂 Sn，研究真空烧结温度对 304不锈钢的微观组织和性能影响。结果表明，当烧结温度为 1 270 ℃时，试样微观形貌中孔隙的数量较少，孔隙尺寸较小，形状较规则，烧结试样力学性能能最好，其密度、硬度和抗拉强度均达到最大值，分别为 7.31 g/cm3、62.23HRB、363.34 MPa。当烧结温度超过 1 270 ℃，烧结试样的微观组织中的孔隙数量增多，孔隙的尺寸变大，烧结试样密度、硬度和抗拉强度减小。当烧结温度为 1 270 ℃时，304 不锈钢烧结试样的自腐蚀电流最小，具有最优的耐腐蚀性能。适当的烧结温度有利于 304 不锈钢烧结试样的致密化，降低烧结试样的孔隙数量，提高 304不锈钢试样的耐腐蚀性能。

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氧化锌铝陶瓷靶材制备工艺研究

唐培新，吕周晋，车立达，吴战芳

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 22-26.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220173

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AZO 靶材是一种透明导电氧化锌合金靶材，具有优异的导电性和透明度，广泛应用于太阳能电池、液晶显示器、光电器件等领域。实验采用喷雾干燥工艺制备粉末+冷等静压成形+常压烧结法制备了掺铝氧化锌 AZO 陶瓷靶材。研究了不同烧结温度对氧化锌铝陶瓷靶材性能的影响，确定了最佳的工艺参数。研究结果表明，采用喷雾干燥制粉+冷等静压成形+1 300 ℃无压烧结，可以制备致密度达到 99%，平均晶粒尺寸为 20 μm 左右，电阻率为 10-3 Ω·cm，含有少量 ZnAl2O4物相的 AZO 靶材。热等静压实验发现，热等静压可以将烧坯密度从 97.2% 提升至 100%，达到理论密度。超高致密靶材可以承受更高功率、长时间溅射而不开裂，可以大幅提高溅射效率。

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小粒径产品Ni0.55Co0.50Mn0.40(OH)2形貌控制

刘纪迎，刘飞，杨永生，米玺学，康梅，李鹏

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 27-31.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220091

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通过共沉淀实验，研究了反应条件中通保护气体、固液比、PH、间歇法分料时间和造核时间对小粒径 Ni0.55Co0.50Mn0.40(OH)2产品形貌的影响。结果表明：在充足保护气体的情况下，PH 值为 10.5~10.6、固液比 8%、间歇法分料时间 1 t≤m≤2 t、不需要分釜及造核时间为 1.5 h 时，可以合成形貌良好的小粒径 Ni 0.55Co0.50Mn0.40(OH)2产品。

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烧结钎焊粉末冶金铁基零件的材料成分与结构优化

黄永强，申小平，康利梅

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 32-37.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210171

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烧结钎焊的焊接性能不仅取决于母材成分、焊料成分的相互作用，还取决于焊缝结构的设计。实验采用正交实验的方法获得了母材成分为 Fe-3.5%Ni-0.5%Mo-2.5%Cu-0.7%C 与钎料成分为 Cu-32%Ni-18%Mn-1.5%B-2%Si-3%Fe 的最理想搭配组别。对焊接头的结构进行优化，当焊缝深度为 0.3 mm 时，能保证钎料在结合部位均匀焊接，使抗拉强度达到最大值，为 84 MPa。此外，基于最佳成分搭配组合和优化结构方案进行金相组织分析，通过焊缝区域的孔隙和组织分布，从微观角度研究焊缝区间的连接融合机制

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不同工艺制备陶瓷结合剂金刚石砂轮对PcBN刀具的精密加工研究

陈建立，刘一波，刘洋，王雄飞，田利坤，孔帅斐

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 38-43.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220106

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分别采用熔融-淬水法和溶胶-凝胶法制备了陶瓷结合剂和陶瓷结合剂金刚石砂轮。研究了制备工艺对结合剂的物相、线膨胀系数、弯曲强度及金刚石分散性的影响，并研究了不同工艺制备的陶瓷结合剂对 PcBN 刀具的加工性能。结果表明：熔融-淬水法制备结合剂中存在 SiO2 晶体析出，该晶体的存在会增加结合剂的线膨胀系数，降低其抗弯强度；M2.5/5 金刚石在熔融-淬水法制备结合剂中存在团聚现象，金刚石的团聚将会降低结合剂对金刚石的把持力，增加 PcBN 刀具磨削加工时工件的表面粗糙度。

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固溶处理工艺对FGH91合金组织和性能的影响

李科敏，崔阳阳，朱晓蕾，王宁波，贾建，刘明东

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 44-48.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220210

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实验研究了固溶处理工艺对 FGH91 合金组织和性能的影响。分析发现，FGH91 合金在低于 γ′相固溶温度进行固溶处理，随着固溶温度的升高，其晶粒尺寸没有明显变化，晶内一次 γ′相含量减少，二次 γ′相逐渐增多且尺寸略有增大；FGH91 合金随着固溶温度的升高，室温硬度，室温及高温拉伸强度提高；FGH91 合金随固溶处理后冷却速率的降低，晶界弯曲幅度和弯曲频率增加，合金持久蠕变性能提高。

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铜基刹车摩擦片的制备及性能研究

孙海影，高文嫱，陈华，李靖，潘远安

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 49-53.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210162

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采用粉末冶金技术制备铜基刹车摩擦片，主要成分为 Cu、Fe、石墨等。利用扫描电子显微镜分析烧结及磨损组织形貌，利用 X 射线衍射仪分析试样相结构，采用 MM-W1B 立式万能摩擦磨损实验机测试试样的摩擦磨损性能。结果表明，铜基刹车材料的平均密度为 5.83 g/cm3，孔隙度为 24.6%，抗压强度为 108 MPa，平均硬度为 84 HV，符合刹车摩擦片的使用要求。干摩擦条件下，转速在 200~600 r/min 时，摩擦因数可达 0.31~0.45，主要的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损；润滑摩擦条件下，温度越高，摩擦因数越大，受转速的影响较小。

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铜管表面不同环氧树脂复合涂层性能对比研究

史新立，张柳

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 54-60.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220169

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为寻求性能最优的空气源热泵换热盘管，将不同体积浓度的碳化硅粉末、石墨烯和球形石墨分别添加到铜管表面的涂层中，并以水性环氧树脂涂层作为比较基准，分别研究了不同填料类型和填料浓度对试件散热性能、抑霜性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明，填料的添加在不同程度上提高了涂层的各方面性能；对于SiC填料涂层，其散热性、抑霜性和耐腐蚀性都随着体积浓度的增加而提高；对于石墨烯填料涂层，随着体积浓度的增加，抑霜性能提高，但由于分子间的团聚，散热性和耐腐蚀性出现先增强后减弱的现象；对于球形石墨填料涂层，其散热性和抑霜性随着体积浓度的增加而提高，但耐腐蚀性与石墨烯一样，呈现先上升后下降的趋势。综合对比3种不同填料，球形石墨的性能在抑霜和耐腐蚀方面均优于其他填料，在散热方面，当进水温度较高时，亦优于其他试件。

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B 4C-CeB6/Al复合材料中Al含量对组织与性能的影响

李天宇，董中奇，潘恩宝，王杨，张保玉，宋昱

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 61-65.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220137

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采用机械合金化和冷压微波烧结法制备了B4C-CeB6/Al复合材料，通过X-射线分析和SEM扫描电镜分析B4C-CeB6/Al复合材料显微组织和相组成，并测定材料的硬度，研究了Al添加量对B4C-CeB6/Al复合材料组织的演变规律。结果表明：B4C-CeB6/Al 复合材料粉体在球磨过程中发生机械合金化，粉体组织呈柱状； B 4C-CeB6/Al复合材料的相组成随Al添加量变化，主要相有B4C、CeB6、Al2O3、Al3BC、Al5BO9和CeBO3；随Al添加量的提高，Al5BO9和CeBO3含量增加；CeB6和Al3BC先增加后减小，同时材料硬度也是先增大后减小。

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镍基高温合金选区激光熔化成形工艺实验研究

段现银，龙涛，陈昕悦

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 66-74.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230014

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本文开展了选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）成形实验，对成形件的表面粗糙度、面高度差、球化度、表面熔宽、显微硬度和显微结构进行了测量与分析，研究了激光功率、扫描速度和搭接间距等工艺参数对上述SLM成形件质量指标的影响以及各工艺参数的敏感度分析。优化了IN718 合金的SLM 成形工艺参数，在激光功率为180 W，扫描速度为800 mm/s，搭接间距为0.10 mm 时得到了表面粗糙度为 32 μm的成形件。本文研究可指导选区激光熔化成形工艺参数优化，改善IN718 合金选区激光熔化成形件的表面质量。

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激光原位合成NbC对风电机组用316L不锈钢熔覆层组织及耐磨性的影

赵群，赵晋芳，朱爽，王琳

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 75-80.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230020

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为提高风电机组用316L 不锈钢的硬度和耐磨性，采用激光熔覆技术在304 不锈钢表面制备316L- 10%Nb-5%Cr3C2金属基复合涂层。系统研究了复合涂层的相组成、组织形貌、元素分布、显微硬度及耐磨性能。结果表明：复合涂层的相组成为γ-Fe、Fe-Cr 固溶体、NbC 陶瓷颗粒及Cr7C3。316L-10%Nb-5%Cr3C2复合涂层的显微硬度显著高于316L 熔覆层，约为（394±10.7）HV0.3，约为316L 熔覆层的1.65 倍。磨损试验表明，在干滑动条件下复合熔覆层的耐磨性相较于316L 熔覆层提高了约2 倍。复合熔覆层的磨损机制为单一的磨粒磨损。

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选区激光熔化成形（ZrH2+TiH2）/Al-Cu-Mn合金的显微组织与力学性能

许小鹏，黄卫东，秦帅帅，黄旭，何东东，王璐

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 81-89.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220095

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Al-Cu 系合金因较宽的凝固区间，在选区激光熔化（selective laser melting，SLM）成形中存在热裂纹问题。实验通过机械混粉的方法制备了（ZrH2+TiH2）/Al-Cu-Mn 复合粉体，并通过SLM成形试样。采用金相显微镜、SEM、EDS、显微硬度仪、拉伸实验等，研究了ZrH2、TiH2复合添加对Al-Cu-Mn 合金显微组织及力学性能的影响。结果表明：当激光能量密度为120 J/mm3 时，试样致密度最高。ZrH2、TiH2 添加后，试样微观组织由粗大的柱状晶转变为等轴晶，晶粒发生细化，成形过程中的开裂现象明显改善。相比于初始 Al-Cu-Mn 粉体，ZrH2、TiH2 添加后SLM成形试样显微硬度提升了16.5%，室温抗拉强度达到356.5 MPa，伸长率为8.8%；经540 ℃固溶处理1 h+185 ℃时效处理10 h 后，试样抗拉强度提升至460.9 MPa，伸长率达到 11.4%。

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选区激光熔化成形TA15钛合金的组织与疲劳性能

蔡小叶，白兵，胡家齐，董定平，慈世伟

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 90-96.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220115

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在对选区激光熔化成形的TA15 钛合金试样静态力学性能测试和分析的基础上，研究分析选区激光熔化成形TA15 钛合金试样室温动态疲劳性能。采用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）分析横纵截面显微组织形貌以及试样拉伸和疲劳断口。研究表明，TA15 横截面呈现典型的棋盘格子结构，纵截面分布着贯穿多个沉积层且外延生长的β 柱状晶，柱状晶内部交错分布针状马氏体；经退火处理后TA15 钛合金的抗拉强度和屈服强度较沉积态试样有所下降，伸长率、收缩率以及冲击强度明显提高，且均优于TA15 板材指标；疲劳寿命数据具有一定的分散性，产生疲劳分散性的主要原因是选区激光熔化成形过程，金属粉末在高能量激光的作用下快速熔化冷却，在制件内部随机出现搭接不良、气孔、未熔粉末等缺陷。

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激光选区熔化工艺对CoCrWMo合金的组织和力学性能的影响

赵霄昊，张鹏，潘霏霏，郭少帅，刘立科，梁书锦

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 97-105.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220076

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利用激光选区熔化技术（SLM）制备CoCrWMo 支架卡环成形件，研究了不同激光功率和不同扫描速度的适配性，以及成形件组织及性能的特征。利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、Image Pro Plus 图像分析软件进行显微组织分析及表征。随后，从15 组实验中选取最优工艺参数制备支架卡环，并对其进行力学性能检测。实验结果表明，采用最优工艺的成形件具备良好的综合力学性能，成形件抗拉强度和屈服强度分别为（1 066±33）MPa 和（849±30）MPa，其退火态显微组织主要由γ-fcc 相组成，相比例不低于 95%，断口伸长率可达20%，断口形貌呈现典型的韧窝特征。实验表明，SLM能量密度在（19.5~26.0）J/mm3 区间内，打印件孔隙率会超过0.2%；SLM能量密度在（26.0~36.5）J/mm3区间内，打印件孔隙率均低于0.1%。打印件的孔隙率主要受激光功率、扫描速度等打印参数匹配性影响，孔隙率与能量密度无明显量化关联。

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基于响应面法的激光熔覆Ni基涂层气粉两相流研究

褚梦雅，练国富，冯美艳，陈昌荣，兰如清

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 106-114.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220081

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为了揭示激光熔覆中输入参数的相互作用对粉末流汇聚性的影响规律，提高熔覆过程中的粉末利用效率，采用响应面法进行模拟方案设计，通过拟合输入参数与粉末流特征参数之间的函数关系建立回归方程，揭示输入参数及其相互作用对基体上平均粉末浓度与粉斑直径的影响规律。研究结果表明，气流量、送粉电压、喷嘴工作高度、气流量与喷嘴工作高度的交互项、送粉电压与喷嘴工作高度的交互项、喷嘴工作高度的二次项对基体上平均粉末浓度影响显著。气流量、喷嘴工作高度对基体上的粉斑直径影响显著。基体上平均粉末浓度随气流量增加而减小，随送粉电压增加而增大，随喷嘴工作高度增加而减小；基体上粉斑直径随喷嘴工作高度和气流量增加而增大。以基体上平均粉末浓度最大，粉斑直径最小为优化目标，基体上平均粉末浓度与粉斑直径的模拟值与预测值进行比较，误差分别为6.6%和1.74%。该研究可以为激光熔覆技术在工业应用中参数选取提供理论指导。

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粉末粒径与工艺参数对NbC熔覆层组织与性能的影响研究

岳琨，练国富，黄旭，冯美艳，兰如清

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 115-123.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220140

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通过制备不同粒径的Nb 和B4C颗粒，在45 钢表面原位合成NbC，旨在研究不同粒径与工艺参数对复合涂层组织演变和显微硬度的影响。采用响应面法中心复合设计模块分析粉末粒径、激光功率、扫描速度和气流量对复合材料熔覆层性能的影响关系，建立工艺参数与熔覆层硬度之间的数学模型，通过方差分析和模型检验，验证了模型的准确性。研究发现，改变粉末粒径不会改变熔覆层的相组成，但熔覆层的硬度随着激光功率和粉末粒径的增加而增大，随着扫描速度与气流量的增加而减小。以熔覆层硬度最大为目标进行优化，预测值与实际值的误差率为1.4%。该研究成果为熔覆层性能的预测与控制提供理论依据。

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粉末冶金法制备高性能ODS合金研究进展

周志宏，马娇，彭金艳，康睿超，杨胜兵，李伟航

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 124-131.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220027

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氧化物弥散强化合金是核反应堆材料中最具有应用前景的材料之一。得益于在金属基体中引入了大量分布均匀的纳米氧化物，该合金具有良好的高温力学性能。同时，在ODS Fe 基合金中加入一定比例的Cr 和Al，会使合金的耐蚀性能大幅度提升。由于采用粉末冶金法制备的ODS 合金的综合性能优于熔炼法，因此近年来主要用粉末冶金法制备ODS 合金。系统的总结了最近国内外多种合金粉体的制备和烧结工艺，其中包括采用机械合金化、内氧化法以及水热-冷冻干燥法制备合金粉体；采用热等静压、粉末锻造以及放电等离子烧结制备合金块体，同时对各种制备工艺目前的研究现状和存在的问题进行了阐述，旨在为制备综合性能优良的先进ODS 合金提供参考。

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S2-插层的层状双金属氢氧化物的制备及对镉离子吸附研究

陈科，曾琦斐，曾智文

粉末冶金工业. 2023, 33(04): 132-136.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220002

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以ZnSO4、Ga(SO4)3、Al(OH)3、CH4N2O 和N2S 为原料，制备出S2-插层的层状双金属氢氧化物吸附剂，采用纳米激光粒度仪、X-射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对新型吸附剂的粒径、形貌和晶型进行了表征。结果表明，ZnAl-2 平均粒径为57.45 μm，其形貌呈现较多的海绵状，GaAl-3 的平均粒径为 71.7 μm，形貌均匀且壁较薄。4 种合成的吸附剂对镉离子的吸附性能为：随着吸附时间延长，吸附效果增加，在吸附时间达到60 min 时，再增加吸附时间其吸附效果增加的不明显，因此确定吸附时间为60 min。 4 种合成的吸附剂的吸附性能为：GaAl-3 > ZnAl-2 > GaAl-2 > ZnAl-2。

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2023年, 第33卷, 第04期　刊出日期：2023-08-10

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