粉末冶金工业

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于洋，徐圣航，廖俊

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 1-10.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230174

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工模具钢是一种具有高强度、硬度、耐磨性和耐热性的特殊钢材，广泛应用于金属加工、注塑及压铸模具、汽车制造等行业。传统熔铸方法制备的工模具钢易出现成分偏析及粗大碳化物，且难以通过锻造等加工方法消除，导致材料性能变差。粉末冶金工模具钢的组织均匀、碳化物弥散细小、合金成分含量高，可实现复杂形状和结构的制造，其工模具产品具有高性能、高精度、长寿命等优势，在高端制造业领域有重要的应用前景。因此，对粉末冶金工模具钢的发展历史，生产技术及其应用进行了综述，介绍了工模具钢粉末工业化制备的技术革新，分析了粉末冶金工模具钢的制备方法及组织性能特点，最后归纳了粉末冶金工模具钢的分类及应用，并对其未来的发展趋势进行了展望。

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预混合法和预合金法制备Cu-Sn粉末的显微组织和烧结性能

陈朋飞, 莫文剑, 易翠, 王安东

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 11-16.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230013

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使用预混合法和预合金法制备了 Cu-Sn 粉末，研究了 Cu-Sn 粉末在烧结过程中的显微组织和物相变化规律，同时测试了 Cu-Sn 粉末在不同温度条件下的烧结性能。实验结果显示，通过预混合法制备的 CuSn10、CuSn20 粉末烧结态组织由 α 相和 α+δ 共析组织组成，而预合金法制备的 CuSn10 粉末烧结态组织则由单一的 α 相组成。两种方法制备的粉末在相同条件下烧结后，预混合 Cu-Sn 粉末的烧结体相对于生坯产生了膨胀，预合金铜锡粉末烧结体则表现为收缩，且预合金 Cu-Sn 粉末烧结后的断裂强度、含油率和有效含油率均高于预混合粉末。

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激光选区熔化非实体支撑薄壁曲面特征变形规律研究

段现银，胡祖江，邓犇，林志雄，龙涛

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 17-29.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230015

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激光选区熔化（SLM）成形工艺正越来越广泛应用于航空航天装备复杂构件制造，该类零件具有众多薄壁类曲面特征，成形制造中残余应力较大、曲面特征变形问题突出，严重制约增材制造薄壁曲面构件的成形精度和质量。针对非实体支撑薄壁曲面特征激光选区熔化成形，通过模拟仿真研究了非实体支撑的工艺参数和几何特征对支撑连接情况的影响，基于此分析了非实体支撑下曲面特征的残余应力分布与变形规律。采用热弹塑性法对不同支撑成形激光功率和支撑结构下非实体支撑连接情况进行模拟仿真，以连接效果为目标优选支撑参数。应用优选支撑参数，基于固有应变模型对不同壁厚和成形高度的薄壁曲面特征的残余应力和变形分布进行模拟仿真、实验验证与讨论分析。结果表明，优选非实体支撑的薄壁曲面零件的局部变形得到明显改善，薄壁曲面零件残余应力分布主要受零件的 Z 向正应力影响，且随零件厚度增加而增加。

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导流管长度和雾化压力对气体回流影响的数值模拟及实验研究

谭小练，郭振，李传锋，李传珍，张宏智，苏晓峰

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 30-36.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230003

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金属 3D 打印专用球形粉末普遍采用气雾化法制备，无坩埚电极感应气雾化技术（EIGA）制备的金属粉末具有氧增量低、细粉收得率较高、球形度高、流动性好等优点。实验对雾化喷嘴导流管底端的气流场进行了数值模拟，研究导流管长度和雾化压力对气体回流的影响，并通过雾化实验对模拟结果进行了验证。结果表明：导流管长度存在一临界值，当长度低于临界值时，雾化喷嘴环缝外侧气体的流速高于内侧气体的流速，气体易回流进入导流管内部，导致较多缺陷粉产生；长度高于临界值时，环缝内侧气体的流速高于外侧气体的流速，气体回流现象消失，缺陷粉数量大幅减少。雾化压力主要影响粉末的粒径，雾化压力越大，粉末粒径越小。

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航空航天级AlV85中间合金制备热力学及动力学研究

苑子凯，黄召阔，于继洋，滕艾均，常智

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 37-43.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220191

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根据热力学原理对铝热法制备 AlV85中间合金过程进行了吉布斯自由能、绝热温度及热值的计算，使用差热分析法分析了合金生产过程，构建了使用不同粒度 Al 粉铝热法生产 AlV85 合金的动力学方程。使用铝热法生产 AlV85 中间合金能够自发进行并维持，其绝热燃烧温度为 2 327 K，热值 4 169 J/g；铝粉受热熔化后与固态的 V2O5反应，置换出 V 并生成部分 AlmVn，在约 1 000 K 的温度下部分 V 和 AlmVn反应生成 V 基固溶体；铝粉粒度对反应过程及反应产物有较大影响；构建了不同粒度铝粉生产 AlV85 合金的动力学方程，粒度越小，活化能越低、指前因子越高。

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小粒径镍锰两元前驱体Ni0.6Mn0.4(OH)2的形貌及应用性能

杨永生，刘飞，孙磊，刘纪迎，米玺学，王耀玺

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 44-50.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230001

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以共沉淀-控制结晶法为基础，研究了反应条件氨浓度、pH 值、造核方式及反应温度对 Ni0.6Mn0.4 (OH)2(H6040)前驱体形貌的影响，同时重点研究了相同 pH 下，不同氨浓度对正极材料电化学性能的影响。结果表明，氨浓度、pH 值、造核方式对前驱体的形貌有较大影响，而反应温度对前驱体的一次颗粒有较大影响。当氨浓度为 0.14mol/L、pH 为 11.5~11.6、造核方式采用镍液和氢氧化钠溶液同时进入的情况下，制备出了形貌良好的小粒径前驱体 Ni0.6Mn0.4(OH)2和电化学性能优异的正极材料。

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石墨类型对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

樊江磊，王娇娇，王霄，魏泽新，郝源丰，刘建秀

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 51-59.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220233

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采用粉末冶金方法制备了分别以鳞片石墨、球形石墨、焦炭、人造石墨和隐晶石墨为润滑组元的铜基摩擦材料，使用 MM3000 摩擦磨损试验机测试了摩擦磨损和制动性能。结果表明：在 3 000 ~7 000 r/min 的转速下，含人造石墨铜基摩擦材料的平均摩擦因数最高，但磨损量大；含焦炭铜基摩擦材料的摩擦因数次之，但磨损量最小，优于含鳞片石墨铜基摩擦材料。在 7 000 r/min转速制动条件下，含人造石墨铜基摩擦材料的瞬时摩擦因数最高，制动时间最短，但摩擦材料表面温升最大；含焦炭铜基摩擦材料的瞬时摩擦因数和制动时间次之，但摩擦材料表面温升最小，且整体性能优于常用的含鳞片石墨铜基摩擦材料。因此，相比而言，以焦炭作为润滑组元的铜基摩擦材料具有最佳的摩擦磨损和制动性能。

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MHC/GH4099热等静压扩散焊接头组织演化及断裂机制

黄赞军，张龙戈，车洪艳，王铁军，董浩，曹睿

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 60-69.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220164

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实验研究了不同中间层（Ni-Cr-Si-B、Ag-Cu-Ti、Ti-Cr-Ni、Nb-Ni）对 MHC 与 GH4099合金热等静压扩散焊工艺（HIP-DB）下接头力学性能的影响。在热等静压工艺为 1 150 ℃/130 MPa/180 min 时，采用 Nb-Ni 中间层获得了可靠的 MHC/GH4099 焊接接头。采用 Nb-Ni 中间层的接头抗拉/抗剪强度达到 84/41 MPa，高于采用 Ni-Cr-Si-B、Ag-Cu-Ti 和 Ti-Cr-Ni 中间层的连接强度。其扩散诱导反应层为 Mo-Nb 固溶体、Ni8Nb、 Ni 3Nb 和 Ni6Nb7，对其强度和厚度进行了测定，以建立界面微观结构与接头性能的相关性。研究发现，析出相 Ni3Nb强度高、塑性好，对接头高温性能有益，裂纹从 Mo-Nb固溶体处萌生，沿晶扩展至中间扩散层。

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变形量对粉末冶金零件表面致密化的研究

黄贤，罗成，王天国，华建杰，张晓东，张明辉

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 70-75.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220176

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采用整形致密化技术, 研究了变形量对粉末冶金 Fe-Cu-Mn-Mo-C 材料表面致密化层深度的影响。实验通过增加变形量来减小零件表面的孔隙，提高其表面致密层深度与硬度等性能。结果表明，采用挤压致密化技术制备的粉末冶金零件表面可以形成均匀的致密层,零件的表面硬度有较大的提高。当完成变形量提高到 0.4 mm 和 0.6 mm 后，在试样密度 6.8 g/cm3与 7.0 g/cm3的粉末冶金零件表面形成大约 0.25~0.4 mm 致密层。表面致密层深度和硬度均随变形量的增加而增加，说明了变形量是影响零件表面致密化效果的重要因素之一。

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热处理制度对SLM成形TA15钛合金组织及性能的影响

袁晨风，白兵，程宗辉，蔡小叶，范朝，胡家齐

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 76-83.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220143

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实验采用选区激光熔化成形（SLM）技术制备了 TA15 钛合金试样，研究了热处理制度对 TA15 钛合金试样微观组织和拉伸及冲击性能的影响。研究结果表明，单重热处理方式下，随保温时间的延长和退火温度的升高，微观组织 α′马氏体逐渐分解，次生 α 相和 β 相的体积分数则逐渐增加，试样拉伸强度整体呈下降趋势，但断裂韧性呈现先升高后降低的趋势。其中在 850 ℃保温 4 h热处理制度下，试样具有较优的综合性能，其抗拉强度为 1 033 MPa，冲击功为 38 J。双重热处理制度下，显微组织主要是以网篮状为主的 α＋β 两相组织，微观组织均质化程度更高，表现为宏观性能分散性较小，其抗拉强度均值达 1 029 MPa，冲击功为 40 J。

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水磨泥合金粉的凝胶注模成形工艺研究

车晓舟

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 84-88.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220179

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将刀具生产过程中产生的水磨泥钢粉分离、净化，通过添加适量合金元素配成水磨泥合金粉。采用甲基丙烯酸羟乙酯作单体、三缩四乙二醇双丙稀酸酯作交联剂，用凝胶注模成形方法将水磨泥合金粉成形，经脱模、干燥和 1 400 ℃、2 h 烧结后得到烧结坯，烧结坯组织由珠光体、碳化物和微孔洞组成。烧结坯经1 050 ℃淬火、180 ℃回火热处理，硬度为50HRC。经浓度5%氯化钠水溶液3 h盐雾测试，热处理后的烧结坯的腐蚀程度远低于未热处理的烧结坯，表明水磨泥合金粉烧结坯经淬火、低温回火后具有良好的耐蚀性能。

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金属薄膜的流延工艺研究

曹卜元，方宇飞，王妍，蒲博玮，任尚远，李荣

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 89-93.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220165

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流延成形方法应用于金属薄膜的生产中，由于金属粉末自身比重大以及流延工艺的制备过程复杂，金属薄膜易变形开裂。实验研究了金属流延浆料中各添加剂含量对金属薄膜成形过程和烧结后性能的影响。结果表明：粘结剂含量与粘度对金属薄膜性能起决定性影响，加入 10% 含量的造孔剂，有效控制了颗粒团聚现象，膜层孔径分布集中，气体透过率提升。实验验证了固含量对流延坯片均匀性的影响；固含量过低，易造成膜层表面开裂，厚度不均匀，烧结后大孔缺陷多，强度差；而固含量过高，会导致膜层气体透过率下降，同时，膜层的柔韧性也会降低。造孔剂可以显著改善膜层表面团聚现象，提高颗粒之间的结合力。

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TiN/Cr涂层锆合金包壳高温氧化与抗热冲击性能研究

肖魏魏，刘义龙，黄景昊，李佳涛，刘世宏，杨晨

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 94-101.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220154

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为了研究 TiN/Cr 涂层锆合金的高温氧化性能和抗热冲击性能，采用磁控溅射制备了 TiN/Cr 涂层锆合金样品，分别开展高温氧化和抗热冲击性能试验，并对高温氧化和抗热冲击后的样品微观结构、物相及结合强度等进行表征。结果表明磁控溅射制备的 TiN/Cr 双层涂层之间存在明显界线，样品表面存在类圆形的团聚凸起，但涂层结构致密，无裂纹和孔隙等缺陷。高温氧化后，表面 Cr 涂层部分被氧化为 Cr2O3，呈不规则的多面体结构，中间 TiN 涂层中 Ti原子向表面扩散，与 O 结合形成 TiO2，呈长条状结构，且 Cr2O3聚集区域呈鼓泡状。在涂层与基体界面处，向内扩散的 Cr 原子和向外扩散的 Zr 原子形成约 5 μm 厚的 Cr-Zr 扩散层。同时，O 原子持续向样品内部扩散，与基体中 Zr 原子结合形成 ZrO2。虽然 TiN/Cr 涂层锆合金的氧化增重小于无涂层锆合金，且样品保持相对完整，但是由于 O 原子的持续扩散，内部锆合金被氧化，说明 TiN/Cr 涂层无法为锆合金提供良好的长时抗高温氧化性。热冲击试验后，表面涂层依然完整包覆整个样品，但样品表面存在熔池状区域，并伴随微裂纹和孔隙，且涂层膜/基结合强度明显降低。

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铺粉厚度对Mo2FeB2涂层组织与性能影响研究

杨江淮，练国富，张浩，曹强，阙林志

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 102-110.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220189

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为了探究铺粉厚度对 Mo2FeB2涂层成形质量和性能的影响机制，采用激光熔覆预置粉末法制备 Mo 2FeB2涂层，研究铺粉厚度对 Mo2FeB2涂层形貌、显微组织、显微硬度及耐磨性的影响。研究发现：当铺粉厚度增加，涂层的高度、宽度增加，稀释率逐渐降低；铺粉厚度对涂层的相组成没有影响，但涂层中存在的主要相组成有助于提高涂层的硬度、耐磨性等性能；对涂层的微观组织观察发现，随着铺粉厚度的增加，枝晶的数量呈现先增大后减小的趋势，枝晶大小先不变后减小，且铺粉厚度为 1.0 mm 时枝晶间隙小于另外两种厚度；金相打点测试和元素映射结果表明涂层中出现明显的元素偏析；显微硬度测试表明，铺粉厚度的增加有利于提高涂层的平均硬度；磨损测试表明，铺粉厚度的增加有利于提高涂层的耐磨性能。通过对不同铺粉厚度的宏观形貌、微观组织、硬度及耐磨性分析，综合实际需求与经济效益，1.0 mm 为最佳铺粉厚度选。

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车用不锈钢表面激光原位合成FeCrCoNi涂层组织及耐磨性

张连松，苏涛，沈思明

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 111-116.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230070

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为提升车用316 不锈钢的表面硬度及耐磨性，采用激光熔覆原位合成法在316 不锈钢表面制备 FeCrCoNi 高熵合金涂层。分别对FeCrCoNi 高熵合金涂层的相组成、元素分布、显微硬度及耐磨性进行研究。结果表明：原位合成制备的FeCrCoNi 高熵合金涂层无裂纹、气孔等缺陷，与基材呈现良好的冶金结合。 FeCrCoNi 高熵合金涂层由单一的FCC 相组成，涂层组织为树枝晶。各元素分布均匀，无明显偏析。FeCr‐ CoNi 高熵合金涂层的截面平均显微硬度约为283.7 HV，相较于316 不锈钢基体提升了约50%。FeCrCoNi 高熵合金涂层的平均摩擦因数分别为0.377 和0.438，比磨损率分别为2.27×10-5 mm3/N·m和6.17×10-5 mm3/N·m， FeCrCoNi 高熵合金涂层的磨损率降低了70%。FeCrCoNi 高熵合金涂层的磨损机制为磨粒磨损。

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高熵合金复合涂层研究现状及展望

董天顺，刘建辉，陆鹏炜，付彬国，李国禄，马庆亮

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 117-123.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220230

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高熵合金涂层能在经济实用的基础上发挥高熵合金的优良综合性能，但其强化方式主要为固溶强化，强化效果有很大局限性，因此有必要在高熵合金涂层中引入硬质颗粒实现复合增强，从而得到性能更加优良的高熵合金复合涂层。综述了制备高熵合金复合涂层的主要技术，如激光熔覆技术、等离子熔覆技术和氩弧熔覆技术，重点介绍了直接添加和原位合成硬质颗粒增强高熵合金复合涂层的研究现状，分析了其组织与结构，并分别从硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗高温氧化性这几个方面论述了硬质颗粒对高熵合金复合涂层性能的影响，最后针对高熵合金复合涂层研究中存在的问题进行了总结和展望。

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粉末高温合金热挤压工艺研究进展

石英男，孙少斌，曲敬龙，刘明东，荣昆，贾建

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 124-133.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220198

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概述了欧美国家粉末高温合金热挤压工艺的发展历程与应用情况，阐述了我国粉末高温合金热挤压工艺的研究进展，介绍了René 95、René 88DT 和FGH4096 合金的挤压工艺参数选取原则，重点分析了挤压工艺参数（挤压比、挤压速度、挤压温度等）对粉末高温合金挤压成形及组织性能的影响规律，阐明了热挤压过程中粉末高温合金非金属夹杂物的演变行为。

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铝粉用助燃材料及技术研究进展

郭惠丽，张为鹏，黄亚峰，张俊林，赵东奎

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 134-139.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220200

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铝粉是火炸药行业中最常用的金属燃料。如何使铝粉在火炸药中燃烧并尽可能反应完全，一直是研究者需要解决的难题，因此，系统地对铝粉用助燃材料及技术进行了综述，并对不同助燃材料对铝粉燃烧的促进作用机制进行了分析。结果表明，高氯酸铵（AP）、含氟材料、含硝基的化合物、叠氮类材料等对铝粉都有明显的助燃作用。采用自组装工艺制备的含铝复合材料使铝粉反应完全更加有效。

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球形钛合金粉末制备技术及航空增材制造应用研究进展

李有余，余力，高扬

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 140-147.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230042

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钛合金具有高强轻质耐高温的特点，因而成为拥有巨大前景的航空结构材料。传统的机械制造工艺难度大、成本高，限制了钛合金的应用。增材制造(AM)作为新兴的先进制造技术，可以通过逐层加工的方式制造出具有较高三维精度的金属部件，从而实现钛合金的近净形加工。因此，首先介绍了球形钛合金粉末制备技术，其中包括等离子旋转电极雾化法（PREP)、电极感应气体雾化法（EIGA）、等离子体雾化（PA）和等离子球化技术（PS）等，对比4 种球形钛合金粉末的制备技术和优缺点，以及在航空增材制造的应用，包括激光选区熔化（SLM）、电子束选区熔化（EBSM）和激光熔化沉积（LMD）等，总结了不同钛合金粉末制备技术在航空增材制造的应用特点和发展趋势，并指出钛合金增材制造未来发展的关键是低间隙钛粉的制备，增材制造设备高精度、高效率和大型化将是未来的发展趋势。

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铜基粉末冶金摩擦片的研究现状与展望

杨水余，周焕辉，李炎森，许成法

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 148-153.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230046

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重载及特种车辆传动装置一般采用基于铜基粉末冶金材料的换挡摩擦片，随着传动装置向高转速、大扭矩、重载等方向发展，传统摩擦片性能不足的问题逐渐暴漏出来，如摩擦层脱落、芯板断裂等重大问题。针对铜基摩擦片日益凸显的重大问题，分析了摩擦片的发展过程及铜基摩擦片的应用现状，介绍了铜基摩擦片的构成形式与材料成分，阐述了摩擦片常见的失效形式与使用要求。进一步，从成分设计、制造过程、结构设计及后处理强化等方面提出针对性策略，指出铜基摩擦片多工艺耦合优化及开发新型环保复合材料摩擦片将会是摩擦片发展的重要方向。

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TiO 2掺杂对MnZn功率铁氧体性能的影响

朱江坡，王鸿健，夏铭洋，邢冰冰

粉末冶金工业. 2024, 34(01): 154.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230007

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采用传统氧化物陶瓷法制备低功耗的MnZn 功率铁氧体，研究了TiO2掺杂对功率铁氧体微观结构、饱和磁感应强度、起始磁导率和功率损耗的影响。结果表明：适量添加TiO2能够改善晶粒均匀性，提高饱和磁感应强度、起始磁导率，降低损耗尤其是低温损耗，但是加入过多的TiO2会导致晶粒异常长大，饱和磁感应强度降低，高温损耗恶化。当TiO2含量为0.25%时，铁氧体烧结样品的晶粒尺寸大小均匀，饱和磁感应强度达到最大值，损耗较低。

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2024年, 第34卷, 第01期　刊出日期：2024-02-10

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