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(02): 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其应用，并对其未来的发展趋势进行了展望。

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碳热还原白云鄂博矿制备高性能Fe-Al2O3复合材料

陈宇昕，徐文盛，王宁

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 11-20.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230021

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以白云鄂博铁精矿为主要原料，活性炭为还原剂，采用碳热还原法制备了 Fe-Al2O3复合材料。研究了不同还原剂添加量对还原过程、复合材料组织和性能的影响。XRD 结果表明，较低的还原剂含量导致 C1 样品主要由 Al2O3、Fe、尖晶石和少量氧化铁组成。随着还原剂用量的增加，尖晶石和氧化铁的衍射峰消失。同时，C1~C4 样品中还含有少量的钙长石，随着还原剂用量的增加，钙长石含量逐渐减少。SEM 分析表明，金属相以颗粒状均匀分布在氧化铝基体中，氧化铝晶界处存在少量玻璃相。断裂机制分析表明，金属相通过塑性变形吸收能量以提高复合材料的力学性能。样品的最佳性能为：密度为 4.12 g/cm3，孔隙率为 0.62%，线性收缩率为 17.55%，抗折强度为 308 MPa，硬度为 13.02 GPa，耐酸性为 93.55%，耐碱性为 98.85%。该课题提供了一种利用天然矿物制备高性能复合材料的低成本清洁工艺。

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不同形貌铜粉制备多孔泡沫铜的研究

方青青，陈睿智，陈鹏起，程继贵

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 21-27.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230029

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分别以水气联合雾化法制备的铜粉和电解法制备的铜粉为原料，通过松装烧结法在 700~900 ℃下烧结 120 min 制得泡沫铜烧结体。考察了原料铜粉类型和烧结温度对所制备的泡沫铜烧结体孔隙率、孔隙特性和性能的影响。实验结果表明，随着烧结温度升高，泡沫铜孔隙率呈减少趋势。在相同的烧结工艺下，由雾化铜粉制备的多孔烧结体孔隙率约为 30%~60%，孔隙形状较为规则；而由电解铜粉制备的多孔烧结体孔隙率约为 40%~70%，孔隙形状不规则。在烧结温度 750 ℃下以雾化铜粉为原料制得的 50% 左右孔隙率泡沫铜烧结体的初始屈服强度为 20.18 MPa，热导率为 59.13 W·m/K；而在烧结温度 850 ℃下以电解铜粉为原料制得的同孔隙率泡沫铜烧结体的初始屈服强度为 14.44 MPa，热导率为 41.32 W·m/K。当烧结体孔隙率相近时，以雾化铜粉为原料制得的泡沫铜烧结体具有更好的力学性能和热学性能，并对不同类型铜粉在松装烧结过程中孔隙形成机制进行了探讨。

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17-4PH不锈钢小模数齿轮的MIM研制和分析

李杰，叶德全，邱耀弘

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 28-34.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230010

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采用金属粉末注射成形（MIM）工艺制作几何形状复杂的小型金属零件，尤其是针对具有多数特征重复且相似的传动零件有一定的优势，例如常见的小模数齿轮。采用不锈钢 17-4PH 作为 MIM 技术的金属齿轮材料，这种材料的机械性能和防腐蚀能力优于传统机械加工齿轮的材料。实验按照不锈钢 17-4PH 的特性，以 MIM 工艺制作齿轮并对其进行不同条件的热处理（烧结后、H900、H900后+退火），经质量测试后呈现微小的变化，与传统热轧板材结果相近，MIM 工艺可制作复杂齿轮并保持不锈钢 17-4PH 优良的尺寸精度，并能够提升机械性能。

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轴面激光熔覆W6Mo5Cr4V2与Ni60A-WC异材搭接温度场及应力场数值模拟

谢伟鹏，许明三，王建国，曾寿金，韦铁平

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 35-43.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220170

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通过高速钢（W6Mo5Cr4V2）与 Ni60A-WC 在轴面上熔覆搭接的温度场和应力场分布，研究不同激光功率、搭接顺序及搭接率对温度场分布的影响规律，及沿搭接熔覆截面特定路径异种材料搭接各向应力分布情况。采用 ansys软件模拟搭接熔覆过程温度场及应力场，对各参数采用单因素变量法进行仿真试验；并利用红外测温仪对温度场仿真结果进行验证。激光功率对搭接过程温度场影响最大，随着激光功率的增大搭接顺序对温度场的影响减小，在两道搭接功率均为 2 000 W 时，随着搭接率的增大最高温度先增大后减小，在搭接率为 40% 时最高温度为最大值。同时搭接涂层的边缘轴向径向应力均表现为压应力；在搭接区环向及径向应力为拉应力。由于热物性的差异，高速钢涂层各向应力整体大于镍基碳化钨涂层。通过试验与仿真温度验证各观测点温度，得出最大温度误差为 5.66%，符合预期数值。

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轮廓扫描速度对SLM成形TC1钛合金侧面质量的影响

胡家齐，董定平，慈世伟，蔡小叶，谢隋杰，程宗辉

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 44-48.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230028

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采用选区激光熔化（Selective laser melting，SLM）工艺以不同的轮廓扫描速度制备了 TC1 钛合金样品，测定了样品的侧面粗糙度，观察了样品侧面近表面缺陷特征并测试了其显微硬度。结果表明：随轮廓扫描速度的增加，样品的侧面粗糙度 Ra 由 8.09 μm 提升至 12.27 μm，这主要是由于球化与表面粘附的部分熔化粉末导致的。当轮廓扫描速度较慢时（300 mm/s），产生匙孔效应，近表面形成了大量气孔缺陷。当轮廓扫描速度较高时（900 mm/s），能量密度较低，近表面区域形成了未熔合缺陷。此外，低的轮廓扫描速度使能量密度增加，轮廓区熔池冷却速度减小，从而使近表面区域的硬度降低。高的轮廓扫描速度有助于降低近表面区域硬度的损失。

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大气等离子喷涂流场与粒子特性分析

张勇，郭龙龙，鞠录岩，吴恒

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 49-55.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230038

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（西安石油大学机械工程学院，陕西西安 710000）

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超细分级磨盘结构对粉碎腔流场的影响及优化

齐习娟，蒋磊，秦志英，赵季福，赵月静

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 56-62.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230083

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非金属矿物材料加工中，超细分级磨是集超细粉碎与分级于一体的超细粉体制取设备，其原理是利用粉碎腔内磨盘的高速旋转，使粉碎腔内的物料与磨盘上的叶片发生激烈的冲击、碰撞等作用，在机械和气流的双重作用下被粉碎。研究粉碎腔内的机械结构、流场分布及影响因素对保证超细粉碎粒度、提高粉碎效率等方面具有重要的工程意义，实验采用计算流体力学软件 Fluent 对超细分级磨流场进行数值模拟仿真，通过单因素实验法，观察粉碎腔流场分布情况。实验结果表明：磨盘上的叶片数量和宽度变化对粉碎腔内气流速度影响较小，对粉碎腔内的气流压力和气流轴向速度影响较大；进入粉碎腔的物料运动至粉碎区域得不到充分分散，易造成团聚现象；利用模拟仿真结果对粉碎腔内的磨盘进行了结构优化，对优化结果进行了验证。

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钨粉颗粒形状对钡钨阴极发射性能的影响

王明辉，胡可，杨世松，吴仁君，张方阳，林波

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 63-68.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230033

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实验以两种不同颗粒形状的钨粉为原料，采用金属注射成形（MIM）技术制备了钡钨阴极用多孔钨基体，重点研究了粉末颗粒形状对多孔钨基体孔隙特征以及阴极发射性能的影响。结果表明：SW和NPW两种钨粉末粒度分布基本相同，但颗粒形状不规则NPW粉末具有较高的“赘生物指数”和凹度值，致使其比表面积更大。采用两种钨粉末制备的多孔钨基体的孔隙比容积几乎相同，相较于PNPW基体，使用颗粒形状规则的SW 粉末制备的 PSW基体开孔率更高、平均孔径更大；但 PNPW基体内部形状不规则的钨粉颗粒与烧结颈形成的弯曲孔隙通道具有更高的孔隙比表面积，钨浸渍体内活性钡盐与钨粉颗粒的接触面积更高，相同时间内被还原出来的钡更多，使得阴极发射表面活性钡原子的覆盖率更高，降低了阴极功函数，进而提高了阴极的发射电流密度。

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Al对激光熔化沉积VCoNi系中熵合金组织与性能的影响

喻会，赵琳，彭云，曹洋，马成勇，田志凌

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 69-74.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230196

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采用激光熔化沉积技术（Laser Melting Deposition, LMD）制备了 VCoNi和 Al7(VCoNi)93中熵合金，研究了中熵合金显微组织和力学性能。结果表明，VCoNi中熵合金为单一的 FCC 固溶体结构，而 Al7(VCoNi)93 中熵合金为 FCC+BCC双相固溶体结构，Al元素促进了 BCC结构的形成。Al对 VCoNi系中熵合金力学性能的影响显著，提高了合金硬度和强度，而降低了塑性和韧性。与VCoNi中熵合金比较，Al7(VCoNi)93中熵合金显微硬度由317HV0.1增加至370HV0.1，抗拉强度由964 MPa增大至1 138 MPa，而室温冲击韧性值由88 J/cm2降低至60.5 J/cm2。

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Cu- （石墨烯/6063Al）复合材料的设计制备及组织性能研究

张可萌，柳培，王杰，侯博，刘振伟，高岩

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 75-80.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230017

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以6063Al 合金粉末、石墨烯纳米片和厚度为2 mm的纯Cu 片为原材料，利用冷等静压+真空热压烧
结+热挤压的方法制备了Cu-6063Al 复合材料含0.5%、1.0%（质量分数）石墨烯的Cu-(石墨烯/6063Al)复合材
料。通过XRD、SEM和拉伸试验机对三种复合材料进行物相分析、微观组织和断口的SEM形貌表征及力学
性能测试。试验结果表明：石墨烯/6063Al 与Cu 的冶金结合，能够有效抑制Al 原子的扩散，从而对Cu-6063Al
复合材料中Cu/Al 界面处Al4Cu9、Al2Cu 和AlCu 三种金属间化合物的形成起到抑制作用。0.5%和1.0%含量的
Cu-(石墨烯/6063Al)复合材料的抗拉强度为76.9 MPa 和101.3 MPa，相比Cu-6063Al 复合材料分别提高了40%
和83.8%，而伸长率均有所降低。Cu-(1.0%石墨烯/6063Al)复合材料具有优异的力学性能，一方面源于Cu/Al
界面处少量的脆性相，另一方面源于靠近界面层的Al 侧存在数量更多、尺寸更小、更深的韧窝、较宽的撕裂棱
和更紧密结合、均匀分布的石墨烯纳米片。

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添加剂BaO对镁铝尖晶石烧结性能的影响

郑浩楠，张汪年，方燕，邓宁，许欢，曾海燕

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 81-85.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230032

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以氢氧化镁和氧化铝为原料，通过固相烧结法合成镁铝尖晶石，研究添加剂 BaO对镁铝尖晶石烧结致密性能的影响。通过XRD、SEM分析添加剂对试样的物相组成、烧结性能和显微结构的影响。研究发现：添加剂 BaO 的加入可提高镁铝尖晶石烧结后的体积密度和线收缩率，同时可降低其显气孔率，改善烧结性能。随着添加剂 BaO加入量的增加，镁铝尖晶石的颗粒先增大后减小。不添加 BaO时 ?20 mm×20 mm的圆柱形试样经 1 600 ℃×3 h 的高温烧结后的线收缩率为 6.81%、显气孔率为 54.30%、体积密度为 1.65 g/cm3，当 BaO的加入量为0.5%时，线收缩率可达到12.07%、体积密度可达到1.80 g/cm3，同时显气孔率降低至47.56%。因此，当添加剂含量为0.5%时，镁铝尖晶石的烧结性能最佳。

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磷化工艺对FeSiCr软磁复合材料磁性能的影响

何正烨，罗剑，安静，徐立红，牟星，郭世海

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 86-90.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220203

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：采用锌锰磷化液对 FeSiCr合金粉末进行表面改性处理，通过振动样品磁强计、阻抗分析仪和软磁材料交流测试装置分析锌锰磷化液浓度对FeSiCr磁粉饱和磁化强度、FeSiCr磁粉芯有效磁导率和功率损耗的影响。结果表明，随着锌锰磷化液浓度的增加，样品的饱和磁化强度逐渐减小，功率损耗先减小后增大。当锌锰磷化液浓度为25%时，有效磁导率为39.5，功率损耗仅为103.6 W·kg（-1 100 kHz，50 mT）

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汽车齿轮件加工用PCBN超硬刀具材料的结构与性能

睢利铭，李坤，宋海生，刘刚

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 91-96.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230030

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在高温高压条件下，以CBN/Ti/Al为原料合成了PCBN（聚晶立方氮化硼）超硬刀具材料，研究了合成压力对 PCBN 复合材料抗弯强度、耐磨性及界面组织形貌的影响。测试结果显示，随着合成压力的提高， PCBN复合材料的抗弯强度和耐磨性均有一定程度的提升。采扫描电镜对硬质合金基体与CBN的结合界面进行了测试分析。测试结果表明：提高合成压力可以提高PCBN材料的界面结合强度，将二者牢固地结合在一起，减少分层、裂纹的发生，提高合成产品的成品率。同时，在实验压力范围内（5.5~7 GPa），PCBN的平整性较好，CBN厚度差较小，产品在切割中的利用率较高。在7 GPa下合成的刀具材料性能与住友BN700在加工齿轮件上，切削性能比较接近，有很好的市场前景。

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La 2O3掺杂方式对MR14板材性能的影响

王广达，张丹华，熊宁，况春江

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 97-101.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230188

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La2O3在钼中可以细化晶粒尺寸，钉扎位错，提高钼的强度。铼可以降低钼的塑脆转变温度，提高强度和延伸性能。为了充分发挥La2O3的细晶强化作用，进一步提升MR14板材的性能，通过固固掺杂、固液还原掺杂和液液掺杂三种混粉工艺，研究了La2O3掺杂方式对MR14合金的性能影响。研究表明，固液还原掺杂和液液掺杂两种混粉方式，均可以细化晶粒，提高显微硬度和室温力学性能，且性能差异较小，伸长率比固固掺杂的板坯高50%。

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Ti对车用304L不锈钢熔覆层组织及耐磨性的影响

张连松，许国坚，薛元慧

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 102-106.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230059

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为提升车用304L不锈钢的耐磨性，采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备304L涂层和304L-5%Ti 涂层。研究了 Ti元素对 304L不锈钢涂层相组成、形貌、元素分布及磨损行为的影响。结果表明：304L-5%Ti 涂层的相组成为α-Fe及γ-Fe。并在涂层中生成了少量TiC颗粒。304L涂层和304L-5%Ti涂层的表面显微硬度分别为（187±7.8）HV和（270±8.9）HV，Ti元素的引入使涂层的显微硬度提升45%。304L涂层和304L-5%Ti 涂层的平均摩擦因数分别为 0.756 和 0.649，比磨损率分别为 8.03×10-5 mm3/N·m 和 5.41×10-5 mm3/N·m，304L- 5%Ti涂层的磨损率降低了35%。304L-5%Ti涂层的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损。

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摩擦组元对铜基摩擦材料性能影响的研究进展

吴深，司屈钒，蒋爱云，董珍珍，刘建秀，张倩

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 107-115.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230031

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制动系统是高速列车安全运行的关键核心部件，铜基粉末冶金摩擦材料具有组织均匀、高耐磨、高硬度和摩擦因数稳定的特点，能充分发挥基体材料、摩擦组元及润滑组元各自的优点以及它们之间的协同作用，成为高速列车制动闸片的首选材料。随着列车行驶速度的不断提高，摩擦制动产生的温度越来越高对摩擦材料的高温稳定性和抗氧化性提出了更高的要求。因此，主要论述了铜基粉末冶金摩擦材料中摩擦组元的种类及添加方式对材料组织结构和摩擦性能的影响，对摩擦组元与基体的结合效果和摩擦磨损机制等方面进行了总结和评述，对铜基粉末冶金摩擦材料的未来发展趋势进行了展望。

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航天领域3D打印材料及工艺技术研究现状

李晶，闫峰，王锦，党晓明，王宇晴，何凯

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 116-126.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220219

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概述了 3D打印技术在航天领域的研究现状，介绍了 3D打印技术加工出的结构复杂、拓扑优化的几何形状零部件的特点。重点阐述了国内外应用于航天领域的3D打印制备技术的发展，包括金属基材料，定向能量沉积成形（DED）和粉末床熔融成形（PBF）等工艺和后处理技术，以及制造的航空航天零部件。总结了 3D打印技术在航天领域应用的优势和不足，提出了技术改进和研究方向。

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3D打印用钛合金及粉末制备技术研究进展

李安，罗成，杨博文，张鹏，赵霄昊，赖运金

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 127-133.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220232

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3D打印技术是一种先进的制造方法，在航空航天、生物医疗、汽车、军工等领域得到了较为广泛的应用。钛合金具有质轻、比强度高、耐腐蚀性好、生物相容性好等一些列优异特性，是金属3D打印体系的重要组成部分。简要阐述了3D打印对钛合金粉末性能要求及钛合金粉末主要制备方法，重点对气雾化制粉及旋转电极制备粉末工艺技术特点、粉末性能进行了对比，对粉末性能差异产生原因进行了对比分析，对3D打印高性能钛合金发展方向进行了展望。

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智能化高精度高速粉末成形机的设计研发与应用进展

冯金玉，栾长平，潘学仁，陈光晶，孔德浩

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 134-140.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230151

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主要介绍了高速粉末成形机的发展现状、必要性及发展意义，并重点阐述了设计研发高速粉末成形机的各部分结构组成及产品技术特点。高速粉末成形机具有高效、节能、性能优越、精度高且稳定等优点，能以高效率的方式制造高精度、高密度、高强度的粉末制品零部件，应用领域广阔，并有向全智能化、短流程、柔性化等方向发展的趋势和要求。

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粉末冶金在厨师机凸轮头锁中的应用与研究

郑伟国，马小垣，刘小青，陈鹏

粉末冶金工业. 2024, 34(02): 141.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230019

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开发与研究了厨师机的凸轮头锁的粉末冶金工艺制备方案，通过研究原始设计和了解客户需求，凸轮头锁锻打件由于结构复杂，关键部位尺寸，轮廓、位置精度较难保证，批量生产合格率低下，导致品质下降，成本上升。新的方案利用粉末冶金工艺特点，在模具压制成形后，通过烧结硬化、回火处理等后处理工艺来保证尺寸、轮廓度、零件强度等，结果表明，新工艺方案制备零件的质量和效率都大幅度提升，后续的生产实际也验证了粉末冶金工艺的经济性、实用性。

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2024年, 第34卷, 第02期　刊出日期：2024-04-10

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