粉末冶金工业

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王庆相，李少强，赖运金，常涛，李安

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 1-7.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240048

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简要综述了第一性原理在材料计算中的基本原理，综述了其在超导材料研究过程的进展，特别是在超导材料领域中关于超导机制的研究，对于进一步拓展新型超导材料及其实用化提供了理论支持；同时也提出了第一性原理计算在超导材料领域计算过程中的不足和建议，并对其在超导原理机制方面的研究前景进行了展望。

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白云鄂博铁精矿基铜铁复合载氧体化学链燃烧反应性研究

韩爱民，隋子峰，张鹏飞，王其浩，吕青岗，陈伟鹏

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 8-14.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230023

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白云鄂博铁矿是铁、稀土等多种有用矿物共生矿，具有较高活性，资源丰富价格低廉，通过煅烧合成法，将其与氧化铜的混合物制备成尖晶石 CuFe₂O₄载氧体，以开发性能优化、价格低廉且环保的化学链燃烧载氧体。通过热重和小型固定床实验分别进行载氧体的还原性和循环稳定性研究，并结合 XRD 表征对反应特性及机制进行深入分析。结果表明： Cu 的添加使铁精矿还原性增强；复合载氧体的还原-氧化循环活性和循环稳定性远好于原矿载氧体；制备温度 900 ℃时，铁精矿中的 Fe₂O₃可以充分反应生成 CuFe₂O₄，且 CuFe900 载氧体的化学链燃烧反应性和循环特性最好。

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铁矿粉低温直接还原研究

白晨晨，杨广庆，武龙飞，马保良

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 15-20.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230051

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国内主要采用的炼铁工艺为高炉炼铁法和熔融还原法，二者均为高温冶金工艺，且能耗均较高，而冶炼温度较低的气基还原法又受到国内天然气资源的限制发展困难。煤基直接还原法由于能耗高且产能较低，故发展缓慢。为了降低其能耗以及还原成本，试验通过差热分析，研究了不同铁矿粉和煤粉之间的还原机制；通过对不同配比的铁矿粉煤粉进行差热分析，研究了降低铁矿粉直接还原过程最低反应温度，期望寻找降铁矿粉直接还原温度的最佳方法。研究结果表明： PB 粉矿相对于钒钛铁矿还原过程中煤粉消耗量更少煤比更低，但最大吸热量略高于两种钒钛铁矿粉。当选择 PB 粉和无烟煤，碳氧比值为 1.25 即配碳量为铁矿粉质量的 24.45% 时，铁矿粉还原反应的反应进行温度最低，此时初始反应温度为 1 025 ℃，剧烈反应温度为 1 210 ℃。

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注射成形低钨-钨连接度的 90W-6Ni-4Mn的高比重合金及其组织与性能研究

伍威，邓汲坤，任伯勇，刘君武，仲洪海，蒋阳

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 21-27.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230036

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作为新一代动能穿甲弹材料，90W-Ni-Mn 合金的制备一直存在W-W连接度高、烧结密度低以及加工成本过高等问题。为此，实验使用化学镀镍工艺对钨粉末进行处理，通过注射成形技术为喂料塑形，采用氩气-氩氢两步气氛烧结工艺制备出了低W-W连接度的高密度90W-6Ni-4Mn 合金。研究发现 90W-6Ni-4Mn 合金制品可以实现近净成形，且新型两步气氛烧结工艺既能还原W、Ni 氧化物又能避免 MnO 的产生，制得的合金样品相对密度达99.2%，粘结相分布均匀，W-W连接度低。通过微观组织与断口形貌分析发现，化学镀镍能促进钨骨架的活化烧结提高合金致密度，同时还能使粘结相实现均匀分布。且具有低W-W连接度的90W-6Ni-4Mn 合金由于W-W弱界面的减少，失效速率减缓，从而使其拥有 1 583.4 MPa 的抗压强度与968 MPa 的抗拉强度，塑性与韧性可分别达到21.5% 与5.3 J/cm2。

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FeCrAl-ODS钢的辐照位错环演变及其辐照硬化效应

龙弟均，徐海波，孙永铎，吕俊男

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 28-33.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240015

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为了研究FeCrAl-ODS 钢的抗辐照性能，采用原位离子辐照方法研究了FeCrAl-ODS 钢辐照过程中位错环的演变，采用纳米硬度表征了FeCrAl-ODS 钢的辐照硬化效应。研究结果表明：经离子辐照后， FeCrAl-ODS 钢中产生了<100>和1/2<111>位错环，位错环的平均直径和位错环数密度都随辐照损伤剂量的增大而增大。随辐照温度的升高，位错环的生长速率增大而数密度有所降低。经10 dpa 离子辐照后， FeCrAl-ODS 钢的辐照硬化值仅为0.35 GPa。相比FeCrAl 合金，FeCrAl-ODS 钢具有较好的抗辐照硬化性能。

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造孔剂含量对粉末轧制制备多孔镍板性能的影响

尹全中，李小强，梁永仁，李荣，任尚远，康志新

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 34-39.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230034

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实验以碳酸氢铵（NH4HCO3）为造孔剂，通过粉末轧制技术制备了孔隙率为22.2%~52.4% 的多孔镍板。研究了造孔剂含量对多孔镍板组织性能的影响。结果表明：随着造孔剂含量的增加，多孔镍板的孔隙率逐渐增大，相对透气系数也逐渐增大，而抗拉强度逐渐降低。当造孔剂含量为20% 时，多孔镍板的孔隙率为40.7%，相对透气系数为10.79 m3/(h·kPa·m2) ，抗拉强度为135 MPa ；当造孔剂含量为 40% 时，多孔镍板的孔隙率为52.4%，相对透气系数为41 m3/(h·kPa·m2) ，抗拉强度降低至51 MPa。

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Al-Si-Cu-Ni合金梯度结构对弯曲性能的影响

史志朝，严彪，严鹏飞

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 40-45.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240062

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通过改变选择性激光熔化成形过程中的激光功率，在不同工艺参数下制备了Al-Si-Cu-Ni 梯度结构合金，测试了正压和反压条件下的弯曲性能。优化工艺参数后，提高了梯度结构合金的综合力学性能，观察其侧面不同位置处的微观组织结构，并测试了硬度分布。结果表明，在正压条件下的弯曲性能优于反压。随着激光功率的增大，显微组织逐渐粗化，富Cu、Ni 第二相的析出数量增多，维氏硬度和布氏硬度线性降低，使得合金样品产生梯度结构。最佳工艺参数下制备的梯度结构合金在正压条件下的弯曲强度和断裂位移可达（838±22）MPa 和（0.93±0.04）mm，显著高于均质结构合金（（767±24）MPa、（0.85±0.03）mm），表明梯度结构对合金材料产生了强韧化作用，主要归因于细晶组织强度高，粗晶组织塑性好，二者的协同作用促进了合金的高强度和高韧性。

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基于 Arrhenius和神经网络模型对镍基合金热变形行为的研究

王旻曦，刘建涛，张义文

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 46-53.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220221

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为研究新型高温合金的热变形行为，在应变速率为0.001~1 s-1 ，变形温度为1 080~1 140 ℃的条件下进行热压缩，得到了真应方程。但基于典型Arrhenius 本构方程的实验数据与预测数据存在较大误差，Arrhenius 本构方程的平均相对误差绝对值（AARE）为 23.36%。然后采用应变补偿法对Arrhenius 模型进行修正，AARE 降至9.92%。此外，较低应变速率下的预测数据比较高应变速率下的预测数据更加精确。为了进一步更精确的预测，采用反向传播人工神经网络（BP ANN）模型对应力-应变曲线进行预测。结果表明，在典型的Arrhenius 和应变补偿型模型中， ANN 模型具有最高的精度和效率，AARE 缩小至1.75%。

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湿式离合器摩擦片表面油槽形式对带排扭矩及散热能力的影响

许成法，张坤，张登，张国洪，魏炳忱，胡铮

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 54-59.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220207

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湿式离合器中的摩擦副在带排阶段，由于润滑剂的粘性流体特性，在摩擦副存在相对运动条件下会产生带排扭矩和能量损失，这种现象严重影响使用寿命，减少产品的安全性。针对这一问题，基于Navier-Stokes 方程，采用有限元数值模拟仿真的方式，设计分析了12 种槽型共24 个油槽方案探索降低带排扭矩和能量损失的方法，结果表明螺旋槽与径向不通槽组合设计冷却效果好，动摩擦因数高，实验结果为摩擦片油槽设计提供了重要的参考依据,具有重要的指导意义。

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光学原位观测不同粉末层厚度的润滑层宏微观特性及分析

孔俊超，王刚，董慧芳，陈宇翔，牛天亮，孟祥程

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 60-66.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230052

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采用直线往复式原位观察试验机，分析30 个行程中粉末层厚度对界面磨损状况、摩擦特性和真实接触面积比的影响。对试验后表面进行电子显微镜观察、能谱元素含量及三维轮廓分析，获得粉末层厚度影响摩擦特性的现象和机制。研究得出以下结论：粉末层厚度为1.5 μm时，试件表面粉末层覆盖较薄，试件部分区域微凸体初始裸露，未形成较好粉末润滑膜，主要承载为微凸体接触承载，出现严重磨痕，初始真实接触面积比为11.17%，最终降低到20.14%；4.5 μm时粉末层完全覆盖区域形成较好润滑膜，最终润滑膜完全剥落，平整性和承载降低；6 μm时粉末层完全覆盖接触区域，形成完整润滑膜，平整性较好，基本为粉末层承载且无划痕，承载先增大到6 N 后减小到2 N，微凸体承载2 N 占总承载的33%，而粉末层摩擦力占比大于70%，真实接触面积比保持在60%以上。表明粉末层厚度为6 μm 时，粉末平整性好且碳元素含量高，接触充分、润滑效果良好。

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铝基混杂粉末冶金复合材料的制备及成形行为

郑喜贵，吕刚磊，朱永刚

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 67-74.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230057

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以Al、TiO2 和Gr 粉末为原料，采用粉末冶金技术制备铝基金属基复合材料，并研究其冷镦成形特性。在40 kN 液压机上，采用适当的冲头和模具对粉末预制件进行压制，在590 ℃的电炉中空气气氛下烧结3 h。烧结件承受10 kN 的增量压缩载荷进行冷镦，直到在自由表面发现裂纹为止。计算预制件的轴向应力（σz）、环向应力（σθ）、平均应力（σm）和有效应力（σeff），这些应力均与轴向应变（εz）有关。研究了复合材料在轴向应变（εz）和横向应变下的致密化行为。结果表明，添加5% 的TiO2 后，σz、σθ 和σm 增加，同时添加TiO2 和Gr 降低了预制体的致密化和冷镦变形特性。

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小粒径产品 Ni0.55Co0.5Mn0.40(OH)2反应进料方式研究

刘纪迎，李志林，刘飞，李鹏，杨永生

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 75-78.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230056

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以共沉淀为基础，主要研究了反应制备过程镍钴锰硫酸盐溶液、碱液、氨液的进料顺序和进料位置、进料管个数和进料温度对制备产品Ni0.55Co0.5Mn0.40(OH)2 的影响。结果表明采用采用镍钴锰硫酸液、氨液、碱液的进料顺序；镍钴锰硫酸液上进料，碱氨液下进料；镍钴锰硫酸液和碱液两点进料、氨一点进料；镍钴锰硫酸液进料温度40~45 ℃可以合成较高性能的Ni0.55Co0.5Mn0.40(OH)2 产品。

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激光功率与曝光时间对选区激光熔化 TC11钛合金组织与力学性能的影响

程宗辉，白兵，蔡小叶，胡家齐，董定平

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 79-84.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220174

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采用选区激光熔化技术成形TC11 钛合金试样，研究了激光功率（220~260 W）和曝光时间（45~55 μs）对试样组织和力学性能的影响。结果表明，激光功率与曝光时间主要影响成形过程中的激光功率密度，从而造成组织、力学性能差异：当激光功率密度增加时，液态停留时间相对较长和冷却速率相对较低，柱状晶尺寸相对粗大，马氏体板条尺寸增加；当曝光时间为50 μs、激光功率增加到260 W时，SLM成形试样的显微硬度增加至437 HV0.3，抗拉强度增加至1 463 MPa，而断后伸长率降至6.0%；当激光功率为200 W、曝光时间增加到55 μs 时，SLM成形试样的显微硬度增加至404.2 HV0.3，抗拉强度增加至1 446 MPa，而断后伸长率降至4.8%。当激光功率为220 W、曝光时间为50 μs 时，可获得强度和塑性匹配较佳的TC11 钛合金,其抗拉强度和断后伸长率分别为1 345 MPa 和10.6%。

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环境温度对 Fe3Al金属间化合物多孔材料组织与性能的影响

杨军军，张玉，刘冠颖，郭辉进，平韶波，吉力强

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 85-90.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240024

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Fe3Al 多孔滤芯特别适用于高温、高压及腐蚀环境下的精密过滤与气固分离等，为了使滤芯满足使用要求，除了考虑它的孔隙特性之外，其力学性能也至关重要。实验采用粉末冶金工艺制备了Fe3Al 金属间化合物多孔材料，采用XRD、SEM及孔结构与力学性能检测等测试手段研究了环境温度对Fe3Al 金属间化合物多孔材料的孔隙特性、力学性能与组织形貌的影响，为其在高温条件下使用提供可靠性依据。实验结果表明，Fe3Al 基金属间化合物多孔材料的抗拉强度在300 ℃时达到最大，之后随着温度的升高而下降，温度高于700 ℃后下降明显，断裂属于脆性断裂。随着温度的升高，Fe3Al 金属间化合物多孔材料的有序度发生变化。

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CoFeNiCrNb 0.5高熵合金熔覆层的组织及耐磨性研究

凌宗佑

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 91-96.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240046

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采用等离子熔覆技术在316L 不锈钢表面制备了CoFeNiCrNb0.5 高熵合金熔覆层。分别对 CoFeNiCrNb0.5 高熵合金熔覆层的微观组织、相组成、元素分布及熔覆层的耐磨性进行研究。结果表明： CoFeNiCrNb0.5高熵合金熔覆层的相组成为具有面心立方结构的FCC 相和Laves 相组成。其中，FCC 相为基体相，枝晶间处形成了Laves 相。CoFeNiCrNb0.5高熵合金熔覆层的显微硬度约为(510.5±14.2) HV，约为基体的2.1 倍。熔覆层具有较高硬度主要是由于Nb 元素的固溶强化和Laves 相的弥散强化引起的。此外， CoFeNiCrNb0.5高熵合金熔覆层具有优异的耐磨性，比磨损率约为5.9×10-6 mm3/N·m，显著优于不锈钢基体。磨粒磨损是CoFeNiCrNb0.5高熵合金熔覆层的主要磨损机制。

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一种超细铁粉的研发与制备

张立军，李晏春，郭玉峰，刘辉

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 97-100.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220218

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采用氢气还原法，以钢厂酸洗废料氧化铁红为原料生产超细铁粉产品，成本低于羰基法生产超细铁粉的1/3。产品指标达到TFe 大于等于98.5%，松装密度为0.80～1.20 g/cm3，粒度D50≤16.5 μm，比表面积不小于2.10 m2/g，该产品广泛应用于超硬金刚石工具、粉末冶金注射成形材料、高规格软磁材料、吸附材料、航空材料、食品等领域。

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等离子旋转电极雾化制备 H13合金特种粉的特性表征

乔振兴，刘增林，张德金，孙静，陈琳琳，阚洪程

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 101-105.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230141

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本文介绍了一种等离子旋转电极雾化法制备H13 合金特种粉末的生产工艺，包括原料准备、雾化、粉末分级等工序，采用扫描电镜、粒度分析仪、氮硫仪、ICP、霍尔流速计和松装密度仪对粉末的形貌、粒度、成分、流动性和松装密度进行了测试，并与国内某公司采用气雾化方法生产的粉末做了比较。结果表明：等离子旋转电极雾化法生产的H13 合金粉末表面质量优异，粉末球形度较高，表面光洁，几乎没有卫星粉、粘连粉和空心粉，表面形貌主要为细的枝晶组织，组织均匀；粉末物理性能优异，松装密度高，可达到 4.6 g/cm3，流动性好，为12.8 s/50g；粉末粒度集中分布，特定尺寸的粉末收得率较高，但细粉的收得率不高，还需进一步优化工艺。气雾化方法制备的H13 合金粉末表面质量较差，有较多的卫星粉、异形粉和粘连粉，表面缺陷较多；物理性能较差，流动性和松装密度均不及粉末产品要求。

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PLC控制下激光选区熔化 Al-Mg-Mn合金及组织性能研究

宋黎明，张大俊，许婄鑫，罗志翔

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 106-113.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220231

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采用基于PLC 控制的激光选区熔化成形系统对Al-Mg-Mn 合金进行了快速成形，研究了激光扫描速度对成形件致密度、显微组织、物相和硬度的影响，并考察了时效温度和时间对成形件压缩性能的影响。结果表明，随着激光扫描速度从700 mm/s 增加至1 300 mm/s，成形试样的孔隙率逐渐上升、相对致密度逐渐减小，平行于沉积方向的熔池逐渐增大、熔合线变细，垂直于沉积方向可见交叉分布的多层沉积熔道，但在激光扫描速度为1 300 mm/s 时熔道轮廓较为模糊；在相同激光扫描速度下，平行于沉积方向的平面的硬度要高于垂直于沉积方向的平面；随着激光扫描速度增加，XZ 平面和XY 平面的显微硬度先增后减，在激光扫描速度为900 mm/s 时取得硬度最大值。随着时效温度升高或者时效时间延长，激光选区熔化成形试样的显微硬度、屈服强度和抗压强度先增加后减小，在时效温度为300 ℃和时效时间为6 h 时取得最大值，这主要与此时合金中Al3(Sc，Zr)相的析出强化效果最好有关。

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难熔高熵合金力学性能的研究进展

曹正航，王威，孙振忠，海洋

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 114-121.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230061

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相比传统合金，高熵合金在力学性能方面表现出色，是近年来合金研究的一个热点方向。难熔高熵合金主要由难熔金属元素组成，其强度高、耐高温，因而在极端环境下应用的潜力巨大。但目前难熔高熵合金还存在着强塑性不匹配、加工性能差等问题，调控难熔高熵合金的微观结构进而改善其强塑性是研究的重点。综述对比了近年来难熔高熵合金的不同制备方法对其性能的影响；探讨了调控金属元素和非金属元素对其微观组织和力学性能的影响，并调研了热机械加工工艺对难熔高熵合金的力学性能影响。

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粉末冶金法制备钛基羟基磷灰石生物复合材料的研究进展

贾庆功，吴洁蓓，张嘉，王庆相，梁淑华

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 122-129.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220235

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钛及钛合金作为生物医用金属材料得到广泛研究和应用，为了更好地满足钛及钛合金在人体中植入后低弹性模量、生物活性等需求，采用粉末冶金的方法通过添加羟基磷灰石制备钛基羟基磷灰石（HA）生物复合材料成为了研究的热点。本文基于钛及钛合金的基础性能和存在的问题，从热压（HP）、粉末注射成形（PIM）和放电等离子烧结技术（SPS）等粉末冶金方法制备生物复合材料以降低弹性模量、提高生物活性、改善耐腐蚀性等方面综述了钛基HA 生物复合材料的研究进展，分别列举了α 型，α+β 型和β 型钛合金与HA 合成制备钛基HA 生物复合材的代表性案例，并提出了面临的挑战以及发展方向的建议。

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钨渗铜部件烧蚀表面异常分析

杜方鑫，赵丰显，孙晓霞，郭颖利，唐亮亮，张保红

粉末冶金工业. 2024, 34(03): 130-136.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230062

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针对钨渗铜W-7Cu 加工的部件表面烧蚀异常问题，在返回后部件产品的舵面和护板位置取样，对样品烧蚀特征、微观组织、表面残骸、断口形貌和金相组织进行对比分析。结果表明，舵面位置的烧蚀更为严重，舵面和护板两者表面的推进剂残留物分布较多，断口形貌均以穿晶断裂和沿晶断裂为主，未见异常组织；经过金相和电镜分析，舵面位置的孔洞明显多于护板，两者均有一定程度的铜流失，能谱分析法显示铜含量具有不同梯度，舵面位置的铜析出更明显，并受到温度、时间和冲刷速度三种工况因素的综合作用。研究结论能为钨渗铜部件产品后续失效分析及质量控制提供依据。

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2024年, 第34卷, 第03期　刊出日期：2024-06-10

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