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2025年, 第35卷, 第01期 刊出日期:2025-02-10
  

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  • 肖叶龙, 熊科兴, 陈旭军, 邵广仕, 沈明学, 熊光耀
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 1-14.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240148
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    铜及铜合金具有优良的导热性、导电性等特性,将其与设计自由度灵活的3D打印技术相结合,能够显著提升构件的热交换效率、电流传输效率等性能。综述了近年来3D打印铜及铜合金的最新成果,深入对比了不同成形方法的优缺点以及现存问题。大量研究表明,3D打印构件要实现控形与控性,需进行材料—结构—工艺—性能的一体化调控与优化。然而,采用3D打印技术制备铜及铜合金仍面临诸多挑战,因铜对激光的吸收率低、反射率高,激光选区熔化和激光熔化沉积工艺不易使其成形;电子束选区熔化所制构件表面质量较低,不适宜于制造精密零件;粘结剂喷射技术成形后需进行热处理,容易产生收缩变形等问题。此外,介绍了3D打印铜及铜合金的应用领域,这些应用与发展有助于推动这一先进制造领域不断进步和创新。
  • 研究与开发
  • 杨晓辉, 张旭, 刘潇, 吕元之, 张建涛, 肖志瑜
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 15-22.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230162
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    以绿色湿法冶金制备的超细铁粉为原材料,通过添加质量分数为20%的雾化铁粉,制备Fe-2Cu-0.5Mn-0.6C合金烧结材料,并对其进行表面超声滚压加工,研究了滚压振幅为8 μm时,不同滚压力(400、600、800 N)对合金微观组织、力学性能以及表面粗糙度的影响规律。结果表明:表面超声滚压后,合金的组织和性能发生了明显的变化,随着滚压力的增加,合金表层组织沿着滚压方向被拉长,并在较大的滚压力下晶粒发生明显破碎;在滚压过程中合金发生塑性流动,孔隙闭合,表面的致密层逐渐加厚,滚压后合金表层产生了位错强化和细晶强化,表面粗糙度下降,表面硬度大幅提高,滚压力越大,表面容易产生疲劳和剥落,表面质量下降。在滚压力为800 N时试样的致密层厚度为296 μm,表面滚压后的平均晶粒大小为3.4 μm,表面硬度为287HV0.1,表面粗糙度为0.811 4 μm。
  • 李晨静, 刘恩硕, 刘昊然, 王忠祥, 柯雨蛟, 刘鑫刚
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 23-30.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240058
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    高模量钢用Fe-TiB2复合材料的强-韧协同提升依然面临挑战,微米和纳米尺度的TiB2颗粒混杂增强基体的方法是解决上述问题的有效策略。采用机械合金化法以及放电等离子烧结成功制备了微/纳TiB2颗粒混杂增强Fe基复合材料,并研究了颗粒含量对复合材料烧结体组织和性能的影响。结果表明,采用机械合金化法预制Fe-5%Ti合金粉末的基体成分改性方法,成功抑制了Fe2B的生成。根据“逐级细化、逐级分散”的制粉策略不仅使得微/纳TiB2颗粒均匀分散在基体中,又保证了细化过程中新鲜陶瓷断面能与Fe基体形成干净界面。其中含5%(体积分数)TiB2的复合材料的综合力学性能最优:其密度为7.3 g/cm3,硬度为445HV,屈服强度达1 210 MPa,抗压强度达1 850 MPa,伸长率为23%。对于解决高模量钢用Fe-TiB2复合材料强-韧协同提升具有重要意义,也为解决纳米颗粒增强体在基体中“易团聚,难分散”的难题提供了解决思路。
  • 牛宗冉, 莫文剑, 袁志钟, 易翠, 王致远
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 31-37.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230154
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    主要研究了真空气雾化制备的CuP6.2Sn7Ni1.5和CuP5.2Sn15.6Ni4.2合金粉末钎料在不同钎焊温度下的力学性能和显微组织。通过测量钎料铺展面积确定其润湿性能,利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对钎焊接头的显微组织和断口形貌进行观察分析并测试钎料的剪切强度。结果表明,CuP5.2Sn15.6Ni4.2和CuP6.2Sn7Ni1.5钎料均能润湿纯铜,CuP6.2Sn7Ni1.5具有更好的润湿性;CuP6.2Sn7Ni1.5断裂位置在母材上,剪切强度较高,CuP5.2Sn15.6Ni4.2在650 ℃时剪切强度达到最高值为202.7 MPa;经过对显微组织观察,两种钎料钎焊后均能形成冶金结合,接头组织均由α-Cu固溶体和(Cu,Ni)3P化合物组成,其中脆性Cu3P化合物弥散非连续分布是CuP6.2Sn7Ni1.5具有更高强度的主要原因。
  • 吴深, 徐文静, 刘洪坤, 司屈钒, 刘建秀, 樊江磊
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 38-44.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230156
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    以AlN-CrFe作为混合摩擦组元,采用粉末冶金方法制备铜基摩擦材料,系统研究了冷压压力、烧结温度等制备工艺对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响。结果表明:随着冷压压力的升高,摩擦材料的硬度和密度都得到了提高;随着烧结温度的升高,摩擦材料的密度和硬度逐渐降低。冷压压力为600 MPa、烧结温度为950 ℃时,摩擦材料的硬度较高为28.68HB,密度为5.05 g/cm3,在高速制动时摩擦因数整体较高且稳定,磨损量相对较低,磨损方式以氧化磨损为主,摩擦材料的综合性能最优。
  • 高铭, 王文焱, 岳慎伟, 谢敬佩, 杨雷雷, 崔云峰
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 45-52.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230092
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    为研究烧结温度对Ni-W合金靶材组织性能的影响,分别在1 100、1 200、1 300、1 400、1 450 ℃温度条件下采用氢气氛围保护烧结法制备了Ni-W合金靶材,以ITO薄膜为基体,分别使用烧结温度为1 400和1 450 ℃的Ni-W合金靶材通过磁控溅射法制备了合金薄膜。利用场发射扫描电镜和X射线衍射表征了靶材显微组织、物相组成以及薄膜微观形貌,并使用四探针测试仪测试了薄膜的方阻值,研究了不同烧结工艺的Ni-W合金靶材对薄膜导电性的影响,使用三维表面轮廓仪对Ni-W薄膜表面粗糙值进行非接触式测量。研究结果表明:烧结温度为1 400 ℃的Ni-W合金靶材,其晶粒尺寸最小(3.86 μm),且靶材晶粒无明显择优取向。此外,相同溅射工艺参数下,烧结温度1 400和1 450 ℃靶材溅射沉积 Ni-W合金薄膜厚度分别为15 μm 和 7 μm,平均方阻为 19.56 Ω/□和26.8 Ω /□,表面粗糙度Sa分别为0.087和0.100 nm。
  • 李广忠, 杨坤, 张帅
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 53-57.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230150
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    复合结构吸液芯热管凭借其适应性好及优异的导热性能,被广泛的应用于航空航天、LED照明、电动汽车等散热领域。随着热管技术的发展,对新型吸液芯结构相继提出更多的要求。进行了复合不锈钢吸液芯的制备,以及其最大孔径、透气率、渗透率和吸液性能的研究。制备过程表明:通过车加工改变不锈钢管内壁的表面状态,获得了界面结合良好的复合不锈钢吸液芯。材料性能测试结果表明,复合不锈钢吸液芯中粉末烧结多孔层的最大孔径集中在9.5~10.2 μm,透气率为101~109 m3/(m2·kPa·h),渗透率为1.14×10-13~11.4×10-13 m2。复合不锈钢吸液芯吸液行为试验结果表明,复合不锈钢吸液芯能够实现在15 min内将乙醇工质提升的高度为11.0 cm。
  • 王靖超, 李勇, 胡勇, 李贵铭, 陈少武, 高尧
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 58-64.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230163
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    为探究激光熔凝工艺对铁基粉末冶金齿毂组织及力学性能的影响。分别采用不同的激光熔凝功率制备样品,并通过着色渗透探伤、金相显微镜、SEM、XRD、维氏显微硬度计等设备对试样的形貌、微观组织、物相、显微硬度开展表征工作。研究结果表明:合理参数的激光熔凝处理可以在齿毂制品表面获得质量良好、一定厚度的硬化层;经过激光熔凝处理,齿毂表面经历快速熔化与凝固,熔凝层最终形成隐晶马氏体与残余奥氏体组织;由于熔凝层不同深度区域的温度梯度存在差异,其凝固组织主要由上部等轴树枝晶,中部柱状树枝晶与等轴树枝晶,底部柱状树枝晶与胞状晶构成;在100~300 W功率范围内,随着激光功率的提升,熔凝层厚度不断增加,相应的硬度也呈现出升高变化趋势。激光功率为200 W时,熔凝层表面质量、厚度及显微硬度等综合指标最佳,熔凝层厚度约为300 μm,熔凝层显微硬度至少为基体的2.6倍,硬度为710~790 HV。
  • 李炎森, 金孔杰, 许成法, 张国洪
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 65-70.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230131
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    针对喷丸强化技术工艺复杂及摩擦片疲劳实验成本高、周期长这一问题,基于有限元分析的方法,建立随机多弹丸模型,研究不同喷丸参数作用效果,并采用Smith-Watson-Topper模型对不同喷丸状态下摩擦片齿部疲劳寿命进行数值分析。结果表明,喷丸导致的残余应力峰值以及影响深度与弹丸数呈正相关,而随着冲击速度增加,表面残余应力则逐渐趋于零,残余应力峰值逐渐趋于稳定值。喷丸导致的表面粗糙度则与冲击速度呈正相关,而随弹丸数增加则呈现出先下降后上升的演变趋势。喷丸引入的残余应力对齿轮疲劳寿命的增益作用存在阈值,当引入齿轮残余应力低于该阈值时,对齿轮寿命起到反向衰减作用。
  • 徐强, 刘一波, 舒晨, 杨志威
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 71-76.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230133
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    对4种不同粒度Cu粉进行了研究,对其粉末颗粒的形貌和氧含量进行对比分析,并分别在700、750、800、850 ℃ 4种烧结温度下制备了烧结试样,利用阿基米德排水法测试样密度,HR-150A型洛氏硬度计测量试样的HRB值,三点弯曲法测定试样的抗弯强度和SEM观察试样断口形貌。实验结果表明:随着烧结温度的升高,4种测试块的密度都呈增加趋势,当温度超过800 ℃后,密度逐渐趋于平缓,而且粉末粒度越粗,密度随温度增加的趋势越大;粉末越细,致密化的温度越高;Cu-325烧结体的抗弯强度随着烧结温度的提高而增加,世佳威尔Cu烧结体的抗弯强度在800 ℃以前在缓慢下降,超过800 ℃有开始增加,而精研Cu-400和Cu-P3烧结体的抗弯强度随着烧结温度的升高在逐渐下降;随着温度的升高,晶粒都在不断地长大,而Cu-325烧结体对温度敏感性较小,当温度达到800 ℃以后,晶粒几乎不再长大;从断口形貌上得到,4种铜粉的断裂方式均为韧性断裂,粉末越细,韧窝越细小。
  • 张志莲, 孙鑫悦, 张樱瀚, 孔祥雨, 邓瑞洋
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 77-83.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230155
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    鉴于成形工艺对热等静压结果的影响很大,通过ABAQUS有限元分析软件对装有K4169合金粉末的包套模型进行数值模拟,分析K4169粉末合金在热等静压过程中的变形特点和应力分布,并与热等静压试验结果进行对比,探究不同热等静压保温温度对K4169合金组织力学性能的影响。结果表明:包套的“边角效应”会影响粉末体的变形效果,靠近包套直角部位的粉末体抵抗变形能力强于中间部位的粉末体;增大HIP保温温度可以提高K4169粉末致密度,温度加载到1 175 ℃时,K4169粉体致密度达到99.72%,而HIP保温温度的增加还会降低试样的抗拉强度和屈服强度。
  • 李国平, 刘增林, 郭丽波, 陈文, 韩伟, 罗丰华
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 84-89.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230147
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    以TiC为硬质相,Fe、Ni、Mo、Mn、C粉末为粘结剂,采用粉末冶金工艺制备了硼含量0.1%的高锰钢钢结硬质合金,研究了烧结温度对合金组织与性能的影响。组织观察表明,合金组织是黑芯-灰环颗粒和粘结剂两种结构,随着烧结温度升高,碳化钛颗粒缓慢长大并分布均匀。随着温度升高,合金相对密度先增加后降低,其后又逐渐增大,1 420 ℃达到最大值98.29%。力学性能结果表明,随着烧结温度升高,合金硬度、极限抗弯强度(烧结态和热处理态)和冲击功一直增大,1 420 ℃达到最大值63.8HRC、1 993 MPa/1 425 MPa和9.3 J/cm2。烧结温度从1 320 ℃到1 340 ℃,合金致密化显著,硬度、强度和冲击功显著增大;其后,硬度、强度和冲击功增大速率放缓,说明B元素显著促进了合金致密化。当烧结温度超过1 360 ℃,B元素开始挥发,在1 420 ℃挥发殆尽。将研制的钢结硬质合金与高锰钢铸造成一体,界面无裂纹、夹杂、孔隙等明显缺陷,结合状态良好,有利于延长复合铸件使用寿命。
  • 燕志勇, 邹挺, 李杰, 李建伟
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 90-97.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230132
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    固溶处理能有效提升电弧增材制造(WAAM)镁合金的力学性能,但对其磨损性能的作用机制仍不清楚。试验采用光学显微镜、扫描电镜、多功能摩擦磨损试验机、EBSD以及纳米压痕仪等设备,研究400 ℃下固溶处理时长(0、2、4、6、8、10、12 h)对WAAM AZ91微观组织及滑动磨损行为的影响规律和作用机制。结果表明:随固溶时间的延长,晶粒尺寸逐渐增加(原始沉积态/9.9 μm→12 h/105.6 μm),析出相逐渐减少(原始沉积态/4.8%→12 h/0.7%),这导致基体组织硬度逐渐降低(原始沉积态/73.4HV→12 h/60.3HV)。然而,随固溶时间的延长,磨损体积先减少后增加,固溶处理6 h的试样耐磨性能最好,较原始沉积态提升约19.2%。磨损体积的先减小后增加是因为材料的耐磨性受磨痕亚表层摩擦转变组织层硬度的影响。基体组织的磨损硬化能力先显著增加(原始沉积态/17.1%→6 h/40.6%),固溶处理6 h后趋于稳定。摩擦转变组织层的硬度先增加后减小,固溶处理6 h达到最大值1.66 GPa。
  • 方宇飞, 蒲博玮, 王妍, 曹卜元, 任尚远, 李荣
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 98-105.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230128
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    烧结金属丝网复合膜材料在炉气净化中发生破损,主要表现为金属丝网发生断裂,导致过滤元件失效。采用X射线荧光光谱、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线光电子能谱技术对丝网的化学组成、物相组成、显微形貌、微区成分进行深入分析。结果表明,烧结金属丝网复合膜材料中的丝网表面钝化膜在长期交变应力作用下发生损坏,导致丝网基体被氧化性气氛严重氧化并形成疏松的氧化产物。发生氧化的丝网强度、韧性降低,在长时间的外力作用下发生层状剥落,最终导致材料发生断裂。
  • 黄旭刚, 王东新, 张健康, 李美岁
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 106-111.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230126
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    粉末冶金铍材具有低密度、高弹性模量的优异性能,常用于航空航天结构件。铍材在机械加工时,表面产生残余应力,残余应力的大小和均匀性,对铍结构件的尺寸稳定性和使用寿命造成直接影响。通过对铍材车削加工时残余应力和显微缺陷的研究,发现铍材在车削加工时,车削应力在铍材内部显微缺陷处,有概率发生应力叠加集中。由于缺口集中效应,这将导致微裂纹、车痕、起皮等显微缺陷的产生,造成铍材表面残余应力数值波动幅度大,均匀性差。针对性调整车削加工工艺,是减少显微缺陷的产生,降低铍材表面残余应力的数值波动,改善均匀性的一种方法。
  • 李明亮, 许皖南, 姚刚
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 112-119.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.2025003
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    W-Cu复合材料在电子元器件尤其是高功率电子元器件中的应用极为广泛,但随着封装要求的提升,其器件的稳定性需进一步提高。由于W和Cu本征属性的巨大差异,W-20Cu在性能上难以同时兼顾W和Cu自身的优异性能。因此,亟需对其显微结构进行优化。为调控W骨架的孔隙度并促进W-20Cu复合材料的致密化,本文选用不同粒径的钨颗粒(20、10、5、2 μm)进行双粒径配比实验,研究结果表明:在烧结温度为1 300 ℃,保温2 h时,采用粒径比为10:1及质量比为7:3的双粒径配比获得的W-20Cu复合材料的致密度最高,可达99.12%。该材料的气密性达到3.1×10-11 Pa·m3/s,最大抗弯强度为744 MPa,热学性能表现为热导率为211 W/(m·K),略低于理论热导率220 W/(m·K),热膨胀系数为8.91×10-6/K,满足封装用材料的性能标准。
  • 评述与进展
  • 李俞露, 张绍和, 孔祥旺, 荣令龙
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 120-126.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230161
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    金属基金刚石复合材料由于其优越的物理和力学性能,在电子工业和机械制造业等方面有着广泛的应用,但复合材料性能的提升受限于传统制造技术,增材制造为制备复杂结构金属基金刚石复合材料提供了思路。增材制造(3D打印)是一种从数字模型到物理实体的近净成形技术,拥有设计并制造出具有复杂结构、异型微小的个性化定制材料的优势。将3D打印技术用于制造性能更加优异稳定的金属基金刚石复合材料,同时控制生产成本降低能源消耗,已成为我国工业发展的必然趋势。本文总结了目前金属基金刚石复合材料所采用的增材制造技术研究进展,并对这项应用技术的进一步研究方向提出展望。
  • 刘庆伟, 胡家齐, 范朝, 袁晨风, 张志强, 慈世伟
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 127-137.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240203
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    铝合金是工业上十分重要的有色金属材料,但由于其表面硬度低、耐磨性差而制约了其进一步应用。在铝合金表面进行激光熔覆,可以形成与基体呈冶金结合的涂层,显著改善铝合金表面性能,同时该技术也可对损伤铝合金零件进行修复,展现出极高的应用价值。随着科技的不断发展,铝合金表面激光熔覆技术已经成为国内外研究的一大热点,相关研究工作不断增加。然而,鲜有文献对该技术的发展现状进行综述。介绍了铝合金激光熔覆的基础知识,重点阐述了当前铝合金表面激光熔覆的材料体系,包括铝合金、镍基合金、陶瓷、高熵合金等,并简要介绍了该技术领域的新研究方法和工艺,最后展望了铝合金激光熔覆未来的发展。本文可为铝合金表面激光熔覆技术的研究人员提供参考。
  • 孙金娥, 张丽春, 张岩, 王浩楠, 刘子荣, 封云慧
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 138-145.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230170
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    锂作为最轻的金属元素,将其以1%的含量熔入铝合金,可使合金密度下降3%,弹性模量提高6%。铝锂合金凭借其优异的强度、防腐蚀性、抗疲劳特性及延展性,已成为航天领域中理想的轻质高强度材料。传统的熔铸法制作铝锂合金时存在一定的局限性,如需要特殊的熔铸设备,易产生气孔、裂纹等缺陷,且铸造后需进行锻造、挤压等工序,这增加了制造成本并延长了制造周期。然而,增材制造技术可避免这些问题,为铝锂合金的加工制造提供了一种新的解决方案。本文旨在对增材制造铝锂合金的组织结构与性能进行概述,总结了增材制造铝锂合金的主要技术研究概况,并分析了未来增材制造技术在铝锂合金制备过程中的发展趋势与前景。
  • 唐寅, 何星
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 146-151.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230138
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    电火花沉积技术作为一种金属材料表面强化和损伤修复的技术,因其沉积过程中热量输入小,不影响基体原始性能,同时基体与涂层之间结合强度高等特点被广泛应用于模具制造、航空航天、精密机械加工等领域。工具电极是电火花沉积过程中的关键因素之一,通过选用不同类型的金属或非金属粉末制备出的粉末冶金电极来加工,可以使材料表面性能得到明显提升。本文介绍了电火花沉积技术的原理和粉末冶金电极的制备过程,分析了使用粉末冶金电极加工后涂层的结构与形貌,涂层较基体在硬度、耐磨性和耐腐蚀性方面的提升,最后对粉末冶金电极在电火花沉积技术中存在的问题以及未来的发展方向进行了总结。
  • 革新与交流
  • 林冰涛, 曹小娟, 孙晓霞, 王承阳, 唐亮亮, 张保红
    粉末冶金工业. 2025, 35(01): 152-156.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230080
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    本文以TZM钼合金为研究对象,针对特殊用途的规格为ϕ40 mmTZM合金制品本体取样出现的伸长率偏低的现象进行试验分析验证,分析了热处理对材料金相组织及力学性能的影响,为后续高性能TZM钼合金产品的失效分析及质量控制提供参考依据。结果表明:热处理是影响TZM钼合金性能的重要影响因素,热处理温度较低造成TZM钼合金伸长率不满足要求,研究结果对制备具有良好综合性能的TZM钼合金具有参考意义。