粉末冶金工业

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杨军军, 刘冠颖

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 1-10.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20250018

摘要 ( )

可视化

烧结金属多孔材料是一种特殊的结构功能一体化的金属材料,广泛应用于煤化工、石油化工、航空航天、新能源、半导体、冶炼、环保等行业,对于国民经济的发展具有重要作用。介绍了烧结金属多孔材料的种类,阐述了烧结金属多孔材料在过滤分离、流体分布控制、催化负载、强化传质传热等领域的应用,分析了烧结金属多孔材料的发展趋势,未来金属多孔材料将向材料复合化、孔径微细化、结构梯度化、应用广泛化与多功能化的方向不断发展。

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高锰TWIP钢的粉末冶金强韧化

范雪莲, 陈幼筠, 梁驹华, 韩福生, 王幸福, 史子木

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 11-21.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230171

摘要 ( )

可视化

孪生诱发塑性钢通过控制合金元素的含量,来调控材料层错能,可以产生大量的孪晶组织,从而提高材料的延展性和强度。由于其优异的力学性能,TWIP钢在汽车、航空航天、能源等领域得到了广泛应用。目前的研究主要集中在熔炼方式制造的TWIP钢上,对于粉末冶金制备的TWIP钢的研究还较为有限,且目前制备的粉末冶金TWIP钢尚未充分发挥其巨大的应用潜力。采用气雾化Fe-21Mn-0.7C合金粉末和快速热压技术相结合的方法在不同温度、时间下制备了材料。研究了烧结温度和烧结时间对材料组织演变和力学性能的影响,采用热轧热处理进一步优化综合力学性能。结果表明,温度升高,保温时间增加,小粒径范围粉末充分地熔合在一起,形成更致密的结构,晶界氧化物基本已去钉扎。在烧结温度930 ℃,烧结压力40 MPa,保温12 min时,Fe-21Mn-0.7C合金的致密度为98.86%、抗拉强度为955 MPa、伸长率为32.8%,热轧后抗拉强度可达到1 690 MPa,随后进行退火,获得了抗拉强度和伸长率分别为998 MPa和46.2%的优异综合力学性能的高强高韧钢,热处理后的试样断口韧窝的平均尺寸显著降低,分布更加均匀,沿晶脆断是Fe-21Mn-0.7C块体在拉伸断裂过程中的主要模式。

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粘结剂喷射增材制造316L坯件固相烧结数值模拟

李伟, 黄延禄, 嵇海涛, 徐雨欣, 王天宇, 杨永强

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 22-30.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230054

摘要 ( )

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为了预测粘结剂喷射增材制造（BJAM）金属坯件烧结过程中的收缩和变形,建立了一种基于黏弹性计算的高温蠕变模型,用于模拟烧结过程中的热诱导蠕变行为。该模型在烧结的微观和宏观描述之间建立了联系,考虑了晶界扩散、重力作用、晶粒生长及热膨胀对烧结收缩和变形的影响。模型中的参数依赖于粒径、相对密度和温度。通过在Abaqus中编写用户自定义子程序CREEP来实现数值模拟,并选用广泛应用于工业的316L粉末进行实验验证。结果显示,x、y方向的平均线性收缩率为11.61%,而z方向的平均线性收缩率为12.64%,相较于实验值（x向平均线性收缩率为10.12%,y向平均线性收缩率为10.15%,z向平均线性收缩率为11.21%）,误差范围为1%~2%,表明该模型具有较好的预测效果,特别是对于以晶界扩散为主要烧结机制的316L不锈钢零件。优化和获取更精确的材料性能参数,特别是高温条件下的,将有助于进一步提高模型的预测精度。

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热处理对激光粉末床熔融CoCrFeMnNiNb_0.15高熵合金组织与性能的影响

李云飞, 谢会起, 曹利, 张利, 付建平, 李晓峰

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 31-38.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240209

摘要 ( )

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激光粉末床熔融（LPBF）在制备具有复杂形状、良好强塑性能的高熵合金（HEAs）方面展现出显著的优势。为进一步提升HEAs的力学强度,通过添加Nb元素以增强固溶强化作用和第二相强化作用是一种有效的途径。然而,LPBF形成的第二相组织形态易导致HEAs脆性断裂、塑性性能大幅度下降。因此,研究后续热处理对LPBF制备HEAs的组织及性能影响具有重要意义。利用LPBF技术成功制备了CoCrFeMnNiNb_0.15 HEAs,然后研究热处理工艺下的物相组织、力学性能及断裂形貌演变规律。结果表明：热处理促使富Nb的Laves强化相由连续网状转变为细小、均匀的颗粒状组织,且FCC相基体中部分Nb元素析出,此外基体晶粒沿（111）晶面长大;随着热处理温度增加,Laves强化相和基体组织逐渐粗化。由于热处理后固溶强化、晶界强化及第二相强化作用减弱,导致FCC相基体的塑性变形能力提升,断裂失效模式由脆性断裂转变为韧性断裂。当热处理温度为980 ℃时,CoCrFeMnNiNb_0.15 HEAs可以获得良好的强塑性能匹配,其强塑积为13.2 GPa%,极限抗拉强度为（892±13.4）MPa,伸长率为17.4%。

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ZrO₂颗粒增强铜基摩擦材料组织及性能

孙政, 孟利华, 尹彩流, 张新疆, 王秀飞, 杨明

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 39-46.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230172

摘要 ( )

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采用粉末冶金技术（PM）制备了ZrO₂颗粒增强铜基烧结块体摩擦材料,测试表征了材料的微观结构、密度、孔隙率、硬度及摩擦磨损性能,研究了不同含量ZrO₂颗粒对烧结态铜基摩擦材料微观组织和性能的影响。研究结果表明：ZrO₂颗粒加入前后,基体铜基摩擦材料的物相组成和分布状态未做明显改变,ZrO₂颗粒在基体中分布均匀,未出现团聚现象;随着ZrO₂含量的增加,材料的密度降低,孔隙率升高,硬度呈现先升高后降低的趋势;在制动压力为1 MPa,转速为5 200 r/min的测试条件下,材料的摩擦因数与磨损率随着ZrO₂含量的增加呈现先降低后升高的趋势,当ZrO₂添加量达到8%时,材料的摩擦磨损性能达到最佳,其摩擦因数为0.29,磨损率达到最小值0.24 cm³/MJ。

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Cr₇C₃含量对Ni₃Al基合金粉末激光熔覆涂层组织与耐磨性能的影响

蔡逸辉, 董治中, 彭云, 赵琳, 喻会, 朱英豪

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 47-52.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230180

摘要 ( )

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采用激光熔覆在42CrMo钢表面制备Ni₃Al/Cr₇C₃粉末合金熔覆层,采用扫描电镜、X射线衍射仪和摩擦磨损试验机研究了不同Cr₇C₃比例对Ni₃Al基合金激光熔覆层组织特征与耐磨性能的影响。结果表明,Ni₃Al基合金熔覆层组织主要为Ni₃Al和弥散的原位自生Cr₇C₃。使用Ni₃Al/Cr₇C₃合金粉制备的激光熔覆层显微硬度均在550HV以上,最高达到834HV。随着Cr₇C₃比例增加,Ni₃Al基合金熔覆层耐磨性能先提高后降低,Cr₇C₃比例为25%时,Ni₃Al基合金熔覆层磨损率为0.74×10^-5 mm³/(N·m),仅为无Cr₇C₃的Ni₃Al涂层磨损率的14.7%,其对磨材料磨损较小,仅为1.669×10^-5 mm³/(N·m)。

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热等静压对MIM 4J29合金封装外壳组织和性能的影响

史巾搏, 宋久鹏, 张召, 梁孟霞, 郭彪, 钟雨

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 53-57.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230190

摘要 ( )

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将MIM成形的4J29合金进行了不同温度的热等静压（HIP）后处理,研究了HIP温度对4J29合金微观组织、热膨胀性能和拉伸性能的影响。结果表明：合金随着HIP温度升高致密度逐渐提升,但在1 200 ℃之后,致密度提升速率减缓,硬度逐渐降低,晶粒尺寸增长速率变快;漏气率呈先降低后上升的趋势,在1 200 ℃之前随着温度升高减小,1 200 ℃时漏气率最低,温度继续升高时,漏气率逐渐增大。最佳HIP温度为1 200 ℃,此时合金的密度达到98.54%,漏气率为1.2×10^-9 Pa·(m³/s),硬度为81.3HRB,平均膨胀率为（30~200 ℃）2.0×10^-6 m·℃,拉伸强度和伸长率均明显提升。

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FeSiCr软磁粉末的成分调控与性能

冯雪峰, 张志佳, 麻洪秋, 孟令兵, 崔雷, 关立东, 张军

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 58-63.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240133

摘要 ( )

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为探索合金成分对软磁合金粉末性能的影响,采用水气联合雾化法制备了6组不同Si、Cr、Mn含量的合金粉末,采用振动样品磁强计（VSM）对合金粉末的饱和磁化强度和矫顽力进行表征。将粉末压制成磁粉芯,采用LCR测试仪、软磁交流测量仪、盐雾试验机等设备对磁粉芯的磁性能、绝缘电阻性能和耐腐蚀性能进行表征。研究结果表明,合金中增加Si和Cr含量会降低饱和磁化强度和磁导率,但会明显改善矫顽力、磁损耗、绝缘电阻性能和耐腐蚀性能。合金中添加Mn元素会恶化饱和磁化强度、磁导率、矫顽力和磁滞损耗特性,但会改善涡流损耗和绝缘电阻性能。

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储氢合金制粉过程粒度问题影响因素分析

吉力强, 刘黎黎, 段亚楠, 景永强, 王西涛, 韩伟

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 64-69.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230198

摘要 ( )

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粒度分布是影响储氢合金粉使用性能的重要因素,粒度分布的异常波动会导致镍氢电池负极片成品率下降。对储氢合金制粉过程中可能影响粒度分布的因素进行了验证分析,尤其是针对干法合金粉容易出现的筛分粒度异常问题,从制粉设备关键参数、分析检测设备和筛网型号等方面进行了验证。分析发现：制粉过程出现粒度分布异常的产品,与制粉设备和检测设备没有明显关联,制粉所用筛网的丝径偏差是导致出现粒度问题的主要原因,并针对性的制定了有效控制措施。

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连续进料参数对超细镍粉表面形貌的影响

罗晖, 邹文, 彭帅, 钟滢, 詹杰, 胡昌文

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 70-75.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230197

摘要 ( )

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以NiCl₂·6H₂O为原料,采用连续进料方式,通过化学气相沉积法制备超细Ni粉。利用激光粒度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等仪器对超细Ni粉相关性能参数进行表征,系统考察进料速率及进料温度等因素对Ni粉表面形貌的影响规律。实验结果表明：随着进料速率和进料温度的提升,Ni粉粒径逐步变大,粒度分布更均匀,分散性更好,球形度更高,结晶性更强,但过度提升进料速率和进料温度,会导致颗粒粗大,较为合适的进料速率和进料温度分别为135 g/h和400 ℃。

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改进型电极感应气雾化制备球形铬粉的工艺

陈喜, 谭建均, 卓仪娇, 杜文栋, 霍豪, 胡鹏

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 76-80.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240098

摘要 ( )

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采用改进型电极感应气雾化技术,验证雾化制备球形铬粉的可行性,通过工艺优化,提升生产效率。重点研究过热度和雾化压力对粉末粒度分布及收得率的影响,利用扫描电镜和霍尔流速计等手段,评估球形铬粉的形貌与流动性。研究结果表明：EIGA法制备的铬粉球形度高达98%以上;最佳过热度为230~300 ℃;雾化压力增加促使粒度减小;5 MPa下15~53 μm粉末收得率最优,且效率远超等离子法,同时保持或超越等离子法制备铬粉的性能水平。

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选区激光熔化TC4粉末的循环使用

胡金旺, 黎志炼, 彭文, 李敏敏, 王奉涛

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 81-90.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230191

摘要 ( )

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探讨了基于选区激光熔化（SLM）技术制备植入式医疗器械中钛合金粉末回收利用的质量控制问题。为了解决这一问题,提出了粉末“循环系数”的概念,并建立了粉末循环使用的定量管理方法。在此基础上,分别对循环系数为0、7、14的TC4粉末和其制备的样件的物理特性、化学成分和力学性能进行了相关研究。结果表明,随着粉末循环系数的增加,粉末和其制备样品的性能有明显、线性的、可预测的变化趋势。验证了在TC4粉末的循环利用过程中,将粉末的循环系数作为其质量控制参数的可行性和有效性。此外,在TC4粉末循环使用过程中,粉末和其样件的性能逐渐下降,其原因与粉末中氧和氮含量过高的缺陷颗粒比例增加有关。

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流场结构优化对EIGA制粉卫星粉缺陷的影响

曹磊, 赵文天, 张会华, 殷俊, 马国楠, 鲁仁义

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 91-101.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240180

摘要 ( )

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卫星粉是雾化法制备金属粉末过程中产生的一种常见缺陷粉,过量的卫星粉缺陷会影响打印设备的铺粉稳定性与产品的致密度。由气雾化法形成卫星粉缺陷原理入手,借助数值仿真软件ANSYS Fluent进行数值模拟,由三维流场的角度研究设置雾化保护罩、补气装置的两种新型雾化塔优化结构对塔内宏观气流流场的影响,分析了流场优化结构对抑制卫星粉形成的控制效果。结果表明,雾化保护罩的施加位置、高度因素直接影响粉末回旋的隔绝效果,施加位置同时对回流区的分布范围有显著影响,在雾化塔顶部施加距中轴线200 mm、罩体高度为300 mm的雾化保护罩结构能够有效的阻隔回流颗粒对雾化区域熔滴的直接冲击现象。补气装置压力参数直接影响回旋颗粒的隔绝效果与回流气团的剧烈程度,距中轴线200 mm处施加压力参数为0.5 MPa的补气装置能够对雾化区域起到良好的保护作用。两种新型雾化塔优化结构均可有效抑制雾化区域的颗粒-熔滴的碰撞现象,从而达到抑制卫星粉形成的效果。

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铜基换挡摩擦片摩擦性能与耐热性能提升

金孔杰, 胡铮, 许遥, 周焕辉, 张国洪, 李炎森

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 102-108.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240158

摘要 ( )

可视化

为解决铜基粉末冶金换挡摩擦片极限工况下易发生黏着磨损及热烧蚀的问题,研制了铝青铜-Cr-镍包石墨-CeF₃复合材料摩擦片,测试了其在大载荷、高转速工况下的摩擦因数、闭锁冲击系数、耐热系数与磨损率,并分析了Cr、镍包石墨及CeF₃对各方面性能的影响规律。结果显示：适量的Cr元素能通过细晶强化与弥散强化提升材料的强度与硬度;镍包石墨和CeF₃在摩擦过程中分布于摩擦表面,可提升材料的润滑性能、换挡柔顺性及耐热系数,从而显著提高摩擦片对重载荷、高转速工况的承载能力;若Cr、镍包石墨和CeF₃含量过多会造成力学性能和耐磨性能下降,对其含量进行优化可兼具良好的力学性能、摩擦学性能及耐热性能,进而使铜基换挡摩擦片的摩擦性能与耐热性能得到有效提升。

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SiC含量对大尺寸铝基复合材料组织和性能的影响

金延文, 张光杰, 程俊峰, 张世超, 张本昌

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 109-113.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230185

摘要 ( )

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针对航空、航天、高端电子等领域对轻量化结构材料的需求,颗粒增强铝基复合材料的应用得到了快速发展。但目前铝基复合材料研究大多集中于中小尺寸坯锭制备及分析,对大尺寸坯锭及其性能与组织的研究较少。实验采用粉末冶金工艺制备了SiCp体积分数为15%、20%和25%,基体合金为2009Al,规格为ϕ580 mm×730 mm的热压坯锭,并挤压为ϕ250 mm的挤压棒。所制备的挤压棒致密度均达到100%,颗粒分布均匀。通过XRD分析发现材料中存在少量Al₂Cu和Al₇Cu₂Fe;通过TEM对SiCp与基体界面观察,发现SiCp与基体结合良好,无明显的界面反应。室温拉伸实验表明,复合材料强度会随SiCp体积分数增加显著提升,当SiCp体积分数为25%时,其抗拉强度为630 MPa,屈服强度为480 MPa,伸长率大于等于3%,抗拉强度和屈服强度较基体合金分别提高20%和25%。3种SiCp含量的复合材料断裂方式均以基体合金的韧性断裂和SiCp的断裂为主,并且SiCp与铝基体界面结合的高强度让SiCp起到了良好的承载作用。

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异质结电池电极银浆用亚微米级球形银粉的制备

马岩, 王军东, 胡楠, 杨永生, 王军

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 114-118.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230182

摘要 ( )

可视化

采用液相化学还原法,以DEA用量作为控制银颗粒“成核—生长”速率的旋钮器,使用对苯二酚和抗坏血酸一锅法还原硝酸银制备出亚微米级球形银粉。研究了DEA用量对银粉性能的影响,在DEA添加量为硝酸银质量的50%时,可以制得平均粒径D₅₀为0.49 μm,比表面积2.3 m²/g,松装密度1.7 g/cm³,烧损率0.35%的亚微米级球形银粉。通过X射线衍射（XRD）和SEM表征分析发现,银粉纯度高,结晶性好,颗粒呈高分散性。将所得银粉按配方调制成银浆后,测得黏度为38 Pa·S/25 ℃,经丝网印刷和低温固化后,观察发现线条较为致密,边缘线条平整,测得200 ℃固化膜的电阻率为8.70×10^-6 Ω·m。

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反钙钛矿型锂离子固体电解质掺杂改性

董竹林, 李付江

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 119-124.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230116

摘要 ( )

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随着对高性能二次电池能量密度与安全性能要求的不断提升,发展新型固态电池是当今能源领域的研究热点。固态电池的核心在于固体电解质,而反钙钛矿型电解质Li₃OCl由于具有较宽的电压窗口和较高的离子电导率,引起了广泛的关注。利用掺杂修饰可进一步地提高Li₃OCl的离子电导率、稳定其立方相结构,然而利用稀土元素的镧位掺杂的研究目前依旧比较缺乏。我国稀土储量丰富,系统性地研究稀土元素在Li₃OCl中的应用具有较高的使用价值。实验探索了Nd元素的掺杂对Li₃OCl离子电导率的影响。通过对掺杂量的精确调控,能够成功地将Li₃OCl的离子电导率从5.2×10^-4 S/cm提升至8.3×10^-4 S/cm,并实现了固态电池高达3 C倍率的稳定运行。通过对稀土元素Nd在Li₃OCl中的掺杂研究,能够为开发高功率固态电池及在新能源汽车上的应用提供有效理论指导。

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SiCp/Al-Si基复合材料制备工艺的研究现状

苏嶓, 王爱琴, 刘瑛, 张津浩, 谢敬佩

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 125-135.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230100

摘要 ( )

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碳化硅颗粒增强铝硅基复合材料由于其具有高的比强度、高的比刚度,耐磨性良好和不易变形等优点,作为结构功能材料在车辆交通、航空航天和精密仪器等领域有着广阔的应用前景。但其在制备和加工过程中会受到热/应力场耦合作用,复合材料微观组织中会出现界面反应、增强相的偏聚、Si相及金属间化合物相的多尺度析出及微观结构演变现象,这对于复合材料力学性能的调控是不利的。主要总结了粉末冶金、搅拌铸造、浸渗制备和喷射沉积几种较为成熟的制备工艺的优缺点,并分析了几种制备工艺在参数变量上对复合材料组织和性能的影响。

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双相不锈钢热等静压粉末冶金成形技术研究进展

王凯, 吴战芳, 吕周晋, 车立达, 张鹏杰, 李向阳

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 136-145.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230179

摘要 ( )

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热等静压技术可用于粉末冶金制造高性能零部件,近年来广泛应用于铸件致密化、扩散连接和近净成形领域。热等静压粉末冶金（HIP-PM）作为一种绿色高效,工序简单,性能可控的构件制备技术,未来将在航空航天、核电工程、电子信息、轨道交通等众多工业领域广泛应用。从双相不锈钢（Duplex Stainless Steel, DSS）粉末制备、制品微观组织和力学性能、腐蚀性能等方面介绍了双相不锈钢HIP-PM技术研究进展,并总结了该技术应用领域及发展趋势。

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增材制造316L不锈钢组织、性能和辐照损伤效应研究进展

施建辉, 蒙新明, 刘政平, 周润发, 武焕春, 全琪炜

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 146-153.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240007

摘要 ( )

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增材制造316L不锈钢,因其具有优异的加工精度、表面质量、综合力学性能和抗腐蚀性能,在核能领域有着广泛应用前景。然而,核能结构材料在辐照环境下服役时,辐照产生的缺陷会导致材料性能下降。为了确保AM 316L不锈钢在辐照环境下性能的稳定性,对其辐照损伤效应的研究逐渐成为国内外关注的热点。为此,对核能领域常用的AM 316L不锈钢的组织、性能和抗辐照性能研究进展进行综述,并提出对未来研究方向的建议。

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调节座的金属注射成形（MIM）模具设计

苏瞧忠

粉末冶金工业. 2025, 35(02): 154-161.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230143

摘要 ( )

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通过对某电器调节座零件的形状结构进行成形工艺分析,以Moldflow软件模拟仿真结果来指导金属注射成形模具设计方案中的浇口类型及位置等的改进优化,最终完成其金属注射成形模具的设计。通过实际生产验证,模具结构合理,使用该模具注射成形的产品质量符合客户要求。

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2025年, 第35卷, 第02期　刊出日期：2025-04-10

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