氮化铝（AlN）因其优异的导热性、绝缘性及与硅匹配的线膨胀系数,成为电子封装与热管理领域的关键材料。然而,AlN粉末易在潮湿环境下与水发生水解反应,生成氢氧化铝（Al(OH)₃）或羟基氧化铝（AlOOH）,导致氮含量流失及氧含量升高,使其制备的陶瓷和热界面材料导热性能降低,阻碍其产业化应用。本文系统介绍了AlN粉末的水解机制,阐明了各因素对水解行为的调控规律,重点梳理了氮化铝粉末表面改性技术,最后指出当前研究存在的问题,并展望未来发展方向,为AlN粉末在电子器件领域的高效应用提供理论支撑与技术参考。

粉末锻造技术将传统的压制烧结粉末冶金技术与精密闭式热模锻技术的优点相结合,对烧结的预压件在闭式模具中进行一次锻打即可产出力学性能优良的近净成形产品。以Al-Mg-Si系6061铝合金为模型材料研究合金的粉末锻造工艺及力学性能,对烧结6061铝合金进行热模拟分析,得到其本构方程和热加工图,之后通过闭式热模锻制备了粉末锻造6061铝合金,并对比研究了锻造态合金与烧结态合金T6热处理前后微观组织与力学性能。结果表明,烧结6061铝合金热加工性能较好,在425~500 ℃/0.01~1 s^-1范围内变形时无失稳现象。相较于烧结态合金,锻造态合金平均晶粒尺寸由12.3 μm变为9.6 μm,合金元素分布更加均匀,致密度由96.68%提升至99.71%,硬度由40.9HV提升至64.7HV,屈服强度提高75%,可达129 MPa,抗拉强度提高58%,可达220 MPa,断后伸长率提高138%,可达29.6%;经过T6热处理之后,锻造态合金的主要强化相主要为β"相和β相,其硬度、屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为135.2HV、301 MPa、372 MPa和12.0%。

采用超高转速等离子旋转电极法制备了GH4698高温合金的粉末,通过热等静压技术实现了GH4698高温合金试坯成形,经过标准热处理后开展了微观组织表征及力学性能测试。试验结果表明：本文采用超高转速等离子旋转电极法制粉+热等静压成形+热处理路线所制得GH4698高温合金的力学性能可以满足锻件要求,在室温和750 ℃的平均抗拉强度分别为1 325和873 MPa,优于铸-锻+热处理工艺;室温和750 ℃的平均伸长率分别为26.7%和6.6%,略低于铸-锻+热处理工艺;室温下的平均冲击功和冲击韧性分别为60.1 J和75.3 J/cm²。

气雾化法制备粉末的基本原理为金属液流被高速气流冲击为微小液滴,在表面张力的作用下成为球形,并最终凝固成金属粉末的过程。通过数值模拟与实验相结合的方式,以Ni60A高温合金雾化过程中气、液两相交互机制为研究对象,采用VOF（volume of fluid）多相流模型和DPM（discrete phase model）离散相方法,研究了雾化压力对高温熔体一次雾化和二次雾化过程KHRT（kelvin-helmholtz rayleigh-transport）模型破碎过程和粒度分布的影响,并与实验结果进行对比。结果表明,回流区面积随着雾化压力的增大而增大,粉末粒径先减小后增大。当雾化压力为2 MPa时,实验制备的粉末粒径与数值模拟结果误差为4.8%,验证了数值模拟Ni60A合金粉末雾化破碎过程的准确性。

为了研究制粉工艺对NiCrAlY粉末和涂层的影响,采用紧耦合气雾化和超声气雾化NiCrAlY合金粉制备大气等离子涂层,对比了粉末和涂层的物理性能、形貌、物相组成和元素分布。结果表明,两种粉末成分物理性能相近,形貌均为泪滴形,粒度组成有差别。显微组织均为胞晶+枝晶组织。紧耦合气雾化粉末45~90 μm收得率为30.69%,凝固冷速为1.25~2.49×10⁴ k/s。而超声气雾化粉末收得率超60%,冷速为1.18~2.08×10⁴ k/s,枝晶胞晶分布更规整。两种涂层均为片层状结构,涂层的孔隙度和抗拉强度分别为12.81%、11.35%和36.8 MPa、34.8 MPa。紧耦合气雾化和超声气雾化粉末的粒度分布和相结构有差别。两种雾化粉末制备的涂层截面形貌、元素分布和涂层性能相近,紧耦合气雾化粉末中细粉多,相结构复杂,涂层元素含量明显变化,结晶度差、孔隙度高、显微硬度高。

在不锈钢粉末中加入氮化铬并使用选区激光熔化技术制备了高氮钢样品,系统研究了不同激光参数对于高氮钢组织、物相以及力学性能的影响。实验结果表明当激光能量密度增加时,样品的缺陷呈现出先增大后减小的趋势。激光能量密度过高,加剧粉末中氮元素的溢出形成较多的缺陷。样品物相为奥氏体和马氏体,并且随着激光能量密度的提升,样品的奥氏体相含量在逐渐下降。添加氮化铬的样品抗拉强度为1 134~1 254 MPa,屈服强度为 822~1 057 MPa,伸长率为9.6%~16.64%。样品的断裂行为主要以韧性断裂为主,部分区域是脆性断裂。当能量密度为130.21 J/mm³（激光功率250 W,扫描速度800 mm/s,扫描间距0.08 mm,铺粉厚度0.03 mm）时,过配粉末选区激光熔化成形试样表现出最好的力学性能。

采用放电等离子烧结（spark plasma sintering,SPS）制备出Cu-12.5Ni-5Sn合金,研究了烧结温度、烧结压力和保温时间对合金致密度和力学性能的影响,探索了合金最佳的放电等离子烧结条件及微观结构和力学性能之间的关系。结果表明,随着烧结温度、烧结压力和保温时间的增加,合金的致密度、硬度和屈服强度都呈现出先增加后降低的趋势,当烧结温度为870 ℃、烧结压力为25 MPa、保温时间为30 min时,合金的致密度在98%以上,时效后合金的硬度和屈服强度分别达到252HB和468 MPa的最大值。时效处理能够促进合金中片层状组织的进一步细化和形成,时效处理后在晶界和晶内有不同形状的富Ni和Sn的γ-CuNi₂Sn相形成。此外,片层状的γ-CuNi₂Sn相确定为不连续沉淀γ-DO₃相,其与调幅结构交替排列形成夹层结构,调幅分解强化和沉淀强化是合金具有良好力学性能的主要原因。

热等静压近净成形（HIP-NNS）技术作为粉末冶金工艺的重要技术之一,由于其可以制备结构复杂的高性能产品,近年来在航空航天领域得到广泛应用。双相不锈钢（DSS）材料具有优异力学性能和耐腐蚀性能得到了海工、船舶、核电和石油化工等行业关注。本文通过HIP-NNS技术,借助Shima塑性变形模型和MSC.Marc有限元软件完成了DSS粉末HIP-NNS致密化和包套尺寸变形预测,分析了粉末相对密度和等效应力变化规律。结果表明：仿真模型获得了较高的预测精度,最大尺寸误差不超过3%。采用数值模拟的方法准确的预测了包套收缩和粉末致密化过程,大大提高了粉末利用率和生产效率,降低了加工成本,为实现复杂结构DSS产品一体化成形提供了新的工艺途径。

九爪同步器锥环是重卡大扭矩变速器锁销式同步器中使用的关键零件,采用粉末冶金技术替代传统铸造及锻钢工艺对九爪同步器锥环制备技术工艺进行研究,选用Fe-0.5Mo-4.0Ni-1.5Cu-0.8C等扩散合金粉料,经过粉末压制、烧结熔渗铜、精密加工及热处理等工序完成粉末冶金九爪同步器锥环零件制造。粉末冶金锥环九爪密度为7.49 g/cm³,表面硬度为HRC31、抗拉强度为623 MPa,其各项性能指标完全满足重卡变速器装机和使用寿命要求。粉末冶金工艺制备九爪同步器锥环零件,克服了原40Cr铸钢锥环零件质量重,加工量大、工序繁琐、生产效率低、成本高等不足,具有少切削加工、节能节材、高效、低成本等优势,适宜零件的大批量生产。

本文提出了一种利用氧化铝粉末颗粒进行基材表面改性的技术,利用激光振荡器结合喷砂装置,成功实现了将直径数十微米的氧化铝颗粒高速且精确地嵌入5052铝合金金属表面层。该激光诱导粉末射流技术利用激光熔化基材的表层,随后将高速喷射的氧化铝颗粒在铝合金基材熔融层中迅速嵌入,达到增强材料表面性能的目的。通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线分析（EDX）对样品横截面进行观察,嵌入颗粒的深度可达约100 μm,并检测了嵌入氧化铝颗粒的数量和分布范围。进一步探讨了喷射压力、激光能流密度（单位面积上激光能量的流动速率）及颗粒入射角度等关键工艺参数对嵌入深度、嵌入量、颗粒分布的影响,为优化该技术的工艺条件提供了理论依据和实验数据支持。该技术的成功开发不仅拓展了材料表面改性的新途径,还为提高金属材料的耐磨性、耐腐蚀性等性能提供了新的技术方案。

在金属材料表面制备微结构并添加固体润滑剂,可提高其自润滑性能。本文用粉末冶金工艺制备具有等差枝式孔结构的TiAl（TA）合金,并研究SnAgCu-Graphene（SG）复合固体润滑剂对TA基体的自润滑机制。通过试验和理论分析得出结果：当添加SnAgCu和Graphene质量分数为65%和35%的SG复合固体润滑剂时,试样TASG/A的磨损率和平均摩擦因数随着孔结构分支数量的增加呈现出先减小后变大的趋势,其中试样TASG/A-4的磨损率为1.38×10^-4 mm³ ‧N^-1‧m^-1,平均摩擦因数为0.12,润滑效果最优。试验表明枝式孔结构在摩擦作用下可以释放足够的SG复合固体润滑剂,并与磨屑混合可填补因摩擦产生的凹坑和裂纹。

为优化金属结合剂金刚石工具的制备工艺提供系统性理论支持,实验研究了不同金属在热压条件下对金刚石性能的影响。采用酸腐蚀法对热压烧结工艺中制备的金属结合剂进行腐蚀,将腐蚀后得到的金刚石与原始金刚石进行表面形貌、表面腐蚀率、腐蚀深度等比较和分析,并对金刚石进行抗压强度测试。结果表明,随着温度升高,金刚石表面腐蚀率上升,表面腐蚀深度逐渐增加,导致金刚石的抗压强度明显降低。在相同热压条件下,经过Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Ti热压烧结后,金刚石表面形貌和性能均呈现不同程度的变化。具体而言,在700 ℃热压烧结条件下,Ti对金刚石抗压强度的影响最小,且金刚石腐蚀率和腐蚀深度分别为66.7%和0.453 μm。相比之下Cr和Fe使金刚石抗压强度显著下降,同时对金刚石的腐蚀深度均高于其他金属的腐蚀结果。拉曼分析揭示,金刚石的表面结构和性质在大多数情况下未发生明显变化,仅在Fe和Co腐蚀后出现极少数石墨结构。

单晶蓝宝石脆性大、硬度高,化学性能稳定,在掏棒加工中存在着加工效率低,寿命短,掏取出的晶棒有内裂纹和表面划伤等问题,所以蓝宝石的高效、高质量掏棒加工迫切需要解决。在研究金刚石钻头胎体配方的过程中,采用了有约束的配方设计方法,探讨了不同成分对钻头的锋利度和寿命的影响。为了评估改进效果,使用SPSS进行了回归分析,以探究各组分之间的关系。经过t检验后,得出了性能指标与各组分之间的主次关系及显著性的评估。最后,运用Excel求解方法得到最优化的胎体配比方案。实验结果显示,所构建的Scheffe回归方程用于预测实验结果具有很高的准确性。对配方设计实验的数据进行F检验和t检验可知,WCu粉的含量对蓝宝石套料钻的锋利度有非常显著影响,当WCu粉的质量分数为35%、FCS20为30%、Co粉为35%时锋利度最好,加工出蓝宝石晶棒的表面质量最好。有约束的配方均匀设计可以大大降低实验次数,并获得最优的结果。

国内外研究者注重研究多层多道冷喷纯铜涂层,但对单道单层冷喷涂纯Cu涂层的特性未深入研究,因此采用冷喷涂技术在6061 T6 Al合金板上沉积不同喷涂温度和喷涂压力下的单道单层纯Cu涂层。利用三维轮廓仪测量涂层表面粗糙度;通过OM、SEM、XRD分析涂层厚度、微观形貌和物相组织;拍摄的SEM照片结合Image Pro软件计算涂层中的孔隙率;分别采用显微维氏硬度计和万能力学试验机测试涂层的显微硬度和剪切强度,再利用SEM观察涂层的剪切断面形貌。本次研究探明了升高喷涂温度,涂层厚度和剪切强度都有增加,但是涂层的表面粗糙度、孔隙率和显微硬度逐渐降低;随着喷涂压力的增加,涂层表面粗糙度、显微硬度和剪切强度都相应的增加,但孔隙率随之减少。最后揭示了单道单层纯Cu涂层微观结构和机械性能与喷涂参数变化关系,为高性能纯Cu涂层的研究奠定了基础。

采用热等静压工艺制备粉末冶金Ti-22Al-25Nb（at.%）合金均匀细晶板坯,板坯经两种轧制工艺获得2 mm厚的板材,对比研究了两种轧制工艺对粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金板材显微组织与力学性能的影响。研究结果表明,两种轧制工艺制备的板材在940 ℃/1×10^-3 s^-1条件均具有较高的超塑性（伸长率大于600%）。两种轧制工艺制备的板材室温横纵向拉伸性能均相当,抗拉强度约为1 100 MPa,伸长率均大于6%。轧制工艺B在板坯轧制过程中进行高温退火处理,并优化了横纵向变形量比例,其制备的板材650 ℃横纵向抗拉强度均大于800 MPa,伸长率大于12%,且横纵向强度差异较低（室温和650 ℃横纵向强度差与横向强度的比值均小于6%）。

选择AlCoCrFeNi高熵合金（HEA）颗粒作为增强相,采用搅拌摩擦加工（FSP）工艺和水下搅拌摩擦加工（SFSP）工艺制备HEA/Al复合材料。采用XRD、扫描电镜、显微硬度仪和拉伸试验机等分析测试手段对复合材料的性能进行分析。试验结果表明,FSP和SFSP工艺均成功制备了高熵合金颗粒均布于5083铝合金基体的复合材料;相较于FSP工艺,SFSP工艺制备的HEA/Al复合材料（简称SFSPed HEA/Al）,高熵合金颗粒分布更加均匀、致密,界面反应层厚度较小,约为150~200 nm,界面无明显反应产物生成,其晶粒结构更细小;相较于FSP工艺制备的复合材料,采用SFSP工艺制备的复合材料强度和塑性更佳,断口为韧性断裂特征,断口中没有明显的颗粒拔出特征;相比5083Al基体,SFSPed HEA/Al复合材料的硬度提高了69.6%,磨损率下降了48.2%。

为探究激光功率对铁基合金组织和性能的影响,利用激光熔覆技术在45钢表面制备铁基合金涂层,通过显微组织观察、硬度实验、电化学测试对试样进行分析表征,研究不同激光功率（1 100、1 400、1 700、2 000 W）对铁基合金涂层组织和性能的影响。结果表明：在不同激光功率参数下制备的涂层均呈现出良好的冶金质量,未观察到气孔、裂纹等微观缺陷,且涂层与基体之间形成了良好的冶金结合。涂层的物相主要由α-Fe、γ-（Fe,Ni）、α-（Fe-Cr）、γ-（Ni-Cr-Fe）物相组成。随着激光功率的提升,涂层的稀释率呈现递增趋势,同时显微组织中的等轴晶粒尺寸逐渐增大。涂层的显微硬度随激光功率的增大,表现为先升高后降低的趋势。当激光功率为1 400 W时,涂层硬度最大为565.4 HV0.2,E_corr最大为-0.339 V,i_corr最小为3.19×10^-6 A·cm^-2,R_ct最大为71.8 kΩ,耐蚀性能最佳。

能量密度是动力型电池最重要的性能指标。金属锂负极具有超高的理论容量（3 860 mAh/g）与超低的还原电位（-3.04 V H⁺/H）,因此采用金属锂代替石墨负极后可使电池能量密度大大提升。然而,金属锂负极所面临的最大问题是与电解液存在严重的电化学不稳定性,从而导致副反应加剧,消耗电解液,使电池容量衰减加剧。此外,由于界面副反应而导致的锂枝晶生长亦增加了安全隐患,也制约着金属锂电池的发展。针对上述问题,本研究采用磁控溅射沉积方法,以磷酸锂（Li₃PO₄）作为人工固体电解质膜沉积于金属锂负极表面,从而获得优异的金属锂/电解液界面电化学稳定性,抑制电池的极化。与此同时,由于锂沉积与剥离的均匀度的提升,锂枝晶的生长亦受到抑制。Li₃PO₄的离子导通电子绝缘作用使金属锂对称电池的恒时间模式临界电流密度从1.6 mA/cm²提升至3.6 mA/cm²,恒容量模式临界电流密度从4.0 mA/cm²提升至8.6 mA/cm²。所组装的软包电池能量密度可达355 Wh/kg,0.2 C循环150圈后容量保持率达到90.8%。

采用机械合金化和放电等离子烧结相结合的方法制备了Al_xCu_1-xCoFeNi高熵合金（x=0.25、0.5和0.75）,研究了不同化学计量比时高熵合金粉末和烧结态试块的物相组成、显微形貌和力学性能。结果表明,球磨时间为64 h的烧结态Al_xCu_1-xCoFeNi高熵合金,当x=0.25和0.5时高熵合金都形成了单一面心立方固溶体,而x=0.75时高熵合金形成了面心立方+体心立方固溶体结构。x=0.25、0.5和0.75时,烧结态Al_xCu_1-xCoFeNi高熵合金试块的致密度分别为98.3%、95.8%和97.7%,x=0.25和0.5时Al_xCu_1-xCoFeNi高熵合金中存在Al和Cu元素的偏聚,而x=0.75时高熵合金中Al元素存在偏聚、Cu元素未见明显偏聚。随着x值从0.25增加至0.75,Al_xCu_1-xCoFeNi高熵合金的屈服强度、断裂强度和硬度逐渐增大,压缩应变逐渐减小,与铸造AlCuCoFeNi高熵合金相比,x=0.25时高熵合金的屈服强度、断裂强度、压缩应变和硬度都较大。

工贸行业生产加工过程中伴生的可燃性金属铝粉尘具有较大的涉爆风险,构建铝粉的燃爆特性体系有助于为铝粉尘爆炸防控提供关键数据支撑。该综述对铝粉火焰速度、火焰温度、点火敏感度、最大爆炸压力的实验方法及结果进行了系统论述,进而给出了铝粉燃爆研究结论的共通性和差异性,并探究了不同实验结果的影响因素。最终,讨论了不同影响因素条件下铝粉燃爆特性的演化规律。

随着新能源汽车、通讯等技术的快速发展,对高性能、复杂结构的纯铜散热器要求越来越高。传统的锻造、铸造、粉末冶金压制等工艺都难以制造复杂结构的制品,而机加工、3D打印等工艺成本较高,不利于大规模推广,金属粉末注射成形工艺具有低成本、批量制造复杂形状制品的优势,有望实现复杂结构纯铜散热器的规模化制造。目前,纯铜粉末注射成形工艺存在球形粉末成本高、烧结致密度不高等技术挑战。因此,本文系统总结了纯铜粉末注射成形工艺的研究进展,重点阐述了喂料制备、注射成形、脱脂和烧结等关键工艺的研究现状,并提出未来发展建议,为推进纯铜注射成形工艺的工程化应用提供参考。

基于还原反应及热力学模型,系统分析了以平四管炉为还原设备的钼粉二段还原过程热能消耗和结构组成。结果表明,反应过程所消耗的热量占比17.87%,过量反应气体带走的热量占比为68.54%;结合能耗管理视角,分别从热效率提升、热损耗控制和热效应保障3个方面提出钼粉二段还原过程能耗管理策略,一是通过还原炉氢气氛围精确调控以提升热效率,二是通过设备巡检配合余热回收利用以降低热损耗,三是通过优化设备温度控制和数据监测系统以保障热效应,多措并举为设备改造和工艺优化提供方向。