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。

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。

粘结剂喷射3D打印（binder jet 3D printing,BJ3DP）是一种无熔化、高效率、低成本的金属增材制造技术,近年来在复杂结构、大尺寸、高精度构件制造中展现出了巨大的应用潜力。相比激光熔化等工艺,BJ3DP具有材料适应性强、工艺温度低、无残余应力等优势,适用于热敏性或易氧化金属材料。总结了金属BJ3DP打印构件的影响因素,包括粉末特性、打印参数、脱脂/烧结工艺等,重点介绍了铁基、镍基、镁基、铝基、高熵合金等合金在BJ3DP成形过程中的物相、微观组织与性能。最后,简要概述了目前存在的问题及未来的发展趋势。

增材制造是一种新兴的材料成形技术,其成形过程为典型的非平衡凝固过程,涉及复杂的温度、热力、相变等物理现象,使用传统方法难以对增材制造过程中物理量的变化进行测量和分析。将有限元数值模拟技术应用于增材制造中,可以很好地对加工过程和结果进行计算和预测,提高增材工艺研究开发效率,并降低成本。从有限元数值模拟方法、有限元数值模拟软件介绍和在增材制造领域的应用现状3个方面进行综述,分析了有限元数值模拟技术在增材制造领域优势与局限性,并对未来发展趋势进行展望。

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%。

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。

GH3536高温合金因其优异的热稳定性和抗氧化性能,在航空航天等领域具有重要应用价值。然而,传统制造工艺难以满足复杂结构件的制备要求,激光粉末床熔融（laser powder bed fusion,LPBF）技术作为一种前沿的近净成形制造方法,被认为是快速生产具有复杂结构的高温合金零件的重要工艺技术。采用LPBF技术制备了GH3536高温合金,研究了工艺参数对微观组织和力学性能的影响。LPBF成形的GH3536高温合金主要相结构为FCC结构,伴随少量M₂₃C₆相和马氏体（α）相,具有熔池—粗大柱状晶—超细胞状晶的多层级结构。随着能量密度的增加,致密度表现出先升后降的变化趋势,其中104.00~120.00 J/mm³是适合于GH3536高温合金成形的理想工艺窗口,致密度超过99.5%。当能量密度为104.17 J/mm³时,胞状晶的尺寸较小,且致密度较高,GH3536高温合金表现出优异的强塑性组合,屈服强度为649.45 MPa、抗拉强度为854.74 MPa、伸长率为32.30%。

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%。

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。

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。

本文系统综述了光固化3D打印技术的研究进展及其在多领域的应用。首先,介绍了光固化技术的原理及主要方法,包括立体光刻、掩模投影立体光刻、双光子聚合和数字光处理等,并分析了各自的技术特点。其次,详细讨论了光敏树脂的组成、改性方法及其增强性能的研究现状。重点探讨了光固化技术在医学领域（如齿科修复、组织工程支架、肿瘤模型和柔性监测传感器）的应用,并扩展到电子信息和机械制造领域。最后,对光固化技术的未来发展方向进行了展望,强调材料创新和工艺优化在推动医工融合和智能制造中的关键作用。

激光粉末床熔融（laser powder bed fusion,LPBF）成形悬垂结构的应力与变形是实现复杂金属构件高质量、高精度制造的关键问题之一。通过基体预埋应变片的方式实现了悬垂结构LPBF成形过程应变数据的实时测量。基于原位应变测量系统研究了T形悬垂结构、低角度悬垂结构（5°和10°）LPBF过程的原位应变行为。深入研究了不同悬臂长度、不同成形工艺参数对T形悬垂结构原位应变行为的影响,并进一步分析了不同悬垂角度、支撑类型对低角度悬垂结构原位应变行为的影响。结果表明,T形悬垂结构的悬空长度越长,结构的变形越大;采用激光能量梯度、棋盘扫描策略可有效降低T形悬垂结构的变形。支撑结构设计可显著影响低角度悬垂结构的应变行为和成形质量,采用H1支撑设计策略（块体支撑间距0.8 mm+锥体支撑间距0.6 mm）的成形质量最佳。上述结果可为深入理解LPBF成形悬垂结构的变形行为和调控提供有效参考。

针对单级铺粉机构在保证高堆积密度铺粉的同时难兼顾低压力铺粉的问题,研究了两级铺粉机构对粘结剂喷射增材制造（binder jetting additive manufacturing,BJAM）粉末床质量的影响规律。对比了辊子,刮刀及两级铺粉3种铺粉方式对粉末床质量及基板压力的影响,并探讨了预铺层厚对两级铺粉粉末床质量的影响,使用离散元模拟进一步分析了3种铺粉过程中的粉末动力学行为。结果表明：铺粉层厚和铺粉速度相同时,两级铺粉与辊子铺粉的粉末床质量相当,且优于刮刀铺粉,但两级铺粉对粉末床的平均压力为427 Pa,远低于辊子铺粉的2 178 Pa,极大地提高了粉末床稳定性。预铺层厚显著影响粉末床压实效果,当预铺层厚从150 μm增至250 μm时,粉末床堆积密度提升明显,而超过250 μm后密度增长趋于饱和,此时基板压力则随预铺层厚增加持续升高。本工作有望为粘结剂喷射增材制造铺粉机构选择及铺粉参数优化提供理论依据。

采用电子束选区熔化（electron beam selective melting,EBSM）技术成功制备了能够用于聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond compact,PDC）钻头胎体的金刚石/Ni-Cu复合材料试样,系统研究了金刚石体积分数对金刚石/Ni-Cu复合材料的致密度、抗弯强度、耐磨性和抗冲蚀性能等的影响规律。研究结果表明,随着金刚石体积分数增加,金刚石/Ni-Cu复合材料的致密度和抗弯强度整体上都呈先减小后相对稳定,随后再迅速减小的趋势。但是,当金刚石体积分数从10%逐渐增加到35%时,金刚石/Ni-Cu复合材料的磨耗比呈先增大后减小的趋势,当金刚石体积分数为25%时,磨耗比达到最大值1.08。而金刚石/Ni-Cu复合材料的冲蚀质量损失则随金刚石体积分数的增加呈先降低后升高的变化趋势,当金刚石体积分数为25%时,失重达到最小值7.50 mg。因此,当金刚石体积分数为25%时,EBSM制备的金刚石/Ni-Cu复合材料的耐磨性和抗冲蚀性能同时达到最优。

为研究Fe₃Al/Cr₃C₂复合材料成形裂纹影响因素和耐磨机制,利用激光熔覆在碳素结构钢基材上进行Fe₃Al/Cr₃C₂复合材料成形正交试验,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）及磨损试验对涂层进行表征。结果表明：对熔覆层裂纹的影响因素中,Cr₃C₂质量分数是影响裂纹的首要因素,15%和25% Cr₃C₂熔覆层裂纹数量最少;在不同Cr₃C₂含量的熔覆层中,15%和25%Cr₃C₂熔覆层的磨损率最低,可归因于不易发生黏着磨损和强化相微观结构精细,有利于磨削表面的分离;熔覆层中强化相的形态和分布对材料的耐磨性起着重要的作用,在摩擦过程中,较软的Fe₃Al基体材料首先被磨损,较硬的碳化物支撑对磨表面以减少摩擦,随着磨损的进行,碳化物逐渐从表面消失,转变为硬质相颗粒。

本文简要介绍了中国粉末冶金制品产业整体发展及产品结构情况,介绍了中国传统粉末冶金零件产业增长和市场结构情况,以及近年传统粉末冶金中汽车零件、家电零件和含油轴承的发展情况;简要介绍了中国粉末冶金零件主要技术发展情况;简要介绍了中国新能源汽车快速发展对传统燃油汽车市场的影响,以及对传统粉末冶金零件产业的影响;简要分析了在中国新兴产业快速发展中,粉末冶金制品产业在未来将面临的机会和挑战。

增材制造可以实现金属多孔材料的制备,既满足金属优异的耐热性、耐蚀性等特性,同时也具有高比表面、可控渗透性等多功能特性。实验通过激光粉末床熔融的加工方法,通过控制激光功率及扫描速率,实现了多孔CM247LC镍基高温合金的可控制备。结果表明,增材制造CM247LC镍基高温合金相组成主要为γ/γ'相,平均晶粒尺寸为20 μm。多孔高温合金的性能随着相对密度的降低迅速衰减,相对密度为98%的高温合金的拉伸屈服强度为989.1 MPa,抗拉强度达到1 395.4 MPa,而相对密度为60%的高温合金拉伸屈服强度为132.8 MPa,抗拉强度仅为223.2 MPa。高温合金的变形机制以位错滑移为主,呈现出典型的河流状花样,而多孔高温合金呈现为烧结颈的脆性断裂模式。

WE43镁合金在航空航天、生物医学及交通运输领域展现出显著的应用潜力,激光粉末床熔融技术为实现其性能优化提供了新途径。然而,该工艺制备的镁合金构件常因微观结构的各向异性导致其力学性能的提升被制约。系统研究了不同沉积方向对激光粉末床熔融制备的WE43镁合金组织和性能演变的影响。结果表明,机械性能的各向异性与沉积方向有关。首先,垂直沉积试样内平均尺寸1.86 μm的晶粒具有细晶强化效应;其次,高密度的低角度晶界对位错运动的阻滞作用;最后,当垂直试样沿构建方向承受拉伸载荷时,LPBF 制备的WE43合金会受到与现有裂纹平行的应力,进一步提高机械性能。因此,垂直沉积试样的拉伸性能优于水平沉积试样,屈服强度达到282 MPa、极限拉伸强度达到325 MPa、伸长率达到12%。该研究为LPBF沉积策略的优化提供了理论依据,为实现WE43镁合金微观结构与性能的定向设计奠定了技术基础。

激光粉末床熔融中匙孔、熔池和颗粒飞溅等具有高度动态、瞬变、空间尺度小等特点,对粉末熔化过程进行原位高速成像有助于深入揭示熔道及缺陷形成机制。实验基于高分辨率的开放式微焦点X射线管,开发了激光粉末床熔融原位成像系统,开展了316L粉末熔融过程匙孔、气泡、飞溅及球化等现象观测研究。结果表明,该系统可识别出保护气与熔池界面的动态变化,观测到部分激光工艺参数下匙孔的形貌变化,捕捉到匙孔诱导大尺度气孔（约100 μm）的形成过程;同时发现,较高的射线管电压（如220 kV）有助于提升系统对熔池的辨别能力,但由于此时X射线对飞溅的穿透性过强,造成小尺寸飞溅无法成像;较低的射线管电压下（如90 kV）,系统可较好地捕捉飞溅（约30 μm以上）的运动行为,初步揭示了飞溅诱导熔道表面突起、高度尺寸偏差及表面波纹等缺陷的形成机制,再现了球化现象的动态形成过程。该技术的开发对加快增材制造材料及工艺的原位研究具有重要意义。

激光粉末床熔融（laser powder bed fusion,LPBF）因其优异的成形能力与组织细化潜力,为高性能轻质钢的制备提供了新途径。然而,目前针对高Ni含量Fe-Mn-Al-C系轻质钢的LPBF成形研究匮乏,且B2相演变规律及其对力学性能的影响机制尚不明确。以Fe-30Mn-11Al-12Ni-1C轻质钢为研究对象,对比分析了打印态和热处理后基体组织、B2相的形貌、尺寸及分布演变规律,建立了LPBF成形轻质钢微观组织与力学性能的关系。在激光功率95 W、扫描速度800 mm/s的条件下,成功制备出致密度达99.2%的无缺陷样品,并通过1 100 ℃和1 200 ℃热处理对打印态样品进行组织调控。结果表明,打印态轻质钢以FCC-γ奥氏体相为主,B2相呈棱角分明多边形状（平均尺寸68 nm）,沿晶界不连续分布,面积占比12.43%。经1 100 ℃热处理后,B2相转变为短棒状（平均尺寸0.93 μm）,均匀分布于晶内及晶界,面积占比显著提升至52.14%;1 200 ℃热处理则促使B2相形成条带状形貌（平均尺寸1.89 μm）,面积占比降至41.03%。力学性能测试显示,1 100 ℃热处理后试样显微硬度（468.5HV0.2）、屈服强度（930.2 MPa）和抗拉强度（1 012.6 MPa）显著提升,但伸长率急剧降低至0.88%。研究表明,B2相含量与尺寸的增加通过第二相强化机制提升了强度,但其硬脆特性导致基体塑性急剧恶化。

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。

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。

激光粉末床熔融（laser powder bed fusion, LPBF）增材制造技术在金属多材料结构制造方面取得了长足的进步,而异质粉末床的质量是影响成形件质量的关键之一,其中颗粒间内聚力对粉末扩散过程起着关键作用。以316L不锈钢和CuSn10合金为例,使用离散元的方法来数值模拟多材料粉末床的铺展过程,评估颗粒间的内聚力对粉末层质量的影响。同时研究了内聚力对沿着铺粉方向的清晰分界线的异质粉末床的影响。研究发现：随着颗粒间的内聚力增强,粉末的铺展性越差,粒度偏析现象加重;内聚力使得粉末团聚运动,造成粉末交叉污染;聚力变大使得粉末流动性变差,休止角变大,边界质量差且陡峭。

借助激光同轴送粉增材制造技术制备TiAl合金,深入探究了不同激光功率下合金冶金缺陷的演变规律,分析了合金的相组成、显微组织及力学性能。结果表明,随着激光功率增加,TiAl合金单熔道的熔宽和熔深逐渐增大,球化现象逐渐减弱。合金具有较高的致密度,孔隙率均小于0.05%,并且随着激光功率增加,孔隙率略有降低。激光功率为1 200 W时,试样与基材界面附近出现裂纹,激光功率增加至1 400、1 600 W时,裂纹消失。TiAl合金主要由γ-TiAl相及少量的α₂-Ti₃Al相组成,其显微组织特征是γ/α₂片层晶团边界处分布着少量块状γ晶粒。随着激光功率的增大,TiAl合金的片层晶团尺寸呈现逐渐增大的趋势。激光功率为1 400 W时,TiAl合金的抗拉强度为476 MPa,其拉伸断口形貌呈现脆性断裂特征。

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。

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。

实验以典型Ni₃Al基IC-221M合金为研究对象,分析了激光定向能量沉积过程中的工艺参数与微观组织演变之间的关系,并开展了室温力学性能测试。通过扫描电子显微镜发现合金的微观组织主要为枝晶间的γ-Ni₅Zr共晶和γ+γʹ低熔点共晶相组织及枝晶干的球形γʹ相。随着扫描速度的增加,(200) 衍射峰向低角度偏移,晶面间距和晶格常数逐渐增加,且凝固组织中的晶粒尺寸逐渐减小。室温力学性能方面,当激光扫描速度达到700 mm/min和800 mm/min时IC-221M合金样品的各项力学性能均高于铸态合金,屈服强度高于550 MPa,抗拉强度高于750 MPa,断裂伸长率高于13 %。

研究了激光粉末床熔融和传统铸造方法制备GH4099合金的显微组织差异,进一步分析了热处理对其显微组织演变及力学性能的影响。结果表明：激光粉末床熔融和铸造成形的GH4099合金分别为外延生长的近柱状晶组织和双峰分布的等轴晶组织。在随后的热处理中,两种工艺成形合金的晶粒内枝晶结构消失,同时析出碳化物及γ'相,导致其强度提高,塑性降低。与铸造相比,激光粉末床熔融成形的GH4099试样热处理时发生静态再结晶,晶粒细化,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提升了66 MPa、187 MPa和14.5%。

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。

以球形WC-Co粉末和作为粘结剂的尼龙粉为原料,采用选区激光烧结技术在低温下熔化尼龙,以实现复杂结构硬质合金零件的3D打印成形,然后通过脱脂、烧结来提高打印件的致密性和力学性能。重点探究了后续烧结工艺对打印硬质合金组织和力学性能的影响规律。研究发现,不同工艺处理的打印件均获得了纯净的物相组成,相较于其他热打印方法易产生缺碳相有明显的工艺优势。基于提出的常压预烧和二次气压复烧相结合的后处理工艺,打印硬质合金获得了近全致密的组织结构和优越的综合力学性能。在平均晶粒尺寸为2.8 μm的前提条件下,其平均维氏硬度为1 247HV30,断裂韧性达到20.1 MPa·m^1/2,抗压强度和抗弯强度分别达到3 542 MPa和1 861 MPa。基于对不同烧结工艺下获得微观组织的比较分析,揭示了两步烧结法实现选区激光烧结打印硬质合金的致密化机制。

通过模拟与实验探讨了选区激光熔化（selective laser melting,SLM）技术在制备18Ni250马氏体时效钢过程中的熔池演变机制和组织分布。研究重点包括SLM成形件的熔池、微观组织演变及力学性能测试。模拟结果表明,激光加载下金属粉末熔化时出现Marangoni效应,使得熔池凝固后,表面较为光滑。实验结果表明,制备出的金属块体表面平整且致密。模拟与实验的熔池尺寸比较吻合,说明通过模拟预测打印质量比较可靠。热处理后的SLM-18Ni250件,抗拉强度达到1 970 MPa,屈服强度为1 900 MPa,与传统锻态的18Ni250马氏体时效钢性能相当,但韧性略低。SLM-18Ni250的金相组织中,打印态熔道分布规整,组织为少量奥氏体和马氏体。而固溶水淬处理让奥氏体转变为马氏体,时效空冷处理后马氏体显著增加,成分均匀进而提升材料的机械性能,但打印件的层间结合和缺陷分布等特性使得韧性略低。使用模拟与实验结合的研究方法和思路,可以为SLM技术制备高强度、高韧性的马氏体时效钢提供有益指导。

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。

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。

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。

采用选区激光熔化成形工艺,成功制备了CuCrZr/316L双金属结构,并对其实施了热处理强化。借助光学显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜等手段,对CuCrZr/316L双金属结构界面的相组成和微观组织进行了表征分析,同时深入分析了其力学性能,以及影响其界面结合性能的主要因素。结果显示,CuCrZr/316L双金属结构的界面可以分为富铜层、混合层和富铁层3个部分。在成形态下,界面细晶强化及第二相强化作用使界面强度高于CuCrZr基体。然而,富铁层中的Cu元素会导致铁基体发生脆化现象,在SLM过程中热应力的作用下,进而产生裂纹。经过热处理后,CuCrZr基体的硬度得到了提升。这使得经过热处理的CuCrZr/316L双金属结构在拉伸试验中,断裂位置从原本的CuCrZr基体转变至富铁层,断裂方式由韧性断裂转变为了脆性断裂,抗拉强度从216.7 MPa提高到了443.9 MPa,但伸长率从37.5%降低至3.0%。

激光粉末床熔融中,铺粉质量直接影响零件性能和成形质量。目前研究多聚焦于刮板铺粉,对滚筒铺粉及其微观机制的探讨相对匮乏,且多基于单一尺寸粉体,与实际连续尺寸分布存在差异。为此,采用离散元法模拟316L不锈钢粉末的滚筒铺粉过程,并结合CFD法分析不同铺粉厚度下的激光熔化行为,系统探究工艺参数对粉末床宏观及微观性能的影响,并与刮板铺粉进行对比。结果表明：当滚筒速度V=0.04 m/s、旋转速度ω=-15 rad/s时,粉末床具有高堆积密度和良好均匀性;滚筒铺粉质量优于刮板铺粉;动力学分析显示,随着V增加,粉末粒子运动速度加快,与基板间力链增强,流动性变差,易产生堵塞,降低粉末床质量。

本文通过液相化学法制备超细银粉,研究了硝酸银加料速度、反应温度、硝酸银浓度、细化剂量、碱液温度对超细银粉性能的影响,并采用扫描电镜进行形貌观察。结果表明：硝酸银的浓度、硝酸银加料速度、反应温度、细化剂量、碱液温度分别为0.15 mol/L、200 L/s、55 ℃、35 g、30 ℃时所制备的超细银粉团聚现象少、粒径均一、分布集中,性能指标优异。

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。

将冷等静压成形与离心沉积成形技术结合,采用真空烧结成功制备了管状316L-ZrO₂复合梯度多孔膜材料。使用X射线衍射仪、扫描电镜和多孔材料完整性测试仪对多孔材料的物相组成、微观孔结构形貌和孔隙性能进行了分析,研究了烧结温度对316L-ZrO₂复合梯度多孔膜材料孔结构形貌、透气系数和孔径分布的影响,并采用死端过滤方式考察了其在含油含盐废水处理中的过滤效果。结果表明：通过在梯度膜层厚度计算公式中引入修正系数K,可以实现对膜层厚度的准确调控,本实验中K值范围为0.21~0.25;膜材料的透气性能随着烧结温度的升高而逐渐降低,且在700~800 ℃时透气系数的降低幅度更大,但膜层对应的平均孔径值更小,从0.28 μm减小至0.18 μm;316L-ZrO₂复合梯度多孔膜可以有效去除含油含盐废水中的悬浮物,但对COD、氨氮及溶性盐的去除效果较差。