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  • 研究与开发
    仉会健,黄海鸿,赵伦武,刘志峰,朱利斌
    粉末冶金工业. 2021, 31(02): 31-36. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190235
    针对等离子喷焊制备Ni/WC复合涂层存在的WC沉底问题,采用外加磁场辅助等离子喷焊技术制备 Ni/WC复合涂层,研究了磁场作用下等离子喷焊Ni/WC涂层外加WC颗粒的分布调控问题。采用维氏硬度计、 扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)及能谱分析仪(EDS)表征涂层组织结构和性能。结果表明:未加磁场时WC 沉积在涂层的熔合线附近;在磁场作用下WC颗粒集中分布在涂层中间区域,WC底层距熔合线420 μm; 有无磁场条件下的硬度值波动状况不同,无磁场时涂层硬度最大值为1 400HV,外加磁场时硬度最大值为 1 450HV。实验中WC颗粒几乎未发生热熔解,颗粒形貌保持完整。磁场细化了涂层组织,促进了硬质相的 产生,提升了涂层的硬度。外加磁场解决了WC沉底问题,可根据工程需要对外加增强颗粒分布进行调控。
  • 研究与开发
    梅明亮,黄 旭, 刘 畅
    粉末冶金工业. 2023, 33(03): 111-119. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230060
    热处理工艺对改善激光熔覆涂层成形质量具有重要的意义。实验采用 WC@Ni/Ni60A 与稀土混合 粉末,研究不同热处理加工工艺对熔覆层的显微硬度、微观组织、物相组成和残余应力的影响规律,探索出 最佳退火温度。结果表明:热处理温度的升高有助于细化晶粒组织;随着热处理温度的升高涂层显微硬度 下降,700 ℃时,涂层显微硬度较高,1% La2O3样件和 0.5% Y2O3样件硬度分别为 64.9HRC 和 65.3HRC;随着 热处理温度升高,涂层磨损体积发生显著变化,在 700 ℃达到最佳,700 ℃退火温度,样件摩擦因数均低于 未处理样件;热处理温度的升高,有助于降低残余应力。综合考虑各项性能指标,最优热处理方案为:加热 温度 700 ℃,升温速度 10 ℃/min,保温时间为 60 min,冷却方式为随炉冷却。研究结果为热处理改善涂层质 量提供理论依据。
  • 研究与开发
    张新,梁静,林小辉,高选乔,薛建嵘,杨毅超
    粉末冶金工业. 2023, 33(01): 56-59. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220046
    采用粉末冶金方法和热轧工艺制备了低氧MHC 合金轧制板材,通过化学分析、金相分析、硬度测 试、拉伸力学性能测试研究了低氧MHC 合金的显微组织和力学性能。研究表明:通过调节C/Hf 原子比、钼 粉还原并结合真空烧结等手段,可以有效降低合金中的氧含量。不同温度下退火后样品显微组织分析和 力学性能测试结果对比表明,合金板材在1 300 ℃以下为回复阶段,随着退火温度的增加,1 300 ℃开始发 生再结晶,强度和硬度逐渐下降,塑性提高,在1 600 ℃时再结晶完成,完全再结晶的低氧MHC 合金板材塑 性优异。
  • 研究与开发
    蔡礼超,张鹏
    粉末冶金工业. 2024, 34(05): 74-82. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230099
    与基于激光和电子束的增材制造技术相比,3D 打印和烧结结合的工艺成本更低,但对烧结阶段 工艺参数的探索不够全面和深入。因此,实验采用基于螺杆的 3D 打印技术制备 17-4PH 不锈钢样品,探 索烧结工艺参数(烧结温度、升温速率和保温时间)对 17-4PH 不锈钢性能的影响规律,包括孔隙率和拉伸 性能的测量,研究烧结工艺参数对孔隙结构、显微组织和断口形貌的影响规律,并通过孔隙结构、显微组 织和断口形貌的变化对烧结样品的力学性能的变化规律进行详细的阐述。结果表明,试样以 4 ℃/min 的 升温速率升温到 1 360 ℃保温 1 h,其力学性能最佳,屈服强度为 518 MPa,抗拉强度为 693 MPa。
  • 研究与开发
    张子富,李美岁,张健康,李志年,黄旭刚,李树荣
    粉末冶金工业. 2024, 34(05): 100-104. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230084
    试验研究了试样厚度、加热温度和喷碳层对铍材热扩散系数的影响。结果表明 :试样厚度在 2~6 mm 范围之间所侧的热扩散系数趋于一致,厚度 2 mm 左右多次测试的标准偏差最小,测试结果更为 精确,推荐该厚度为铍材热扩散系数测定的试样厚度。铍材热扩散系数随加热温度的升高而逐渐降低, 当温度从 25 ℃升到 900 ℃时,热扩散系数降低了 77.9%。不同的喷碳层情况下,测试的热扩散系数有显 著的差异,试样表面喷覆薄而均匀的石墨时所测得热扩散系数据波动较小,数据一致性较好。
  • 钛及钛合金材料专栏
    崔 珊,张恩耀,石 芬,周 鹏
    粉末冶金工业. 2024, 34(06): 128-133. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240101
    金属粉末注射成形技术是一种先进的钛合金加工方法,注射成形产品的质量与喂料性能密切相关 ,而喂料的均匀性和流变性能是决定喂料质量的重要指标。本文采用粒度分析、显微形貌分析、 均匀性分析及流变性能分析等方法,研究了球形 TC4 钛合金粉末粒度大小及粒度分布宽度对注射成形喂料性能的影响。结果显示,粉末粒度分布宽度越大,喂料装载量越高;粉末粒度分布宽度越窄,喂料均匀性越好;粉末粒度值越大,粒度分布宽度越窄,喂料流变性能越好。
  • 增材制造及激光成形技术专栏
    段现银,李俊,段伟,容芷君,林志雄
    粉末冶金工业. 2024, 34(04): 126-133. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240005
    激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion, LPBF)技术具有复杂结构快速成形的显著优势,在诸多领域应用广泛。然而,LPBF复杂的工艺特点使其成形件易出现气孔和未熔合等孔隙缺陷。针对航空航天、船舶和能源等领域广泛应用的Inconel 718合金,开展了激光粉末床熔融实验与数值模拟研究。分析了激光功率、扫描间距和扫描速度等关键工艺参数对成形缺陷的影响,结合实验检测与离散元模拟,讨论了气孔和未熔合等孔隙缺陷的产生机制。研究结果表明:当激光扫描间距减小时,试样纵截面孔隙率降低;激光扫描速度增加时,试样边缘未熔合缺陷增加;激光功率增加时,试样内部气孔数量显著减少,同时在熔道边缘出现不规则未熔合缺陷。在激光扫描间距为80 μm、激光扫描速度为500 mm/s、激光功率为200 W 时,可以得到熔道宽度合适,试样成形缺陷较少、孔隙率较低的试样。
  • 专家论坛
    郭志猛,芦博昕,杨 芳,陈存广,王海英,张 策
    粉末冶金工业. 2020, 30(02): 1-7. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200022
    钛及其合金因其密度低、强度高、耐蚀性好、生物相容性好等特点被广泛应用于航空航天,汽车舰船,石油化工,生物医疗等领域。本文主要针对钛及其合金的粉末冶金制备技术研究现状进行了介绍,从制粉和成形致密化两个方面介绍了国内外的制备技术,并且指出粉末冶金钛合金未来发展的关键是微细低间隙钛粉的制备,大尺寸坯料的制备和高性能烧结坯的制备。
  • 专家论坛
    李坤,黄焕杰,朱亮,吉辰,廖若冰,蒋斌,潘复生
    粉末冶金工业. 2024, 34(04): 1-16. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240123
    镁合金是最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度、比刚度高、阻尼减震性能好、生物降解性良 好等优点。传统的镁合金制造方式(铸造、挤压等)难以一步制备复杂的几何形状,铸造镁合金因冷却速 率较低常常导致晶粒粗大,力学性能较差,挤压镁合金在成形过程中极易产生氧化夹杂等缺陷。相比之 下,增材制造技术拥有快速一体化成形的优点,已逐步应用于镁合金的生产制造。目前,镁合金的增材 制造技术主要包括:激光粉末床熔融技术(LPBF)、电弧熔丝增材制造技术(WAAM)、搅拌摩擦沉积技术 (AFSD)以及粉末床粘合剂喷射技术(BJ)。本文首先综述了镁合金增材制造现状,针对以上4 种增材制造 技术分析了其成形原理、特性及成形合金特点。讨论了4 种增材制造镁合金的研究现状及现存问题,总 结了镁合金增材制造技术的优缺点,希望可以推动镁合金增材制造技术的研究进展。
  • 研究与开发
    黄 贤,罗 成,王天国,华建杰,张晓东,张明辉
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 70-75. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220176
    采用整形致密化技术, 研究了变形量对粉末冶金 Fe-Cu-Mn-Mo-C 材料表面致密化层深度的影响。 实验通过增加变形量来减小零件表面的孔隙,提高其表面致密层深度与硬度等性能。结果表明,采用挤压 致密化技术制备的粉末冶金零件表面可以形成均匀的致密层,零件的表面硬度有较大的提高。当完成变形 量提高到 0.4 mm 和 0.6 mm 后,在试样密度 6.8 g/cm3与 7.0 g/cm3的粉末冶金零件表面形成大约 0.25~0.4 mm 致密层。表面致密层深度和硬度均随变形量的增加而增加,说明了变形量是影响零件表面致密化效果的重要 因素之一。
  • 革新与交流
    麻洪秋,孟令兵,赵同春,江忠民,张 军,关立东
    粉末冶金工业. 2020, 30(01): 84-88. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180114
    采用水气组合雾化制粉工艺批量生产MIM用高品级不锈钢粉末,并对喷嘴设计、耐火材料优化、粉末氧含量控制及粉末后处理技术进行了研究,制备的316L、17-4PH等不锈钢粉末粉末性能已达到国际同类产品先进水平,同时实现了500 Kg大炉容工业化规模生产,形成了年产1 万t特种合金粉末制备能力。
  • 评述与进展
    李有余,余 力,高 扬
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 140-147. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230042
    钛合金具有高强轻质耐高温的特点,因而成为拥有巨大前景的航空结构材料。传统的机械制造工 艺难度大、成本高,限制了钛合金的应用。增材制造(AM)作为新兴的先进制造技术,可以通过逐层加工的 方式制造出具有较高三维精度的金属部件,从而实现钛合金的近净形加工。因此,首先介绍了球形钛合金 粉末制备技术,其中包括等离子旋转电极雾化法(PREP)、电极感应气体雾化法(EIGA)、等离子体雾化(PA) 和等离子球化技术(PS)等,对比4 种球形钛合金粉末的制备技术和优缺点,以及在航空增材制造的应用,包 括激光选区熔化(SLM)、电子束选区熔化(EBSM)和激光熔化沉积(LMD)等,总结了不同钛合金粉末制备 技术在航空增材制造的应用特点和发展趋势,并指出钛合金增材制造未来发展的关键是低间隙钛粉的制 备,增材制造设备高精度、高效率和大型化将是未来的发展趋势。
  • 研究与开发
    杨宗伦,胡发平,刘伟廷,蒋朝军,代 禹
    粉末冶金工业. 2020, 30(01): 60-63. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180080
    摘 要:采用电火花等离子体法在超纯水中制备了铂铑合金(PtRh20)粉末,利用ICP光谱分析仪、扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪等对制粉过程中的杂质含量变化、成品粉末表面形貌、成分及粒度分布进行了分析。结果表明:电火花等离子体熔蚀法制备PtRh20合金粉末效率可达1 000 g/h,粉末纯度较高,由成分相同的高球形度颗粒和絮状物组成,粉末粒径基本在5~60 μm之间,平均粒径25 μm。
  • 研究与开发
    林驰皓,胡可,王明辉,雷久淮,林波
    粉末冶金工业. 2023, 33(01): 24-30. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220021
    采用金属注射成形(MIM)技术制备了钨铜合金,定量表征了铜粉的粉末粒度和粒形,重点研究了铜 粉粒度和粒形对MIM钨铜合金组织与性能的影响。通过对比铜粉的粒径、粒度分布宽度、长宽比、粗糙度、赘 生物指数和钝度等特征参数,破碎铜粉与水雾化铜粉颗粒呈枝晶状,粒径远小于还原铜粉,但破碎铜粉粒度分 布宽,微观结构上的规则度、表面光滑程度以及分散程度最佳。破碎铜粉混合钨粉为原料,通过MIM技术制 备钨铜注射生坯致密度高、缺陷少,烧结后钨铜合金的组织与性能最优,致密度为96.2%,硬度为235HV,抗弯 强度为1 200 MPa,热导率为128 W/(m·K),电导率为30% IACS。
  • 评述与进展
    石英男,孙少斌,曲敬龙,刘明东,荣 昆,贾 建
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 124-133. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220198
    概述了欧美国家粉末高温合金热挤压工艺的发展历程与应用情况,阐述了我国粉末高温合金热挤压 工艺的研究进展,介绍了René 95、René 88DT 和FGH4096 合金的挤压工艺参数选取原则,重点分析了挤压工 艺参数(挤压比、挤压速度、挤压温度等)对粉末高温合金挤压成形及组织性能的影响规律,阐明了热挤压过程 中粉末高温合金非金属夹杂物的演变行为。
  • 研究与开发
    陈朋飞, 莫文剑, 易 翠, 王安东
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 11-16. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230013
    使用预混合法和预合金法制备了 Cu-Sn 粉末,研究了 Cu-Sn 粉末在烧结过程中的显微组织和物相 变化规律,同时测试了 Cu-Sn 粉末在不同温度条件下的烧结性能。实验结果显示,通过预混合法制备的 CuSn10、CuSn20 粉末烧结态组织由 α 相和 α+δ 共析组织组成,而预合金法制备的 CuSn10 粉末烧结态组织 则由单一的 α 相组成。两种方法制备的粉末在相同条件下烧结后,预混合 Cu-Sn 粉末的烧结体相对于生坯 产生了膨胀,预合金铜锡粉末烧结体则表现为收缩,且预合金 Cu-Sn 粉末烧结后的断裂强度、含油率和有效 含油率均高于预混合粉末。
  • 研究与开发
    周健东,计云萍,康学良,李一鸣
    粉末冶金工业. 2024, 34(04): 17-23. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230130
    实验选用水雾化、气雾化和离心雾化方式制备316L 不锈钢粉末,测试了不同种类粉末分级后的 导磁能力,利用SEM、EDS 和XRD 对显微组织进行了表征,研究了制备方式对316L 不锈钢粉末导磁的影 响及成因。研究表明,雾化法制备的316L 不锈钢粉末均具有导磁性能,导磁的原因是粉末中存在高温δ 铁素体相;粉末粒度越细,冷却速度越快,胞晶含量越多,δ 铁素体含量越高,相应的导磁性能越强;水雾 化制备的粉末导磁最强,离心雾化居中,气雾化制备的粉末导磁最弱,离心雾化冷却能力强于气雾化。
  • 研究与开发
    闫浩,王世鑫,李晓峰,王建宏,徐宏,刘斌
    粉末冶金工业. 2023, 33(01): 17-23. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220022
    铝合金具有低密度、高比强度、较好的耐蚀性等优点,被广泛应用于航空、船舶和汽车等领域;选区激 光熔化成形可以一次性成形复杂零件,具有良好的应用前景。对选区激光熔化(SLM)成形的Al-Cu-Mg 合金 摩擦磨损性能进行了研究,并与成分相近的铸造ZL205A合金性能进行对比,结果表明,采用SLM工艺成形可 细化合金晶粒,改变Al2Cu 的尺寸与分布,使晶粒细小均匀。与铸造ZL205A合金相比,SLM成形Al-Cu-Mg 合金的磨损率和摩擦因数均有不同幅度的降低。SLM成形Al-Cu-Mg 合金横截面的耐磨性最好,纵截面耐磨 性次之,铸造ZL205A的耐磨性最差。SLM成形Al-Cu-Mg 合金的磨损机制随着载荷的变化而不同:低载荷时 的磨损机制以磨粒磨损为主,粘着磨损和塑性挤出磨损并存;中载荷时的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损并伴 随氧化磨损;高载荷时的磨损机制主要为剥层磨损、粘着磨损和氧化磨损的综合作用。
  • 评述与进展
    张辉,王爱琴,潘爱琼,谢敬佩
    粉末冶金工业. 2024, 34(05): 118-128. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230175
    Cu/Al 层状复合材料因其极高的性价协同效应而得到越来越广泛的应用。然而不同工艺方法制 备的 Cu/Al 复合材料的界面结构、铜层和铝层微结构存在差异,力学性能高低不同。界面结合特性的不 同导致在深加工过程中容易出现错层、分层、铜层表面撕裂等宏观质量问题,严重制约了其在高端领域 的应用。本文介绍了铜铝层状复合材料原子尺度的研究现状,综述了利用分子动力学对铜铝层状复合 材料界面层结构、扩散与凝固、异质界面特性与力学性能的关联性等的模拟研究进展,分析了不同势函 数在铜铝层状复合材料分子动力学模拟中的优劣,提出了精准的模型、合理的力场、精确的参数是材料 原子尺度模拟的三个基本准则,对金属层状复合材料原子尺度的研究提供了参考。
  • 研究与开发
    曹卜元,方宇飞,王 妍,蒲博玮,任尚远,李 荣
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 89-93. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220165
    流延成形方法应用于金属薄膜的生产中,由于金属粉末自身比重大以及流延工艺的制备过程复 杂,金属薄膜易变形开裂。实验研究了金属流延浆料中各添加剂含量对金属薄膜成形过程和烧结后性能 的影响。结果表明:粘结剂含量与粘度对金属薄膜性能起决定性影响,加入 10% 含量的造孔剂,有效控制 了颗粒团聚现象,膜层孔径分布集中,气体透过率提升。实验验证了固含量对流延坯片均匀性的影响;固 含量过低,易造成膜层表面开裂,厚度不均匀,烧结后大孔缺陷多,强度差;而固含量过高,会导致膜层气体 透过率下降,同时,膜层的柔韧性也会降低。造孔剂可以显著改善膜层表面团聚现象,提高颗粒之间的结 合力。
  • 评述与进展
    侯庆玲,葛亚琼,畅泽欣,马明锋,李济鹏
    粉末冶金工业. 2023, 33(01): 115-119. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220029
    CoCrFeNi 高熵合金因其单一稳定的面心立方固溶体结构,具有优异的塑性变形能力和较高的屈服强 度,已成为众多追求高韧性制件研究的热门体系之一。同时选区激光熔化技术因其成形尺寸灵活和超快加热 冷却速率,具备传统制备方式不可比拟的优势。通过梳理近些年选区激光熔化技术成功制备出的CoCrFeNi- X高熵合金体系,首先针对8 种不同合金体系的相结构和组织形貌,分析了组织结构对力学性能的影响;其次 针对3 种采用不同工艺参数制备的CoCrFeNi-X高熵合金成形件,分析制备工艺对成形密度及力学性能的影 响;最后就合金成分设计对CoCrFeNi-Alx、CoCrFeNi-Mn 两种主流合金体系做了详细研究现状分析。期望对 采用选区激光熔化技术制备CoCrFeNi-X体系高熵合金的实验研究和工业应用提供一定的理论指导。
  • 研究与开发
    袁晨风,白 兵,程宗辉,蔡小叶,范 朝,胡家齐
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 76-83. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220143
    实验采用选区激光熔化成形(SLM)技术制备了 TA15 钛合金试样,研究了热处理制度对 TA15 钛合 金试样微观组织和拉伸及冲击性能的影响。研究结果表明,单重热处理方式下,随保温时间的延长和退火 温度的升高,微观组织 α′马氏体逐渐分解,次生 α 相和 β 相的体积分数则逐渐增加,试样拉伸强度整体呈下 降趋势,但断裂韧性呈现先升高后降低的趋势。其中在 850 ℃保温 4 h热处理制度下,试样具有较优的综合 性能,其抗拉强度为 1 033 MPa,冲击功为 38 J。双重热处理制度下,显微组织主要是以网篮状为主的 α+β 两相组织,微观组织均质化程度更高,表现为宏观性能分散性较小,其抗拉强度均值达 1 029 MPa,冲击功 为 40 J。
  • 研究与开发
    梁 超,刘文彬,王铁军,陈 伟,车洪艳
    粉末冶金工业. 2019, 29(05): 12-17. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20180038
    本文对热等静压工艺制备的TC4粉末钛合金材料进行力学性能、微观组织及断口对比分析,研究氧含量对其力学性能的影响。结果表明:热等静压态和退火态的TC4钛合金显微组织无明显差异,均为片层状组织;氧含量由0.11%上升至0.17%,钛合金强度明显提高,塑性略有下降,TC4钛合金的断裂韧度由101 MPa·m1/2下降到95 MPa·m1/2;TC4钛合金的室温拉伸的断裂机制是典型的微孔聚集型断裂机制,随氧含量的增加韧性断面上出现解理小面。
  • 研究与开发
    刘东旭
    粉末冶金工业. 2020, 30(03): 25-30. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190047
    为提高锅炉受热面管的耐磨性并延长其使用寿命,利用高速电弧喷涂技术在SA-210C钢表面制备 Ni55 耐磨涂层。采用钨极氩弧焊机对喷涂涂层进行重熔处理,并对基体、涂层进行显微组织、相组成、涂层结 合强度、显微硬度、耐冲蚀能力分析。结果表明:涂层晶体相主要由γ-(Fe,Ni)、Ni3Fe、CrB、Cr7C3、Cr23C6、 Fe3B 和WC等组成。涂层在沉积过程中形成了典型的层状结构,致密性优良,以机械结合为主;喷涂涂层 的结合强度为40.85 MPa,重熔后的涂层结合强度为53.25 MPa;喷涂涂层的平均硬度为1 081HV,重熔后涂 层硬度达到1143HV;在冲蚀角度为45°,冲蚀速度为200 m/s 及温度600 ℃,重熔涂层耐冲蚀磨损性能最 好,喷涂涂层比基体的耐冲蚀磨损能力强;重熔涂层呈现典型的脆性材料冲蚀磨损行为。涂层中与基体结 合牢固的CrB、Cr7C3、Fe3B硬质相,具有抵抗磨粒连续切削的功能,其冲蚀机制为氧化膜的剥落与磨粒对基 体金属的微切削和犁削。
  • 专家论坛
    于 洋,徐圣航,廖 俊
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 1-10. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230174
    工模具钢是一种具有高强度、硬度、耐磨性和耐热性的特殊钢材,广泛应用于金属加工、注塑及压 铸模具、汽车制造等行业。传统熔铸方法制备的工模具钢易出现成分偏析及粗大碳化物,且难以通过锻造 等加工方法消除,导致材料性能变差。粉末冶金工模具钢的组织均匀、碳化物弥散细小、合金成分含量高, 可实现复杂形状和结构的制造,其工模具产品具有高性能、高精度、长寿命等优势,在高端制造业领域有重 要的应用前景。因此,对粉末冶金工模具钢的发展历史,生产技术及其应用进行了综述,介绍了工模具钢 粉末工业化制备的技术革新,分析了粉末冶金工模具钢的制备方法及组织性能特点,最后归纳了粉末冶金 工模具钢的分类及应用,并对其未来的发展趋势进行了展望。
  • 研究与开发
    段现银,胡祖江,邓 犇,林志雄,龙 涛
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 17-29. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230015
    激光选区熔化(SLM)成形工艺正越来越广泛应用于航空航天装备复杂构件制造,该类零件具有众 多薄壁类曲面特征,成形制造中残余应力较大、曲面特征变形问题突出,严重制约增材制造薄壁曲面构件 的成形精度和质量。针对非实体支撑薄壁曲面特征激光选区熔化成形,通过模拟仿真研究了非实体支撑 的工艺参数和几何特征对支撑连接情况的影响,基于此分析了非实体支撑下曲面特征的残余应力分布与 变形规律。采用热弹塑性法对不同支撑成形激光功率和支撑结构下非实体支撑连接情况进行模拟仿真, 以连接效果为目标优选支撑参数。应用优选支撑参数,基于固有应变模型对不同壁厚和成形高度的薄壁 曲面特征的残余应力和变形分布进行模拟仿真、实验验证与讨论分析。结果表明,优选非实体支撑的薄壁 曲面零件的局部变形得到明显改善,薄壁曲面零件残余应力分布主要受零件的 Z 向正应力影响,且随零件 厚度增加而增加。
  • 评述与进展
    郭惠丽,张为鹏,黄亚峰,张俊林,赵东奎
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 134-139. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220200
    铝粉是火炸药行业中最常用的金属燃料。如何使铝粉在火炸药中燃烧并尽可能反应完全,一直是 研究者需要解决的难题,因此,系统地对铝粉用助燃材料及技术进行了综述,并对不同助燃材料对铝粉燃 烧的促进作用机制进行了分析。结果表明,高氯酸铵(AP)、含氟材料、含硝基的化合物、叠氮类材料等对铝 粉都有明显的助燃作用。采用自组装工艺制备的含铝复合材料使铝粉反应完全更加有效。
  • 专家论坛
    李晓峰,赵宇霞,郭子傲,刘斌,白培康,刘彬
    粉末冶金工业. 2023, 33(01): 1-9. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220188
    硬质合金是由难熔金属碳化物(WC,TiC,NbC 等)和金属粘结相(如Fe,Ni 和Co)组成,通过粉末混 合、压制然后烧结而成。然而传统的粉末冶金成形方法模具成本高,难以形成复杂零件。相比之下,增材 制造(3D 打印)采用数字化叠层加工技术,能够实现快速精准的成形。研究与开发适于增材制造的硬质合 金粉末是其中的关键一步,目前,增材制造的硬质合金粉末制备方法主要分为以下4 类: 机械合金化法、球 形WC 粉末表面包覆技术、喷雾干燥技术、等离子体球化技术,这4 种方法在制备原理、成本和成形方法的 灵活性上均有所不同。因此,综述了适用于增材制造成形的硬质合金粉末的4 种制备方法,并对制备粉末 的特性以及成形性能进行了对比,总结了粉末制备原理、各自的优缺点以及适用的增材制造成形工艺,希 望可以推动增材制造成形硬质合金的研究发展。
  • 研究与开发
    李靖宇,王耀民,姜锋,李艳国,杨志南,张福成
    粉末冶金工业. 2023, 33(01): 39-44. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220030
    近年来,汽车、建筑等领域对高强度-高塑性金属材料的需求日益增长,为了获得高强度-高塑性的金 属材料,粉末冶金技术发挥着越来越重要的作用。通过放电等离子烧结技术(SPS)烧结质量比为2:1 的马氏 体钢和奥氏体钢混合金属粉末,复合钢的奥氏体相均匀分布于马氏体相当中,试样致密度高达95.5%,并通过 后续的热轧处理,提高复合钢的烧结质量,致密度提高至98.9%。热轧后复合钢的屈服强度、抗拉强度、均匀 伸长率和总伸长率分别为960 MPa、1 529 MPa、6.7%和6.7%。在热轧的基础上引入冷轧+短时间高温回火处 理,粉末冶金复合钢性能进一步提高。其中冷轧30%/500 ℃回火5 min 的复合钢,屈服强度、抗拉强度、均匀 伸长率和总伸长率分别为1 899 MPa、1 964 MPa、9.2%和10.0%。
  • 研究与开发
    秦颖楠,刘国辉,王玲,刘桂荣,熊宁
    粉末冶金工业. 2020, 30(04): 76-78. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20190061
    本文选用粉末冶金法制备93W-5Ni-2Fe 合金,通过高温拉伸试验研究了合金在1 000、1 100、1 200、1 300 和1 400 ℃的高温力学性能,通过扫描电镜对高温拉伸后的试样进行断口分析,研究了合金在高温环境下 的断裂机制演变规律。结果表明:93W-5Ni-2Fe 合金在1 000~1 400 ℃的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面 收缩率和弹性模量均随着温度的升高而急剧降低,随着温度的不断升高,材料表现出明显的脆性断裂,钨颗粒 本身未发生穿晶断裂,断裂模式为粘结相撕裂和钨相与粘结相界面断裂。
  • 研究与开发
    樊江磊,王娇娇,王 霄,魏泽新,郝源丰,刘建秀
    粉末冶金工业. 2024, 34(01): 51-59. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220233
    采用粉末冶金方法制备了分别以鳞片石墨、球形石墨、焦炭、人造石墨和隐晶石墨为润滑组元的铜 基摩擦材料,使用 MM3000 摩擦磨损试验机测试了摩擦磨损和制动性能。结果表明:在 3 000 ~7 000 r/min 的转速下,含人造石墨铜基摩擦材料的平均摩擦因数最高,但磨损量大;含焦炭铜基摩擦材料的摩擦因数 次之,但磨损量最小,优于含鳞片石墨铜基摩擦材料。在 7 000 r/min转速制动条件下,含人造石墨铜基摩擦 材料的瞬时摩擦因数最高,制动时间最短,但摩擦材料表面温升最大;含焦炭铜基摩擦材料的瞬时摩擦因 数和制动时间次之,但摩擦材料表面温升最小,且整体性能优于常用的含鳞片石墨铜基摩擦材料。因此, 相比而言,以焦炭作为润滑组元的铜基摩擦材料具有最佳的摩擦磨损和制动性能。
  • 激光成形技术专栏
    蔡小叶,白 兵,胡家齐,董定平,慈世伟
    粉末冶金工业. 2023, 33(04): 90-96. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220115
    在对选区激光熔化成形的TA15 钛合金试样静态力学性能测试和分析的基础上,研究分析选区激 光熔化成形TA15 钛合金试样室温动态疲劳性能。采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析横 纵截面显微组织形貌以及试样拉伸和疲劳断口。研究表明,TA15 横截面呈现典型的棋盘格子结构,纵截面 分布着贯穿多个沉积层且外延生长的β 柱状晶,柱状晶内部交错分布针状马氏体;经退火处理后TA15 钛合 金的抗拉强度和屈服强度较沉积态试样有所下降,伸长率、收缩率以及冲击强度明显提高,且均优于TA15 板材指标;疲劳寿命数据具有一定的分散性,产生疲劳分散性的主要原因是选区激光熔化成形过程,金属 粉末在高能量激光的作用下快速熔化冷却,在制件内部随机出现搭接不良、气孔、未熔粉末等缺陷。
  • 评述与进展
    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
    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。
  • 专家论坛
    韩铁龙,王艺静,侯超,李昱嵘,宋晓艳
    粉末冶金工业. 2024, 34(05): 1-15. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20240154
    钨铜复合材料是由钨和铜复合而成的一种结构功能一体化材料,既具有高的硬度、强度、热稳定性、耐磨性能,还具有低的热膨胀系数、良好的耐烧蚀性能和传导性能,在电子电工、航空航天和武器装备等工业领域得到了广泛应用。商用钨铜复合材料大多通过高温熔渗或液相烧结法制备,具有组织结构粗大,力学性能较低的特点。随着我国工业现代化水平的不断推进,各行各业均得到了迅猛发展,也对钨铜复合材料的综合性能提出了更高的要求。近年来,钨铜粉末及块材制备技术得到了广泛研究,推动了钨铜复合材料的快速发展。本文对钨铜复合材料的多种粉末制备技术和成形技术的原理、特点,以及制备的钨铜复合材料的组织和性能进行了总结和评述,并对钨铜复合材料的未来发展趋势进行了展望。
  • 专家论坛
    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
    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。
  • 评述与进展
    李 安,罗 成,杨博文,张 鹏,赵霄昊,赖运金
    粉末冶金工业. 2024, 34(02): 127-133. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20220232
    3D打印技术是一种先进的制造方法,在航空航天、生物医疗、汽车、军工等领域得到了较为广泛的应 用。钛合金具有质轻、比强度高、耐腐蚀性好、生物相容性好等一些列优异特性,是金属3D打印体系的重要组 成部分。简要阐述了3D打印对钛合金粉末性能要求及钛合金粉末主要制备方法,重点对气雾化制粉及旋转 电极制备粉末工艺技术特点、粉末性能进行了对比,对粉末性能差异产生原因进行了对比分析,对3D打印高 性能钛合金发展方向进行了展望。
  • 研究与开发
    夏熙珍,刘冰,李瑞迪,赖端,刘鑫炎,侯亚平
    粉末冶金工业. 2024, 34(05): 16-24. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230076
    选用激光定向能量沉积技术制备了 Ti 金属/ZrO2-Al2O3复合陶瓷梯度材料,通过扫描电镜、能谱 仪、维氏硬度计对其显微组织、元素分布及显微硬度变化进行了系统分析,探究了 ZrO2陶瓷粉末中 Al2O3 含量对材料组织性能的影响。结果表明,随着 Al2O3含量增加,金属相和陶瓷相混合更加均匀,但界面处开 裂现象更严重;混合粉末中 Al2O3含量的增加会导致样品中陶瓷区域硬度增加,当 Al2O3含量为 30% 时,硬度 值最高达到 1344.5HV0.2,但在结合区只有当 Al2O3含量增大至 30% 时硬度明显提升,达到 1187.3 HV0.2。
  • 研究与开发
    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
    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。
  • 评述与进展
    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
    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。
  • 研究与开发
    睢利铭,李 坤,宋海生,刘 刚
    粉末冶金工业. 2024, 34(02): 91-96. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20230030
    在高温高压条件下,以CBN/Ti/Al为原料合成了PCBN(聚晶立方氮化硼)超硬刀具材料,研究了合成 压力对 PCBN 复合材料抗弯强度、耐磨性及界面组织形貌的影响。测试结果显示,随着合成压力的提高, PCBN复合材料的抗弯强度和耐磨性均有一定程度的提升。采扫描电镜对硬质合金基体与CBN的结合界面 进行了测试分析。测试结果表明:提高合成压力可以提高PCBN材料的界面结合强度,将二者牢固地结合在 一起,减少分层、裂纹的发生,提高合成产品的成品率。同时,在实验压力范围内(5.5~7 GPa),PCBN的平整性 较好,CBN厚度差较小,产品在切割中的利用率较高。在7 GPa下合成的刀具材料性能与住友BN700在加工 齿轮件上,切削性能比较接近,有很好的市场前景。