2025年, 第32卷, 第2期　
刊出日期：2025-04-20

  

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研究与技术
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  新型高压储氢容器用钢的组织性能及氢交互行为

  杨丽, 米志杉, 程挺, 苏航, 李双权, 张国信

  金属功能材料. 2025, 32(2): 1-8. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240138

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  Q690DR钢的强度随回火温度的增加而降低,-40 ℃时冲击韧性随淬火温度的降低而增加,在640~680 ℃时随回火温度的增加而增加。通过热处理工艺控制可以保证新型高压储氢容器用钢符合工程应用要求。通过电化学动态充氢慢应变速率拉伸试验,测得Q690DR氢导致伸长率降低3%,氢导致的断面收缩率降低了14.1%,具有较低的氢脆敏感性。通过热脱附质谱仪(Thermal Desorption Sepctrometry, TDS)测试了Q690DR在不同的加热速率、放置时间、充氢电流密度条件下的氢脱附逸出曲线,计算得到Q690DR的低温氢脱附激活能为Ea=13.39 kJ/mol,高温氢脱附激活能为Eb=117.51 kJ/mol,Q690DR氢扩散系数为9.85×10^-7 cm²/s,在充氢后放置时间超过12 h,基体中的可扩散氢基本上可以完全逸出。Q690DR基体中充入的氢含量随着充氢电流密度的增加而增加。此外,借助原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM),观察到在充氢后,氢在晶界和第二相的富集行为,并根据电势差变化,可判断晶界为浅氢陷阱,第二相为深氢陷阱。
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  硅钢性能调控的研究现状与展望

  王嵘坤, 李万明

  金属功能材料. 2025, 32(2): 9-18. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240158

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  随着中国电力电子及新能源行业快速进步,对于高效、多用途以及环境友好型的软磁合金的需求也在逐步增强。就硅钢性能调控的现有研究情况进行讨论。首先从软磁材料的特性出发,针对铁损这一核心性能指标,指出通过成分调控等手段提升材料电阻率的必要性,以实现能源效率的最大化。其次探讨了合金成分、夹杂物、缺陷、晶粒尺寸、残余应力及晶体结构等因素对硅钢性能的影响。此外,指出随着材料科学和纳米技术的进步,对硅钢微观结构与性能关系的研究将更加深入,能够更精确地对硅钢进行调控,以实现更优的磁性能。
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  含Nd元素铸造镁合金材料的研究进展

  程挺, 杨依霖, 杨丽, 苏航, 刘和平, 张利军

  金属功能材料. 2025, 32(2): 19-28. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240142

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  对含Nd元素铸造镁合金材料的研究现状进行了综合评述,从微观组织、力学性能以及耐蚀性能3个方面,分析了Nd元素对镁合金晶粒尺寸及第二相析出的变化规律,讨论了Nd元素对镁合金抗拉强度、屈服强度以及伸长率等力学性能的作用,评述了Nd元素对镁合金耐蚀性能的影响机制,为含Nd元素铸造镁合金的设计和研发提供参考。
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  烧结钕铁硼结构细化工艺研究进展

  李望才, 石晓宁, 陈杰, 李建, 周磊, 程星华

  金属功能材料. 2025, 32(2): 29-37. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250030

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  细化晶粒可以有效提升块状烧结钕铁硼永磁体性能矫顽力,且磁体性能均匀一致性高。介绍了烧结钕铁硼磁体细化晶粒的关键步骤及工业化的装备现状。速凝过程中大的冷却速度可以抑制α-Fe相的生成、降低破碎的难度,针对于高丰度铈磁体,添加微量La和Y等共伴生稀土元素,降低速凝片的生长宽度,速凝生产过程中单位时间内液体体积等量化是速凝结构一致性的关键。在制粉环节,氢破工艺调控及自适应控制,实现粉末的初步细化,不同结构的气流磨设备具有不同的特点,流化床气流磨是磨粉工序最常用的设备,研磨室内喷管交点的气流速度是研磨粉末的关键。在烧结过程中,除了传统的烧结工艺,快速放电等离子体烧结是实现磁体致密、控制晶粒异常长大的有效路径。针对于粒度小于2 μm的粉末,无压成型技术解决了超细粉末难成型的问题。
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  高纯金属镝、铽的制备与提纯方法研究进展

  马壮, 刘玉宝, 张先恒, 苗旭晨, 薛未华, 徐冠东

  金属功能材料. 2025, 32(2): 38-46. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240155

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  高纯金属镝、铽是永磁材料、磁致伸缩材料、磁光存贮材料、磁制冷材料以及电光源材料等高科技领域的基础原料。对制备工业纯级金属镝、铽所用的钙热还原法与中间合金法进行了总结,详细阐述了常用提纯金属镝、铽的真空蒸馏法、区域熔炼法以及固态电迁移法。对尚在研究的氢离子体电弧熔炼技术、电化学脱氧技术以及固相外吸气技术进行了整理。分别从市场导向以及可操作性角度考虑高纯镝、铽金属的未来发展方向,为高纯稀土金属镝、铽行业发展提供参考。
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  逆转变奥氏体对3J33B弹性合金组织及性能的影响

  于一鹏, 王豪, 王晶, 刘军凯, 卢凤双, 张建福

  金属功能材料. 2025, 32(2): 47-52. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240154

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  研究了3J33B高弹性合金在不同时效热处理条件下的组织结构、力学性能和频率温度系数的变化规律。3J33B合金作为一种重要的航空航天和精密仪器材料,其固溶态为超低碳马氏体组织,时效处理后可逆转变为奥氏体,显著影响其物理和力学性能。通过系统调整时效温度和时间,研究发现时效处理不仅促进了纳米级γ′强化相的析出,增强了合金的强度,还通过逆转变奥氏体的形成和增长,调节了合金的韧性和频率温度系数。合金的抗拉强度在500 ℃时效时达到峰值2 173 MPa,而频率温度系数在625至650 ℃时效时降至最低,为(10~20)×10^-6/℃。这些发现为3J33B合金在高精度导航系统中的应用提供了理论依据和优化方向。
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  A516 Gr.70钢板模焊后低温冲击韧性改善

  白学飞, 宋继强, 王彦龙, 曲之国, 张万新, 王东明

  金属功能材料. 2025, 32(2): 53-57. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240153

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  针对 60 mm 厚 A516 Gr.70 低合金钢板模拟焊后热处理后出现的低温冲击功波动问题,热模拟试验发现正火态及模焊态钢板硬度及冲击性能波动的主要原因是钢板近表层出现了明显的粗大球状珠光体组织,通过优化热处理炉温度制度、增加热处理炉炉后风冷装置,正火交货的低温压力容器用低合金钢模焊后冲击韧性改善显著,合格率由 81.27%提升至 96.27%。
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  高硅纯铁脱锰工艺研究与实践

  黄华, 徐李军, 夏春祥, 杨渤

  金属功能材料. 2025, 32(2): 58-63. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240141

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  高硅纯铁要求较低的锰含量,经过对脱锰原理进行分析,结合180 t转炉、LF钢包精炼炉、RH真空精炼炉脱锰生产实践,建立了“铁水KR脱硫→铁水LF深脱硫→转炉冶炼→LF炉外精炼→RH真空精炼→板坯连铸”长流程生产高硅纯铁的工艺路线和操作方法。通过选用低锰铁水、吹氧比30%~35%、温度1 350~1 400 ℃时转炉双渣、双渣倒渣量70%~80%、转炉终点氧大于0.070 0%、出钢温度1 610~1 625 ℃、LF炉终渣碱度6.5等一系列措施,实现了成品锰质量分数不高于0.025%、w(Fe)+w(Si)≥99.90%,确保了批量稳定冶炼低锰高硅纯铁生产。
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  基于EDEM的NdFeB磁粉混料效率及均匀性模拟分析

  杨松, 周磊, 贺笃鹏, 石晓宁

  金属功能材料. 2025, 32(2): 64-68. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240160

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  以ZTH-200夹式方锥NdFeB混料机为研究对象,基于EDEM有限元分析软件建立混粉计算模型。在仿真中定义了材料属性,并加载边界条件,求解及后处理。利用仿真手段分析了不同装粉体积和不同混料机旋转速度对混料效率及混料均匀性的影响。模拟结果表明,50%装粉体积混料效率最高,适当提高混粉速度能提升磁粉混料均匀性,若混料机转速较低,应适当提高混料时间。
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  焊后热处理对ER308L熔敷金属组织和350 ℃高温塑性的影响

  蒋聪, 齐彦昌, 徐子馨, 杨光昌, 马成勇

  金属功能材料. 2025, 32(2): 69-75. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240167

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  采用钨极氩弧焊制备ER308L不锈钢熔敷金属,研究了1 050 ℃保温2 h固溶处理对其微观组织及350 ℃高温拉伸性能的影响。结果表明,固溶处理促使δ铁素体部分溶解为γ奥氏体,减少了δ/γ相界面,简化了复杂的位错结构,并且奥氏体晶粒由柱状晶转变为等轴晶,平均晶粒尺寸从384降低至81 μm。固溶处理还使铁素体含量从12.2%降至4.88%,形貌由骨架状和板条状转变为颗粒状,使组织更易发生屈服变形。这些变化显著提升了熔敷金属的高温塑性,降低了屈服强度。经过固溶处理后,熔敷金属的高温延伸率由29%提高至38%,屈服强度从322降至128 MPa,硬度由210降低至138 HV₅。
应用研究
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  DPF载体国产化进展及性能验证

  王刚, 薛辰, 金炜阳, 王燕敏, 陈涛

  金属功能材料. 2025, 32(2): 76-83. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240180

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  DPF催化剂是一种应用于柴油发动机的尾气后处理技术,能够有效降低尾气中的颗粒物,近年来已在商用车、工程/农用机械、船舶等领域得到广泛应用。早期,DPF催化剂采用的壁流式蜂窝陶瓷载体生产技术基本被国外厂家垄断。近几年,国内厂家在相关技术方面取得长足进步,产品性能水平已赶上国外竞品,在市场应用中正在快速将其取代。选取了几款国内厂家的DPF载体,对其综合性能进行验证,并与国外竞品对比。
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  低碳低合金耐磨斗齿钢的优化设计

  于海旭, 鞠兴军, 刘欣, 海素峰, 田羽, 孙龙

  金属功能材料. 2025, 32(2): 84-90. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240147

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  低合金钢的生产过程较为简单,成本不高,且其耐磨性和韧度较好,适用于挖掘机铲斗等机械工程领域。铲斗在进行挖掘作业时,斗齿与物料直接接触,会产生严重的磨损。为了提高铲斗的强度和耐磨性,研究对斗齿钢的化学成分进行改进,并对铸造系统的浇道和冒口进行了优化设计。试验结果显示,研究设计的新型斗齿高度方向的磨损量仅为YNM400钢的55.0%、54.0%和57.1%,约为YNM400钢磨损量的1/2,耐磨性有明显提升,且测试过程中未发生脱焊及开裂等现象,符合可焊接性的标准。利用这种新型钢,可以使挖掘机性能得到提升,对挖掘机行业的发展具有重要意义。
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  热处理调控FeNi₃₂Co₅超因瓦合金的软磁性能

  陈英明, 于一鹏, 王晶, 刘军凯, 张敬霖, 张建福

  金属功能材料. 2025, 32(2): 91-98. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250026

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  通过调控热处理温度,系统的研究了不同热处理温度对含0.3%(质量分数)Nb的FeNi₃₂Co₅超因瓦合金的软磁性能、热膨胀性能的影响规律和微观结构。结果表明,热处理温度1 150 ℃保温3 h时合金的综合性能最佳,μ0.4、μ_m和Bs分别增大至3.910 mH/m、5.903 mH/m和1.279 T,而B_r和H_c分别降低为0.412 6 T和13.71 A/m,这是由于热处理后出现晶粒长大与第二相分布优化,提升合金的软磁性能,同时热膨胀系数小于0.3×10^-6/K,维持超因瓦合金的低热膨胀特性,显著提升了超因瓦合金的综合性能。
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  表面改性技术对镍基单晶高温合金组织及性能的影响

  丁五洲

  金属功能材料. 2025, 32(2): 99-104. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240145

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  镍基单晶高温合金被广泛应用于航空发动机等高温工作环境中,其性能直接影响着发动机的可靠性和寿命。激光冲击作为一种表面改性技术,能有效提高金属性能。为探究激光冲击技术对镍基单晶高温合金的物相结构、显微硬度、残余应力、摩擦磨损性能和抗氧化性能的影响,利用X射线衍射仪、硬度计、X射线应力分析仪和材料表面性能综合测试仪等设备进行了试验。试验结果表明,受到激光冲击后,合金的γ′相体积分数为72.6%,相比激光冲击前体积分数增大了15.2%。受激光冲击后的合金物相组成未发生变化,衍射峰强度逐渐降低,显微硬度呈现升高趋势,残余应力在合金表面显著增加,摩擦系数随激光能量冲击增强而逐渐减小,合金的抗氧化性能得到明显提升。试验结果说明,激光冲击技术可用于改善镍基单晶高温合金的性能,对其机械性能和疲劳寿命有着显著提高。
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  铜缓蚀剂在蚀刻金属引线框架中的应用

  张德良, 朱林, 周立强, 杨永学

  金属功能材料. 2025, 32(2): 105-110. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240139

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  侧向蚀刻反应是限制蚀刻型金属引线框架产品迭代升级的关键因素之一,减弱或消除侧向蚀刻反应是蚀刻工程师、设备制造商以及药水开发商共同面对的挑战。将铜缓蚀剂作为一种防侧蚀剂加入到酸性氯化铜蚀刻液中,基于防侧蚀剂的原理,通过静态与动态蚀刻试验筛选出有效的防侧蚀剂及其使用浓度,最后使用一款引线框架产品验证了防侧蚀剂对蚀刻尺寸均匀性的提升效果。为金属引线框架行业中蚀刻制程的改善提升提供了一种可行的方法,同时弥补了防侧蚀剂在金属引线框架行业中研究的空白。