粉末冶金技术

《增材制造与粉末冶金》专刊客座主编寄语

张百成, 陈刚

2022, 40(2): 99-99. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022zk01

[摘要](202) [HTML全文] (95) [PDF 208KB](42)

摘要:

3D打印生物陶瓷人工骨支架的研究进展

梁浩文, 王月, 陈小腾, 刘正白, 白家鸣

2022, 40(2): 100-109. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030040

[摘要](1530) [HTML全文] (997) [PDF 3347KB](170)

摘要:
生物陶瓷骨支架是继金属骨支架之后，较为理想的人工骨缺损修复材料。由于骨缺损形状各异，增材制造技术与生物陶瓷的结合，为骨支架的制备提供了个性化、定制化、成型复杂型体的可能。目前，陶瓷人工骨的增材制造技术展现出了巨大应用前景，但仍面临着力学强度不高、生物性功能单一的问题。为此，本文从提高骨支架的力学性能、拓展其生物性功能的角度出发，归纳分析了浆料/粉体体系、脱脂烧结工艺、材料复合、结构设计对支架力学性能的影响，从药物释放、治疗肿瘤两个方面总结了多生物功能支架的研究进展，并介绍了增材制造陶瓷骨支架在生物体内的研究现状。最后，对增材制造生物陶瓷人工骨的发展进行了展望。

增材制造TiAl基合金的研究进展

王虎, 赵琳, 彭云, 王艳杰, 田志凌

2022, 40(2): 110-117. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020100009

[摘要](722) [HTML全文] (767) [PDF 3282KB](136)

摘要:
TiAl基合金具有优异的高温性能，是一种极具竞争力的新型轻质高温结构材料，在汽车、军工、航空航天等领域具有广阔的发展潜力和应用前景。然而，TiAl基合金室温脆性较大，成形困难，是阻碍其发展与应用的主要瓶颈之一。增材制造基于“离散+堆积”的成形思想，以激光、电子束、电弧等作为高能热源，通过熔化丝材或者粉末，逐层堆积实现零件的近净成形，是TiAl基合金最前沿、最具潜力的成形技术。本文主要概述了激光增材制造、电子束选区熔化、电弧增材制造TiAl基合金的研究进展，并展望了增材制造TiAl基合金的研究方向。

冷喷涂陶瓷金属化沉积机理研究进展

秦加浩, 方凯, 连信宇, 王永刚, 王江, 所新坤

2022, 40(2): 118-125. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021040001

[摘要](1393) [HTML全文] (181) [PDF 2483KB](97)

摘要:
陶瓷与金属由于在热膨胀系数上的差异，导致在热加工后结合强度较差。冷喷涂是一种新型绿色环保的表面涂层和增材制造技术，其优点是结合强度较高，对基体热影响小，残余应力为压应力，能够直接在陶瓷表面制备结合力较高的金属涂层，是一种潜在的陶瓷金属化技术。本文综述了国内外冷喷涂陶瓷金属化技术的研究进展和技术现状，着重介绍了冷喷涂陶瓷金属化涂层的组织结构特点和工艺优化方案，分析了金属陶瓷界面的两种结合现象和结合机理，并展望了冷喷涂陶瓷金属化技术的应用设想。

3D打印用近球形Nb521合金粉末的流化制备

陈佳男, 丁旺旺, 朱科研, 陈刚, 曲选辉

2022, 40(2): 126-130. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030030

[摘要](790) [HTML全文] (156) [PDF 3526KB](64)

摘要:
采用氢化脱氢（hydrogenation-dehydrogenation，HDH）工艺制备不规则形状Nb521合金粉末，结合流化技术将氢化脱氢粉末进行改性处理，改善粉末球形度及流动性，所制流化Nb521合金粉末基本满足3D打印的工艺要求。通过X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）分析、扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）观察、粒度分析、化学分析等手段，对粉末形貌、粒度分布、间隙元素含量、球形率以及流动性等特性进行表征。结果表明，经流化处理后，不规则形状的氢化脱氢Nb521合金粉末粒度分布变窄，球形率和流动性均得到显著提高，杂质元素含量得到有效控制，3D打印过程中的铺粉效果良好。

增材制造用高温合金粉末制备技术及研究进展

侯维强, 孟杰, 梁静静, 邱克强, 任英磊, 李金国, 王道红, 张鹏, 张宏伟, 汤广全

2022, 40(2): 131-138. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030038

[摘要](1938) [HTML全文] (433) [PDF 3644KB](183)

摘要:
球形粉末是增材制造、粉末冶金、注射成型等制备工艺的重要原料，其成分、粒度、球形度、空心粉率等是影响最终构件性能的关键因素。本文详细介绍了真空感应熔炼气雾化法、电极感应熔炼气雾化法以及等离子旋转电极雾化法等三种可用于增材制造的工程化高温合金球形粉末的制备技术，分析了这三种制粉工艺的特点，阐述了这三种制粉工艺的研发进展，探讨了三种制粉工艺所制备的粉末缺陷形成原因及控制方法，并提出了增材制造用高温合金粉末制备技术的发展趋势。

粉末冶金铜铁合金的组织与性能

张陈增, 陈存广, 李沛, 陆天行, 杨芳, 郭志猛

2022, 40(2): 139-144. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021040009

[摘要](1845) [HTML全文] (546) [PDF 4622KB](107)

摘要:
分别以元素混合粉、机械合金化粉和水气联合雾化合金粉为原料，结合冷等静压成形、烧结及轧制工艺制备了Cu‒5%Fe合金（质量分数），对比了三种原料粉的铜铁合金粉末形貌、微观组织、力学性能及物理性能。结果表明，铁颗粒分布均匀，元素混合、机械合金化和水气联合雾化法粉末烧结体中铁颗粒平均尺寸分别为9.4 μm、1.2 μm、3.5 μm。水气联合雾化法合金样品综合性能最优，抗拉强度550 MPa，导电率59.5% IACS，磁饱和强度9.1 emu·g^‒1。

铝质量分数对FeCrAl合金多孔材料性能的影响

郭菲, 余航, 高振城, 马骏梁, 张惠斌

2022, 40(2): 145-151. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021100003

[摘要](925) [HTML全文] (108) [PDF 2467KB](31)

摘要:
铁铬铝（FeCrAl）合金是一种典型的耐热合金，由其开发而成的耐高温金属多孔材料已经在煤气净化、高温催化剂载体等方面获得了广泛的应用。在反应合成制备FeCrAl合金多孔材料过程中，铝质量分数在多孔材料孔结构、力学性能及抗氧化性能等方面具有重要影响。本文在Fe‒20%Cr合金（质量分数）基础上添加不同质量分数的铝粉（0～20%），以铁、铝、铬元素混合粉为原料，通过反应合成方法制备了一系列FeCrAl合金多孔材料（Fe‒20Cr‒xAl，x=0～20%，质量分数），研究了铝质量分数对Fe‒20Cr‒xAl多孔材料物相、孔结构、力学性能以及抗氧化性能的影响。结果表明，添加5%铝（质量分数）的Fe‒20Cr‒xAl多孔材料具有较优的孔隙度和力学性能，同时在600～800 ℃高温氧化实验中表现出最优的抗氧化性能和力学性能稳定性。

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg拉伸性能影响因素

王永慧, 胡强, 张金辉, 刘英杰, 盛艳伟, 赵新明

2022, 40(2): 152-158. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021120016

[摘要](1263) [HTML全文] (88) [PDF 4026KB](58)

摘要:
利用不同成形工艺、原料粉末和热处理制备激光选区熔化3D打印AlSi10Mg试样并进行拉伸性能研究，讨论了影响激光选区熔化3D打印AlSi10Mg拉伸性能的影响因素，包括3D打印成形工艺、粉末物理性能、热处理制度等。结果表明：激光能量密度通过影响试样相对密度进而对拉伸性能产生影响，能量密度过低时，试样孔洞大多分布在熔池交界处和熔池底部，能量密度过高时，试样孔洞多分布在熔池内部。球形度较高的粉末由于具有良好的物理性能和极低的空心粉率，其成形件拉伸性能较好。退火温度在270～300 ℃时，随着温度的升高，Si相逐渐长大发生粗化，拉伸强度呈递减趋势，断后伸长率逐渐升高。

增材制造NiTi合金研究进展

徐汉权, 陈泽鑫, 路新, 陈刚, 曲选辉

2022, 40(2): 159-171. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021060013

[摘要](1833) [HTML全文] (1342) [PDF 5542KB](224)

摘要:
NiTi作为一种形状记忆合金，具有优异的形状记忆效应、超弹性、耐腐蚀性、生物相容性，在生物医用、航空航天、微机电等领域均有着广泛的应用。增材制造（additive manufacturing，AM）技术作为一种新兴的加工方式，能够提高NiTi合金加工效率，并扩展NiTi合金应用领域。本文介绍了近年来国内外增材制造NiTi合金的研究进展，主要包括增材制造加工过程中原料及工艺的选择，熔池、晶粒、析出物、缺陷等的组织特点，原料、工艺参数、热处理对增材制造NiTi合金力学性能、相变温度、形状记忆效应、超弹性、表面质量的影响。最后对增材制造NiTi合金的研究现状进行了总结，展望了未来的发展趋势。

轧制方向对粉末轧制多孔钛板力学性能的影响

赵少阳, 杨坤, 刘晓青, 李广忠, 吴琛, 谈萍

2022, 40(2): 172-178. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021090015

[摘要](813) [HTML全文] (179) [PDF 3639KB](45)

摘要:
以氢化脱氢钛粉为原料，采用粉末轧制和真空烧结工艺制备出两种不同厚度的多孔钛板。利用孔径及孔径分布分析、扫描电镜观察、拉伸实验、三点弯曲实验、剪切强度测试等手段，对垂直于轧制方向和平行于轧制方向的板材力学性能进行了研究，并从孔径分布和烧结颈发育方面对其进行了解释。结果表明，1.96 mm厚的多孔钛板比1.32 mm厚多孔钛板的最大孔径小，且其孔径分布相对均匀；对于厚度相同的粉末轧制多孔钛板，垂直于轧制方向的板材平均抗拉强度比平行于轧制方向的增大25%、弯曲强度增大45%；随着轧制多孔钛板厚度的增加，其抗拉强度、弯曲强度、剪切强度等均显著增大，粉末轧制多孔钛板力学性能的方向差异与轧制致密板材的方向差异完全相反。

金属增材制造数值模拟研究进展

王岩, 刘雨萌, 刘江伟, 魏瑛康, 张亮亮, 王建勇, 尚巍巍, 刘世锋

2022, 40(2): 179-192. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021120005

[摘要](6338) [HTML全文] (393) [PDF 4086KB](250)

摘要:
作为高性能复杂金属构件的新兴制造技术，增材制造已被应用于航空航天、汽车工业、医疗和核电等领域。金属增材制造工艺涉及传热、热力、相变及流动等复杂物理现象，不同尺度及跨尺度数值模拟结合实验验证可实现对增材制造过程中复杂物理现象的理解、调控及优化，为高质量、高精度、高性能金属构件的成形提供有力支撑。本文综述了宏观、介观、微观及多尺度下金属增材制造的数值模拟，阐述了温度场、热应力场、粉末粉床、熔池流动及凝固行为的数值仿真方法，展望了增材制造数值模拟方法的发展趋势。

2022年 第40卷 第2期

2022年第40卷第2期