粉末冶金技术

2022年第40卷第6期

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尚峰, 王智勇, 乔斌, 贺毅强, 李化强

2022, 40(6): 483-487. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020060013

[摘要](285) [HTML全文] (80) [PDF 4898KB](75)

摘要:
采用等离子旋转电极雾化-热等静压工艺制备了UNS S32750超级双相不锈钢。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、万能试验机等手段研究了热等静压UNS S32750超级双相不锈钢固溶处理前后的显微组织和力学性能。结果表明：采用等离子旋转电极雾化制备的UNS S32750超级双相不锈钢粉末在150 MPa 压力下，经1200 ℃×3 h热等静压烧结后实现了致密化，相对密度为99.7%。随炉缓冷过程中，烧结件中析出的σ相导致材料韧性显著下降。经1035 ℃×1 h固溶处理后水淬，σ相完全溶解，材料韧性显著提高，显微组织为α和γ两相组织，体积比为65:35，抗拉强度791 MPa，屈服强度586 MPa，断后伸长率38%，冲击吸收功236 J。

增材制造用球形TiAl合金粉末制备工艺研究

赵少阳, 谈萍, 李增峰, 殷京瓯, 沈垒

2022, 40(6): 488-493. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022010007

[摘要](438) [HTML全文] (32) [PDF 2708KB](87)

摘要:
以TiAl合金块为原料，利用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化技术制粉，通过对导流系统和雾化器的优化改进，制备出氧含量低、细粉收率高的球形TiAl合金粉末。结果表明，将导热性好的石墨导流基座和耐冲刷的BN材质陶瓷导流内芯配合使用，既可以保证导流管加热，也可以有效阻止金属熔液的冲刷；螺旋喷管雾化器使雾化点下移，回流区位置远离导流管出口，解决了液柱反流的问题。螺旋分布管能够有效约束雾化气体，动能损失小，能够显著提高细粉收率达20%以上。实验制备的球形TiAl合金粉末流动性为27.7 [s·(50 g)^‒1]，球形度＞90%，粉末氧增量小，适用于3D打印和注射成型工艺用粉。

硅化物涂层对Nb‒Ti‒Al合金力学性能的影响

赵刚, 周小军, 梁斌, 白晓东, 蔡圳阳, 杨生春

2022, 40(6): 494-498. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020120004

[摘要](199) [HTML全文] (40) [PDF 3360KB](44)

摘要:
采用真空电弧炉熔炼法制备低密度Nb‒Ti‒Al合金铸锭，利用料浆烧结法在铸锭表面涂覆Si‒Cr‒Ti复合硅化物涂层，使用万能电子拉伸试验机对合金试样和涂层试样进行力学性能测试，研究硅化物涂层对试样力学性能的影响。结果表明，与合金试样相比，涂覆涂层后的低密度铌合金室温力学性能（抗拉强度、屈服强度及延伸率）显著下降。为进一步研究涂覆涂层合金力学性能下降的原因，采用扫描电子显微镜和能谱仪对合金试样和涂层试样进行显微组织观察、涂层/基体界面成分分析及C含量（质量分数）测定。结果表明，涂层试样力学性能下降的主要原因包括涂覆涂层后合金晶粒显著长大，合金中强化元素Al的向外扩散，脆性相Nb₃Al的形成以及Si‒Cr‒Ti涂层对合金产生的“渗沉效应”。

金属粉末特性对选区激光熔化工艺及其制件性能影响

李克峰, 施麒, 毛新华, 谭冲, 刘辛

2022, 40(6): 499-509. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020060005

[摘要](818) [HTML全文] (122) [PDF 7671KB](116)

摘要:
高品质金属粉末是选区激光熔化（selective laser melting，SLM）制备高性能制件的重要基础。粉体特性对选区激光熔化技术的影响及其机理研究是理解选区激光熔化技术不可或缺的重要组成部分。本文从粉末物理和化学特性出发，论述了粉末特性对选区激光熔化工艺、制件微观组织与性能的影响。结果表明，粉末的物理特性，尤其是粉末形貌和粉末粒度分布能显著影响其流动性和粉末床堆密度等关键工艺特性；而粉末的化学成分，特别是杂质成分，是影响制件相组成和微观组织的重要因素。在此基础上，本文进一步介绍了选区激光熔化过程中高能量源与粉末颗粒的冶金作用机理研究进展。

316L/POM复合材料熔融沉积成型件的催化脱脂工艺研究

刘斌, 叶红叶, 王玉香, 张涛

2022, 40(6): 510-515. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020030016

[摘要](329) [HTML全文] (58) [PDF 3169KB](46)

摘要:
采用熔融沉积成型制备了316L/POM复合材料成型坯，研究了脱脂温度、催化剂流量、脱脂时间、试样尺寸和填充率等参数对熔融沉积成型坯脱脂率的影响。结果表明：随着脱脂温度的增大，脱脂率升高，但在130～140 ℃时有所下降。随着催化剂流量和脱脂时间的增大，脱脂率升高。随着试样厚度和填充率的增大，脱脂率降低，但试样的平面尺寸对脱脂率的影响不大。通过对熔融沉积成型坯的计算机断层扫描和扫描电子显微镜观察发现，在熔融沉积成型打印时，熔融丝料间隙形成的气体交换通道网可以加快脱脂速率。

放电等离子烧结B₄C研究进展

闫星亨, 周新贵, 王洪磊

2022, 40(6): 516-526. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020070001

[摘要](250) [HTML全文] (216) [PDF 6950KB](48)

摘要:
B₄C是一种重要的工业材料，被广泛应用于零件加工、航空航天、装甲防护和核工业领域。放电等离子烧结是一种通过多场耦合作用来实现材料低温快速烧结的技术。本文综述了近几年来放电等离子烧结制备B₄C陶瓷的研究现状，阐述了放电等离子烧结的基本原理和特点，着重分析了不同原料粉末和不同烧结工艺参数对B₄C结构和性能的影响，最后对放电等离子烧结B₄C陶瓷的发展做出了展望。

陶瓷颗粒增强扩散合金化钢复合材料的微观结构和力学性能

刘增林, 韩伟, 王彦康, 王涛, 吕伟龙

2022, 40(6): 527-534. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021120007

[摘要](527) [HTML全文] (76) [PDF 4480KB](67)

摘要:
采用传统粉末冶金工艺制备了陶瓷颗粒增强Fe‒0.5Mo‒1.75Ni‒1.5Cu‒0.7C扩散合金化钢复合材料，选用的陶瓷颗粒为SiC、TiC和TiB₂。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了烧结材料微观结构，并对烧结材料的硬度、强度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明，由于SiC和TiB₂与基体的化学相容性好，陶瓷颗粒与基体界面结合良好；由于TiC颗粒具有极高的化学稳定性，TiC颗粒与基体界面结合情况不理想。随着陶瓷相含量（质量分数）的增加，添加SiC和TiC的烧结试样相对密度降低；添加TiB₂的烧结试样相对密度先增加后降低，当添加TiB₂质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷含量增加，添加SiC和TiB₂烧结试样的硬度增大，当陶瓷相质量分数超过1.2%时，硬度增加缓慢；添加TiC烧结试样的硬度先增加后降低，当添加TiC质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷相含量增加，添加SiC和TiC烧结试样的强度降低，少量添加SiC对强度没有明显损害；添加TiB₂烧结试样的强度先增加后降低，当添加TiB₂质量分数为0.6%时达到最大值（971.7MPa），比基体提高了14.1%以上。添加陶瓷相对烧结钢性能的积极影响依次是TiB₂、SiC和TiC。

高温液态熔渣飞行及碰撞过程研究

王凯, 仪垂杰, 胡凤超, 战胜

2022, 40(6): 535-540. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020050018

[摘要](154) [HTML全文] (39) [PDF 2796KB](47)

摘要:
对离心粒化后高温熔渣的飞行过程建立数学模型，通过Runge-Kutta方法对建立的数学模型进行离散求解。结果表明，熔渣液滴沿x方向飞行距离与液滴直径和初始速度成正比；由于空气绕流阻力和重力作用，熔渣液滴速度先降低后增加。对熔渣液滴撞壁后过剩反弹能进行分析，获得了熔渣液滴的临界撞击速度。结果表明，临界撞击速度为区间，存在上界和下界，且上界和下界同时随直径增加而降低。对初始速度为10、12和14 m·s^‒1三种粒化工况进行实验，结果表明，由于熔渣液滴从粒化盘抛出时速度小于粒化盘边缘线速度，熔渣液滴实际下降距离大于其理论值；三种工况下熔渣液滴撞击速度在临界撞击速度区间内，均未产生粘结。

航空用SiCp/Al复合材料热变形行为与环轧工艺研究

李宏伟, 王若达, 魏少华, 杨志宇, 聂俊辉

2022, 40(6): 541-548. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022010001

[摘要](395) [HTML全文] (107) [PDF 3311KB](43)

摘要:
为了研究航空用高强韧碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）的热变形行为，为环轧制备航空用大尺寸环件提供工艺依据，采用粉末冶金工艺制备了17%SiCp/Al复合材料（体积分数）。通过不同温度与不同变形速率的热压缩实验，获得了复合材料在不同热变形条件下的应力应变关系，并根据这一关系建立了复合材料的热加工图。研究结果表明，SiCp/Al复合材料随着变形量的增加，在低于440 ℃或高于490 ℃以及高于0.100 s^‒1的变形速率下易发生失稳变形。SiCp/Al复合材料在变形温度与变形速率不适宜时，除了发生传统金属的失稳变形等工艺缺陷外，还会出现颗粒损伤引起的表面开裂，这种开裂无法通过机加工去除，应予以避免。最后，在热加工图的指导以及环轧实验验证下，给出了适宜SiCp/Al复合材料环轧成型的工艺参数，完成了外径达1200 mm的SiCp/Al复合材料环件制备。

Y₂O₃对AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织及力学性能的影响

杨晓辉, 易鸿, 谢会起, 李晓峰, 刘彬

2022, 40(6): 549-554. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022010010

[摘要](485) [HTML全文] (112) [PDF 5012KB](62)

摘要:
利用激光熔覆技术在Q235钢基体表面分别制备出添加不同质量分数Y₂O₃的AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对AlCoCrFeNi高熵合金涂层的微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行了分析。结果表明：AlCoCrFeNi高熵合金涂层由面心立方结构（FCC）和体心立方结构（BCC）两相构成；随着Y₂O₃质量分数的提高，其体心立方结构相体积分数增加，而面心立方结构相的体积分数变化呈相反趋势。AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织由等轴晶构成，加入Y₂O₃后，促进了熔池流动，使气孔逐渐消失，致密性提高，晶粒明显细化。添加质量分数5%Y₂O₃的涂层组织呈树枝晶状，形成弥散分布的YAl₂和Y₂O₃相；涂层的显微硬度可达HV 350，约为AlCoCrFeNi高熵合金涂层硬度的2倍，强化效果明显。Y₂O₃的添加有利于促进涂层中体心立方相的形成和YAl₂相的析出，能有效提高高熵合金涂层的硬度及耐磨性能。

激光选区熔化Ti6Al4V合金的工艺参数优化

冯恩昊, 王小齐, 韩潇, 周占伟, 康楠, 王清正, 赵春玲, 林鑫

2022, 40(6): 555-563. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021040008

[摘要](687) [HTML全文] (546) [PDF 3509KB](140)

摘要:
孔洞、未熔粉、裂纹是在激光选区熔化制备试样过程中常见的缺陷，迄今为止，大量研究均集中在减少缺陷上，关于工艺参数对缺陷影响的研究较少。本文系统研究了工艺参数对激光选区熔化Ti6Al4V合金相对密度、表面粗糙度、力学性能的影响。结果表明，低激光功率、高扫描速度和高层厚将会引起不充分的粉末熔化以及球化效应。最佳工艺参数为激光功率200 W，扫描速度500 mm/s，层厚10 μm，扫描间距105 μm。在该参数下，试样的抗拉强度1077 MPa，屈服强度907 MPa。

Ti‒Al‒8V‒5Fe合金粉末的制备及性能

李增峰, 谈萍, 沈垒, 赵少阳, 王利卿, 李爱君, 殷京瓯

2022, 40(6): 564-569. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021010014

[摘要](239) [HTML全文] (42) [PDF 3739KB](63)

摘要:
为制备3D打印用粉末原料，选用真空自耗电弧熔炼技术制备的无“β斑”Ti‒1Al‒8V‒5Fe（Ti185）合金锭，经高温锻造成ϕ100 mm棒材作为电极棒，采用等离子旋转电极雾化技术制备球形Ti185合金粉末，利用振动筛分法、扫描电子显微镜、X射线衍射分析等手段对粉末性能进行表征。结果表明：Ti185合金粉末粒度分布较宽，主要在44～150 μm之间，粉末的氧含量（质量分数）≤0.14%，粒度≤44 μm粉末的收得率为11.6%。粒度≤150 μm粉末的流动性为24.79 [s∙(50 g)^‒1]，松装密度为2.79 g∙cm^‒3，振实密度为2.99 g∙cm^‒3。等离子旋转电极雾化技术冷却速度快，所制备的Ti185合金粉末均为β相，粉末颗粒球形度较高，基本无卫星粉。此外，粒度≥124 μm的粉末表面为胞状枝晶组织，存在少量很浅的凸凹不平的微小缩孔，内部组织为快速凝固形成的胞状结构，晶界粗大明显，呈多点形核特征。随着粉末粒度的减小，冷却速度提高，粉末颗粒表面的胞状枝晶组织逐渐减少，粒度44 μm以下粉末颗粒的表面较光滑，内部组织形核点明显增多且呈现放射状生长趋势，组织明显细化。