粉末冶金技术

2023年第41卷第3期

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伍锐, 鲍瑞, 刘鹏, 易健宏, 曲俊励

2023, 41(3): 193-198, 217. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021070010

[摘要](326) [HTML全文] (58) [PDF 3363KB](37)

摘要:
以TiCl₄为前体，通过喷雾热解法制备出非晶型TiO₂；以AgNO₃为银源，采用水包油自组装法合成TiO₂@Ag/AgBr复合光催化剂。利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析了样品的微观结构和价态，采用扫描电镜和透射电镜观察了样品的表面形貌，使用紫外可见漫反射光谱仪、荧光光谱仪和电化学阻抗谱对样品的光吸收范围和电子复合行为进行表征。通过在自然光照条件下降解甲基橙的实验研究了复合材料的光催化性能，并探讨了不同Ag/AgBr负载量对光催化性能的影响。结果表明：制备的TiO₂为直径小于500 nm的非晶型纳米级球形颗粒，Ag/AgBr均匀的负载在其表面。制备的TiO₂@Ag/AgBr复合光催化剂均表现出良好的光催化活性，其中最佳负载量的TiO₂@Ag/AgBr复合光催化剂对甲基橙降解效率可达到91%。

微波烧结制备钨锇混合基扩散阴极及其发射性能

刘伟, 胡志凯, 李世磊, 周帆, 杨韵斐, 张小可, 谢元峰, 王金淑

2023, 41(3): 199-209. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021090011

[摘要](699) [HTML全文] (102) [PDF 6588KB](45)

摘要:
采用固–液混合法制备出不同锇（Os）含量（原子数分数）的亚微米级钨锇混合粉体，通过微波烧结获得了孔道结构均匀的钨锇混合基扩散型阴极。电子发射测试结果表明，元素Os的加入使浸渍型钨基阴极的发射性能有明显提高。对比不同锇含量的混合基阴极，发现W–25Os阴极（Os原子数分数为25%）具有相对较低的逸出功和较高的发射电流密度，其在1100 ℃时脉冲发射电流密度为42.86 A·cm⁻²，斜率为1.40，发射电流密度是同等工作条件下传统钡钨阴极的1.7倍，达到了覆膜M型阴极的电子发射水平。W–25Os混合基阴极的有效逸出功最低为1.93 eV，有利于活性自由钡（Ba）的生成，表层元素摩尔比Ba:(W+Os)为0.83:1.00，比传统钡钨阴极中Ba:W（约为0.50:1.00）摩尔比有了明显提高。

Cu基粉末冶金闸片高速制动性能

刘思涵, 耿雪骞, 王晔, 马运章, 陈德峰, 张波, 曹宏发, 齐冀, 吕宝佳

2023, 41(3): 210-217. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030011

[摘要](415) [HTML全文] (61) [PDF 14723KB](42)

摘要:
Cu基粉末冶金闸片在高速制动时受温度的影响易发生摩擦系数的衰退，直接影响列车制动的有效性。利用1:1制动试验台进行不同速度下Cu基粉末冶金闸片的高速制动试验，分析试验后的摩擦材料和磨屑组织。结果表明：制动速度为350 km·h⁻¹和380 km·h⁻¹产生的高温使摩擦材料表层的金属基体发生软化熔融，降低了摩擦副表面微凸点的剪切阻力，导致摩擦系数下降。摩擦表面形成的金属氧化膜具有减磨作用，造成摩擦系数的进一步衰退。在380 km·h⁻¹制动时，石墨在高温下被氧化，摩擦表面失去稳定的润滑膜，出现粘着磨损和材料转移，磨耗量大幅增加。

稀土Yb、Ce对钛铝合金高温抗氧化性能的影响

张小艳, 罗铁钢, 刘胜林, 郑雪萍, 王峰, 马学琴, 党岳辉

2023, 41(3): 218-224. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022030009

[摘要](363) [HTML全文] (42) [PDF 5727KB](51)

摘要:
采用放电等离子烧结制备添加微量稀土元素的钛铝合金，研究稀土元素Yb、Ce对钛铝合金高温抗氧化性能的影响。利用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析钛铝合金的组织结构、微观形貌和物相组成，通过高温氧化实验分析合金的高温抗氧化性能。结果表明：经放电等离子烧结制备的钛铝合金的相对密度最高可达99%。800 ℃高温氧化后的氧化动力学曲线均近似遵循抛物线规律；经过100 h的高温氧化处理后，Ti‒45Al、Ti‒45Al‒0.3Yb₂O₃和Ti‒45Al‒0.3CeO₂三种合金的质量增重分别为14.63 g·m^‒2、7.02 g·m^‒2、8.19 g·m^‒2。添加稀土元素的钛铝合金的高温抗氧化性能明显得到改善，其中添加Yb的钛铝合金的高温抗氧化性能提高约1倍。钛铝合金的氧化产物均具有典型层状结构，最外层为TiO₂，第二层为TiO₂+Al₂O₃混合氧化物。

紧耦合气雾化制备热喷涂NiCrAlY合金粉

王峻, 周欣, 杜仲, 赵虹淳, 张保红, 熊宁

2023, 41(3): 225-233. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023040005

[摘要](232) [HTML全文] (73) [PDF 5698KB](39)

摘要:
采用紧耦合气雾化技术制备热喷涂NiCrAlY合金粉末，对NiCrAlY合金粉末的物理性能、粒度分布、粉末形貌、微观结构和物相组成等进行了分析。结果表明，粉末以球形和近球形颗粒为主，85%粉末粒径小于150 μm。粉末显微组织主要由树枝晶和胞状晶组成，粒径25～250 μm的粉末凝固冷速大约在4000～67000 K·s⁻¹。粒径尺寸小于50 μm的粉末内部结构致密，少量尺寸大于50 μm的颗粒内部出现凝固缩孔和空心缺陷。粉末晶界和晶内存在Y、Si元素偏析，粉末物相结构主要由γ'-Ni₃Al、γ-Ni固溶体相组成。

选区激光熔化用TiB₂/AlSi10Mg复合粉体的制备及性能

张亚民, 吴姚莎, 杨均保, 曾思惠

2023, 41(3): 234-240. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020050012

[摘要](143) [HTML全文] (30) [PDF 3955KB](30)

摘要:
以气雾化AlSi10Mg粉和高纯TiB₂粉为原料，采用高能球磨和等离子球化技术制备选区激光熔化用TiB₂/AlSi10Mg复合粉体，使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、激光粒度仪和紫外可见光分光光度计等对等离子球化前后TiB₂/AlSi10Mg复合粉体组织结构和性能进行表征。结果表明：经等离子球化后的TiB₂/AlSi10Mg复合粉体具有优异的球形度，粒径分布均匀。此外，部分TiB₂与Al之间发生了化学反应生成Al₃Ti相，获得冶金结合界面，提高了界面结合强度。该复合粉体具有近似于TiB₂包覆AlSi10Mg的核壳结构，改善了铝合金粉末的激光吸收率，由23.2%（AlSi10Mg）增加至42.1%（TiB₂/AlSi10Mg）。

拓扑优化设计及嵌入式技术在3D打印中的应用

王晓璐

2023, 41(3): 241-248. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022040004

[摘要](247) [HTML全文] (50) [PDF 6473KB](32)

摘要:
3D打印又称为增材制造（additive manufacturing，AM），是一种通过三维设计数据和材料逐层累加的方法来制造实体零件的技术。随着信息技术和智能控制被应用到3D打印技术之中，3D打印技术日趋成熟，并逐步实现了商业化。制造工艺的飞速发展往往需要设计技术的快速跟进，拓扑优化方法不依赖初始构型及工程师经验，能够获得意想不到的创新构型，已成为结构创新设计的重要工具。嵌入式技术是一种由内部计算机控制并执行专用功能的设备或系统，与通用型计算机系统相比，嵌入式系统功耗低、功能强大、实时性强、支持多任务、占用空间小、效率高，面向特定应用可根据需要灵活定制，在3D打印设备中有着更好的使用优势。本文总结了拓扑优化设计和嵌入式数字技术在3D打印中的应用，介绍了拓扑优化在3D打印中的应用案例和拓扑优化主流软件，分析了嵌入式技术在3D打印中的应用优势及案例，展望了拓扑优化设计及嵌入式数字技术在3D打印中的应用。

Mo–Cu芯材表面状态对多层Cu/MoCu/Cu复合材料界面结合的影响

宋鹏, 李达, 韩蕊蕊, 熊宁, 张保红, 姚惠龙

2023, 41(3): 249-254, 262. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023040007

[摘要](152) [HTML全文] (84) [PDF 3532KB](38)

摘要:
采用粉末冶金熔渗法制备Mo–30Cu合金板坯，Mo–30Cu板坯和无氧铜板经轧制后在30 MPa、970 ℃的条件下进行热压复合，制得5层铜/钼铜/铜（Cu/MoCu/Cu，CPC）复合材料。通过金相组织观察、超声波扫描分析、高温热考核、漏气率测试等方法，研究了不同Mo–30Cu芯材表面处理方式对多层CPC复合材料层间结合强度的影响。结果表明，采用拉丝处理的Mo–30Cu芯材制备的多层CPC复合材料经830 ℃高温烘烤10 min热考核后，材料内部无空洞缺陷，漏气率小于5×10⁻³ Pa·cm³·s⁻¹。采用研磨处理的Mo–30Cu芯材所制备的多层CPC复合材料经热考核后，材料出现鼓包现象，内部存在明显空洞缺陷，漏气率大于5×10⁻³ Pa·cm³·s⁻¹。

酸度系数对水热法合成MoO₃物相和形貌的影响

吕星, 罗成

2023, 41(3): 255-262. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020080016

[摘要](245) [HTML全文] (125) [PDF 6216KB](37)

摘要:
为研究合成氧化钼的组织结构与控制条件的关系，以仲钼酸铵为钼源，在没有添加任何结构导向剂的情况下，通过简单的水热法制备了六方相三氧化钼（h-MoO₃）微米棒和正交相三氧化钼（α-MoO₃）纳米带。利用X射线衍射仪、扫描电镜和综合热分析对合成MoO₃的物相和形貌进行了表征，研究了酸度系数与MoO₃相变过程和形貌变化的关系，分析了相变机理。结果表明，控制水热合成的酸度系数可得到不同相结构和形貌的MoO₃。酸度系数小于12.0时，得到h-MoO₃；酸度系数超过12.0后，h-MoO₃逐渐减少；酸度系数达到48.0时，h-MoO₃完全消失，得到α-MoO₃纯相。酸度系数超过48.0后，α-MoO₃形貌从针状向带状转变，沿着c轴生长，长度不断增加，从而获得一维纳米材料。

热处理温度对Mo–14Re合金管材微观组织及力学性能的影响

薛建嵘, 林小辉, 李延超, 梁静, 高选乔, 张新, 张文, 李来平

2023, 41(3): 263-267. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021040011

[摘要](1000) [HTML全文] (130) [PDF 2851KB](56)

摘要:
研究了真空退火状态下不同热处理温度对Mo–14Re合金管材显微组织和室温力学性能的影响。结果表明：经轧制加工后的Mo–14Re合金管材晶粒组织沿轧制方向被拉长，呈明显的纤维组织，1100 ℃热处理后晶粒组织局部有宽化现象；随着热处理温度升高，1300 ℃热处理合金管材晶粒组织完成再结晶。热处理条件为1100 ℃、1 h的Mo–14Re合金管材表现出优异的强度与塑性组合，抗拉强度为710 MPa，延伸率为36.5%。断口分析发现，当退火温度在1100 ℃以下，Mo–14Re合金管材出现木纹状撕裂型断裂，表现出明显的塑性变形特征；当热处理温度提高到1300 ℃时，由于发生了再结晶，断口呈准解理断裂，塑性明显下降，变形主要以晶界滑移为主。综合分析表明，Mo–14Re合金轧制管材最佳热处理温度应该控制在1100～1300 ℃之间。

ARZ陶瓷颗粒增强316L不锈钢复合材料的制备及性能

章伟强, 袁鸽成, 王娟, 罗铁钢

2023, 41(3): 268-274. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021010001

[摘要](229) [HTML全文] (46) [PDF 5155KB](31)

摘要:
采用粉末冶金工艺制备了Al₂O₃增强ZrO₂（alumina reinforced zirconia，ARZ）陶瓷颗粒增强316L不锈钢（316L不锈钢/ARZ）复合材料，研究了ARZ陶瓷颗粒体积分数对316L不锈钢/ARZ复合材料的微观组织、相对密度、硬度、耐磨性的影响。结果表明：当ARZ陶瓷颗粒体积分数为20%时，复合材料的相对密度达到97.53%，与不锈钢基体相当；继续加入ARZ陶瓷，陶瓷颗粒发生团聚降低了复合材料相对密度。316L不锈钢/ARZ复合材料的硬度随着ARZ陶瓷颗粒体积分数的增高而增大，当ARZ陶瓷颗粒的体积分数为60%时，复合材料的硬度达到最大值HRB 96.8。复合材料耐磨性优于不锈钢基体，其中含有体积分数为60%ARZ陶瓷颗粒的复合材料体积磨损率较基体减少了4.2倍；随着ARZ陶瓷颗粒含量的增加，复合材料的耐磨性提高，复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢的剥落。

铁基粉末冶金摩擦材料高能制动损伤机制

张楠, 徐岩, 韩明, 杜建华, 马玲, 韩俊姣, 纪箴

2023, 41(3): 275-281. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021010006

[摘要](209) [HTML全文] (43) [PDF 5754KB](35)

摘要:
采用粉末冶金压烧技术制备铁基粉末冶金摩擦材料，研究摩擦材料在转速7500 r·min⁻¹、面压0.8 MPa、转动惯量0.045 kg·m²工况下的高能制动损伤机制。结果表明：铁基粉末冶金层损伤及失效主要表现为摩擦接触面内层石墨脱落和表面裂纹两方面。表面热裂纹的萌生主要分布在基体和石墨相的界面处以及边缘脱落锐角处。微裂纹的存在降低了主裂纹继续扩展的能量，阻碍主裂纹扩展，起到提高摩擦件性能稳定的作用。

等离子喷涂涂层抗烧蚀性能及微观结构

林冰涛, 张保红, 唐亮亮, 熊宁, 张丹华, 张蕾

2023, 41(3): 282-288. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021110013

[摘要](293) [HTML全文] (60) [PDF 3436KB](51)

摘要:
以45#钢和TC4钛合金为基体材料，采用等离子喷涂方法制备了钨（W）及钨合金涂层，并在不同烧蚀条件下进行了烧蚀实验，比较了涂层的抗烧蚀性能，探讨了涂层烧蚀破坏机理。结果表明：基体材料喷涂W涂层后，提高了抗烧蚀性能。烧蚀温度为2600 ℃时，烧蚀11 s，涂层存在氧化，基本无烧蚀现象；烧蚀温度为3400 ℃时，烧蚀6 s，涂层有了明显的烧蚀，存在基体熔化现象，说明热量传递到基体，导致基体温度超过了自身熔点。W+Al₂O₃和W+ZrO₂复合涂层可减缓热量从涂层表面向基体的传递速率，提高了基体材料的抗烧蚀性能。W+Al₂O₃和W+ZrO₂复合涂层测力曲线呈锯齿状下降，不抗冲刷，但涂层的抗烧蚀时间相对较长。