粉末冶金技术

2019年第37卷第4期

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研究与开发
材料·制品·应用
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研究与开发

不锈钢与地铁集电靴用浸金属碳材料的摩擦磨损性能研究

丁涛, 魏绍鹏, 杨义, 杨震, 罗海洋

2019, 37(4): 243-247, 254. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.001

[摘要](347) [HTML全文] (70) [PDF 6586KB](29)

摘要:
利用销-盘式高速摩擦磨损试验机研究了工况因素（电流、滑动速度和加载力）对地铁集电靴用浸金属碳材料与不锈钢盘试样载流摩擦磨损性能的影响，采用扫描电子显微镜与三维形貌仪对试样磨损表面进行观察与分析。结果表明，接触副摩擦系数随电流的增加而减小，随滑动速度和加载力的增加而增加；载流条件下，集电靴浸金属碳磨损量随电流、滑动速度和加载力的增加而增加；接触副磨损表面粗糙度随电流、滑动速度和加载力的变化情况与磨损量变化趋势相同。

石墨鳞片表面镀铬对石墨鳞片/铜复合材料组织和性能的影响

张忍, 王旭磊, 何新波

2019, 37(4): 248-254. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.002

[摘要](294) [HTML全文] (52) [PDF 12072KB](15)

摘要:
通过盐浴镀覆在石墨鳞片表面镀铬，随后采用真空热压烧结技术制备了镀铬石墨鳞片/铜复合材料，研究了铬镀层的表面形貌和物相组成，并分析了铬镀层对石墨鳞片/铜复合材料显微结构和性能的影响。结果表明，盐浴镀铬层主要由Cr₃C₂和Cr₇C₃组成，经热压烧结后Cr₇C₃与石墨反应生成了Cr₃C₂；石墨鳞片表面镀铬可以明显减少石墨鳞片/铜复合材料界面处的孔隙，提高复合材料的热导率和抗弯强度，与未镀覆的复合材料相比，当镀铬石墨鳞片的体积分数为60%时，复合材料平面热导率相从594 W·m^-1·K^-1提高至625 W·m^-1·K^-1，抗弯强度提升65%。

添加剂Nb和烧结温度对ZrN粉末材料性能的影响

吴峥强

2019, 37(4): 255-258, 263. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.003

[摘要](179) [HTML全文] (98) [PDF 2003KB](11)

摘要:
在ZrN粉末中添加Nb粉，经热压烧结得到Nb-ZrN粉末材料，研究添加剂Nb与烧结温度对Nb-ZrN材料烧结和力学性能的影响。结果表明：提高烧结温度有利于加快材料的致密化，Nb-ZrN1480粉末出现了1个致密化速率峰，其它粉末材料还生成了另外2个小的致密化速率峰，烧结Nb-ZrN1680粉末的相对密度达到98.6%。各粉末材料的X射线衍射谱图中都存在ZrO₂衍射峰，添加剂Nb在烧结阶段全部溶入ZrN内。添加Nb后，ZrN晶格常数减小，随烧结温度上升，ZrN晶格常数基本保持稳定。纯ZrN材料表现为沿晶断裂，添加Nb后，粉末材料发生穿晶断裂，气孔数明显降低。

广义热弹性扩散下非等径颗粒的烧结驱动力分析

张龙, 张晓敏, 郑恒伟

2019, 37(4): 259-263. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.004

[摘要](291) [HTML全文] (108) [PDF 1687KB](11)

摘要:
在广义热弹性扩散理论框架下建立非等径两颗粒系统三维有限元模型，研究颗粒系统温度场和浓度场的分布规律，分析场分布对脉冲电流烧结初期迁移驱动力的影响。结果表明，颗粒颈部空位浓度梯度、温度梯度、由温度场和应力场产生的浓度梯度是颗粒颈部物质迁移的共同驱动力。烧结颈部的温度会产生两次突变，烧结过程中小颗粒一直保持高温状态；温度变化会引起浓度改变，使得颈部浓度高于边缘浓度；热扩散占总扩散通量的2/3，浓度扩散占1/3，因此烧结颈部的热扩散驱动力和浓度扩散驱动力是脉冲电流烧结过程的主导驱动力，提高热扩散能力和浓度扩散通量可显著提高烧结过程驱动力。非等径颗粒的烧结驱动力远远大于等径颗粒，为非等径颗粒的烧结比等径颗粒更为迅速提供了理论依据。

材料·制品·应用

FGH96镍基粉末高温合金氧化物夹杂的计算机断层扫描研究

王晓峰, 杨杰, 邹金文, 范贤强, 郭志鹏

2019, 37(4): 264-272. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.005

[摘要](335) [HTML全文] (81) [PDF 6883KB](25)

摘要:
利用计算机断层扫描技术（computed tomography，CT）研究了FGH96镍基粉末高温合金内部Al₂O₃、SiO₂及莫来石三种氧化物夹杂对不同工艺（热等静压工艺、热等静压+热挤压+等温锻造工艺及热等静压+等温锻造工艺）的敏感程度。结果表明：热等静压+等温锻造工艺能显著减小Al₂O₃夹杂物的尺寸和其在合金中的含量，采用热等静压+热挤压+等温锻造工艺最能有效减少SiO₂夹杂物在合金中的含量，而莫来石夹杂对热等静压+热挤压+等温锻造工艺和热等静压+等温锻造工艺均较为敏感，且两种工艺对莫来石夹杂的作用效果类似。夹杂物在实际盘件中呈油饼状，极大地恶化了合金低周疲劳性能，且夹杂物越接近试样表面，试样的低周疲劳性能恶化越显著。热等静压+等温锻造工艺对减小三种夹杂的尺寸均有良好效果，这为人们选取合适工艺消除合金中氧化物夹杂提供了重要参考。

BN和MoS₂对镍基材料摩擦磨损性能的影响

陈百明, 张俊喜, 郭小汝, 贾金龙, 张振宇, 王云

2019, 37(4): 273-278. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.006

[摘要](190) [HTML全文] (77) [PDF 1879KB](8)

摘要:
通过热压烧结制备了含不同质量分数润滑剂（0%、10% MoS₂、5% MoS₂+5% BN和10% BN）的镍基材料，利用销盘摩擦磨损试验机对4种镍基材料在载荷30~60 N、滑动速度0.35~0.58 m·s^-1（300~500 r·m^-1）条件下进行摩擦磨损实验，通过扫描电镜观察磨损表面形貌，分析了不同润滑剂对镍基材料抗磨损性能的影响。结果表明：由于MoS₂与基体之间结合良好，含有10% MoS₂润滑剂的镍基材料具有较低且平稳的摩擦系数和最低的磨损率；由于BN与基体之间结合松散，含10% BN润滑剂的镍基材料在较高载荷和滑动速率下具有相对较高的摩擦系数和磨损率。

NiO掺杂对菱镁矿烧结性能的影响

杨海燕, 张汪年, 邓宁, 许欢, 刘咏慧, 苏瑞

2019, 37(4): 279-282, 287. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.007

[摘要](219) [HTML全文] (92) [PDF 906KB](9)

摘要:
以天然菱镁矿为原料，添加不同质量分数的NiO粉末，采用高温煅烧法制备了镁砂。利用显气孔体密测定仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析NiO粉末掺杂对镁砂熟料烧结性能、物相组成、微观结构的影响。结果表明，在菱镁矿中添加NiO粉末有利于提高镁砂烧结致密性，促进MgO晶粒长大。当不添加NiO粉末时，试样在1600℃烧结前后线变化率为8.72%，体积密度为2.96 g·cm^-3，显气孔率为19.2%，MgO晶粒尺寸为1.36 μm；当加入质量百分数为0.75% NiO粉末时，试样烧结前后线变化率为18.06%，制备镁砂体积密度为3.29 g·cm^-3，显气孔率为11.5%，MgO晶粒尺寸为3.81 μm。在1600℃对添加NiO粉末的菱镁矿进行烧结，NiO可以与MgO完全固溶，引起MgO晶格畸变，降低晶体活化能，提高MgO烧结致密性能。但添加过多NiO，在短时间内无法与MgO完全固溶，妨碍烧结相的直接接触，影响传质过程，导致样品烧结性能降低。

表面镀钨金刚石/铜复合材料的有限元模拟

梁远龙, 姜国圣

2019, 37(4): 283-287. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.008

[摘要](333) [HTML全文] (105) [PDF 429KB](18)

摘要:
利用有限元分析软件ANSYS，对表面镀钨金刚石/铜复合材料进行了数值模拟，研究了金刚石体积分数、金刚石粒径及镀层厚度对表面镀钨金刚石/铜复合材料导热系数和热膨胀系数的影响。结果表明：随着金刚石体积分数的增加、金刚石粒径的增大、镀层厚度的减小，复合材料的导热系数呈现出增加的趋势，与文献数据的变化趋势相符，热膨胀系数受金刚石体积分数影响最大，金刚石粒径选在150~200 μm较为合适。

工艺与设备

电极感应熔化气雾化法制备高温合金粉末中非限制式喷嘴的结构优化设计

夏敏, 汪鹏, 张晓虎, 吴嘉伦, 葛昌纯

2019, 37(4): 288-297. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.009

[摘要](247) [HTML全文] (682) [PDF 3191KB](56)

摘要:
采用电极感应熔化气雾化制粉法（electrode induction gas atomization，EIGA）制备粉末过程中，非限制式喷嘴的结构设计直接决定气雾化粉末的质量；非限制式喷嘴结构中不合理的喷射角度常常会引起反喷、片状粉、细粉收率低等问题，严重影响粉末的生产效率和质量。采用商业计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）软件Fluent，以自主设计的第三代EIGA制备高温合金粉末装置中非限制式喷嘴为研究对象进行数值模拟建模，对带有气体回流区的非限制式喷嘴在熔体初次雾化过程中，喷射角度对反喷现象的影响以及反喷产生的机理进行了研究。结果表明，非限制式喷嘴射流角度过大时，熔体液滴会出现明显反喷现象；当非限制式喷嘴射流角度过小时，熔体液流雾化前过热度不足，生产的粉末球形度较差。因此，在优化设计非限制式喷嘴时，要应尽量控制气体回流区位置低于非限制式喷嘴熔体入口位置，保证合金熔体的过热度，同时防止反喷等现象。

粉末净成形压制工艺优化及三维复杂零件结构设计的数值模拟

申小平, 黄永强

2019, 37(4): 298-305. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.010

[摘要](344) [HTML全文] (67) [PDF 4789KB](34)

摘要:
基于粉末连续体，运用MSC.Marc有限元软件对粉末净成形压制工艺进行优化，并对减重齿轮的结构设计进行数值模拟。通过与实验数据对比分析，验证了材料模型及仿真模拟的可靠性，在此基础上利用有限元软件研究分析压制方式、压制速度、摩擦系数、压制温度、保压时间等五组因素对压坯密度分布的影响。结果表明，压制方式是最显著的影响因子，采用双向压制、温压成形、低压制速度、小摩擦系数及保压方式的组合压制工艺能有效地改善粉体的密度分布。利用有限元软件对减重齿轮的结构进行优化设计，研究圆环高径比与压坯相对密度的关系，并确定减重孔最佳尺寸。结果表明，采用强制摩擦压制方式代替浮动压制方式，可有效改善孔洞薄壁处密度。此外，结合Workbench有限元软件对减重齿轮进行结构力学模拟仿真，分析薄壁处的受力情况，以满足对齿轮强度的要求。

文献综述

造孔剂法制备泡沫钛的研究现状与进展

刘永宁, 王智祥, 刘锦平, 刘金明, 肖健

2019, 37(4): 306-311. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.011

[摘要](340) [HTML全文] (61) [PDF 753KB](23)

摘要:
泡沫钛融合了泡沫结构与金属钛的双重属性，具有出色的力学性能、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性等优点，在航空、航天、海洋工程、生物医学、能源与环保等领域应用前景广阔。基于粉末冶金技术的造孔剂法是目前制备泡沫钛的主流方法，不仅具有操作简单、设备要求低的优点，而且能通过调整造孔剂参数来控制最终制品的结构与性能。本文综述了造孔剂法制备泡沫钛领域的研究现状与进展，通过分析文献、整理数据，讨论了高孔隙率泡沫钛的研究历程和瓶颈问题，指出了泡沫钛孔隙率研究的发展趋势。

增材制造技术制备生物植入材料的研究进展

张光曦, 刘世锋, 杨鑫, 时明军, 任垚嘉

2019, 37(4): 312-318. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019.04.012

[摘要](546) [HTML全文] (166) [PDF 884KB](46)

摘要:
增材制造技术突破了传统模具加工工艺的限制，可用于高效个性化定制生物医用材料。近年来，医学上对骨骼修复和移植的个性化需求显著增加，增材制造可满足该定制化的需求，促使增材制造技术在生物医用材料领域占据重要地位。随着材料科学技术和计算机辅助技术（CAD/CAM）的发展，可用于增材制造的生物植入材料不再局限于钛系、钽系、钴铬钼等合金，聚醚醚酮、磷酸钙盐等非金属类材料因良好的生物相容性也得到了广泛应用，增材制造技术制备仿生人造骨植入体成为新的研究热点。本文介绍了增材制造技术的原理，对激光、电子束、光固化等增材制造技术进行了比较，并阐述了增材制造在生物植入体和医疗器械方面的应用现状，对增材制造技术在医疗领域的应用及发展做了展望。