粉末冶金技术

2021年第39卷第4期

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研究与开发
材料∙制品∙应用
工艺与设备
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研究与开发

FGH91粉末高温合金与K418B铸造叶环热等静压扩散连接研究

罗学军, 王珏, 赵巍, 马国君, 武丹, 王旭青

2021, 39(4): 291-296. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021010002

[摘要](667) [HTML全文] (263) [PDF 1728KB](69)

摘要:
采用热等静压工艺进行了FGH91粉末高温合金和K418B铸造叶环扩散连接试验，研究了FGH91-K418B双合金的界面成分扩散和连接接头的组织和力学性能。结果表明，在连接界面足够清洁的条件下，选择1190 ℃+170 MPa的热等静压工艺，可以实现FGH91和K418B两种合金良好的冶金连接。进一步观察和分析发现，扩散连接接头致密完整，无夹杂物和连续的第二相析出物，扩散区宽度80～120 μm。FGH91-K418B双合金的拉伸性能、持久性能和显微组织具有良好的一致性，试样断裂均未发生在界面结合处。

真空热压超高碳超高铬模具钢研究

邱悦, 林耀军, 张覃轶, 陈斐, 张岳香

2021, 39(4): 297-303. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019110007

[摘要](372) [HTML全文] (158) [PDF 1553KB](33)

摘要:
采用真空热压技术制备了含有超高碳和铬（2.6%C，26%Cr，质量分数）的模具钢。基于差示扫描量热分析曲线，选取两个远低于熔点的温度（1100 ℃和1150 ℃）进行热压，分别制造出几乎完全致密、粉末之间冶金结合良好的块体钢，密度为7.45～7.47 g∙cm⁻³；对应热压温度1100 ℃ 和1150 ℃，热压态钢中平均碳化物尺寸分别为3.5 μm和5.5 μm，最大碳化物尺寸分别为6.0 μm和8.5 μm。经1150 ℃淬火、500 ℃回火，1100 ℃ 和1150 ℃热压钢的平均硬度分别为HRC 62.6和HRC 60.8，平均三点弯曲强度分别为2060 MPa和1850 MPa；经1150 ℃淬火、550 ℃回火，1100 ℃ 和1150 ℃热压钢硬度分别为HRC 55.2和HRC 53.6，平均三点弯曲强度分别为2490 MPa和2320 MPa。在相同淬火和回火条件下，1100 ℃热压钢的三点弯曲强度较高，原因是淬火回火后钢中碳化物尺寸较小。

制动速度对高性能铜基制动闸片性能的影响

魏东彬, 章林, 张鹏, 吴佩芳, 曹静武, 释加才让, 丁向莹, 赵尚节, 曲选辉

2021, 39(4): 304-310. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020040006

[摘要](862) [HTML全文] (339) [PDF 1757KB](46)

摘要:
采用传统的粉末冶金方法制备了高性能铜基制动闸片，并与商用铜基制动闸片作对比，在MM-1000Ⅱ型摩擦磨损试验机上对不同制动速度下的制动性能进行了探究，分析了闸片与制动盘的表面形貌。结果表明，随着制动速度的升高，自制闸片的摩擦系数先下降后上升，而商用闸片的摩擦系数降低后保持不变。摩擦系数的下降与摩擦表面摩擦膜的生成有关。随着制动速度的进一步升高，摩擦膜的破裂使得摩擦系数上升，铜的软化使得摩擦系数下降，由此可知，摩擦系数的变化同时受制于二者的综合作用。在180～350 km/h的速度范围内，自制铜基制动闸片比商用铜基制动闸片具有更高的摩擦系数和耐磨性，并在连续紧急制动过程中，也具有更大的摩擦系数波动。

材料∙制品∙应用

FGH96合金固相扩散连接界面组织与失效机制

杨杰, 刘光旭, 张晶, 王文莹, 王晓峰, 邹金文

2021, 39(4): 311-318. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021040005

[摘要](344) [HTML全文] (205) [PDF 3132KB](36)

摘要:
对原始状态分别为锻态、固溶态和半时效态的FGH96合金固相扩散连接界面显微组织进行表征，并对连接界面的拉伸性能进行测试，对失效行为进行研究。结果表明，锻态、固溶态和半时效态试样经固相扩散连接后界面均实现了良好的冶金结合，连接界面无孔洞和缝隙等缺陷。锻态试样界面扩散更为充分，组织过渡更为平缓；固溶态和半时效态试样界面存在明显的连接影响区。锻态试样经固相扩散连接和标准热处理后，二次γʹ相细小、均匀且呈典型椭球状；固溶态和半时效态试样因固相扩散连接热循环的作用导致γʹ相发生长大和分化。二次γʹ相尺寸及形貌的不同决定了界面区域性能水平的差异。电子背散射衍射测试结果表明，连接界面处大晶粒的择优取向为{100}，距离固相扩散连接界面越近，晶粒的择优取向越明显。拉伸试验结果表明，锻态试样经固相扩散连接和标准热处理后，连接界面处的强度达到基体强度的99%以上。拉伸裂纹主要萌生于连接界面大晶粒及γʹ相粗化聚集区域，体现为穿晶的韧窝型断裂。

TiC_P颗粒增强高铬铸铁复合材料的显微组织和力学性能

顾景洪, 肖平安, 肖利洋, 吕蓉, 古思敏, 赵吉康

2021, 39(4): 319-325. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020080001

[摘要](366) [HTML全文] (99) [PDF 1764KB](39)

摘要:
采用粉末冶金法（powder metallurgy，PM）和超固相线液相烧结技术（super solid phase line liquid phase sintering，SLPS）制备出TiC颗粒增强（TiC_P）+含质量分数20%Cr的烧结高铬铸铁（high chromium cast iron，HCCI）复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）和X射线衍射仪（X-ray diffraction，XRD）研究了TiC颗粒增强相含量（质量分数）对TiC_P/HCCI复合材料物相组成、显微组织和力学性能的影响，并开展了后续热处理研究。结果表明：超固相线液相烧结技术制备出的TiC_P/HCCI复合材料相对密度均达97%以上，其物相组成为马氏体、奥氏体、M₇C₃碳化物和TiC。TiC颗粒主要沿着高铬铸铁中金属基体/碳化物界面分布，随着TiC含量增加，复合材料的硬度显著增加，达到HRC 67.2，但冲击韧性却逐步降低，合金断裂机制也由准解理性断裂向沿晶完全解理性断裂转变。经淬火处理后，该类TiC_P/HCCI复合材料的硬度可进一步提升至HRC 69.3，有望成为硬度介于高铬铸铁和硬质合金之间的优秀耐磨材料。

退火态Ti−6Al−3Nb−2Zr−1Mo钛合金的组织和力学性能

李烨, 刘世锋, 王建忠, 王利卿, 敖庆波, 马军, 吴琛, 汤慧萍

2021, 39(4): 326-331. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020050006

[摘要](378) [HTML全文] (171) [PDF 2358KB](38)

摘要:
采用模锻工艺及980 ℃退火工艺制备了Ti−6Al−3Nb−2Zr−1Mo合金，通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）观察和电子背向散射衍射（electron back-scattered diffraction，EBSD）分析等方法研究了退火态合金不同截面上的微观组织与力学性能。结果表明：与锻态合金比较，退火态Ti−6Al−3Nb−2Zr−1Mo合金的α相含量减少，亚稳态的β相增多。在空气冷却的过程中，合金的亚稳态β相又转化为次生α相和少量β相。退火态Ti−6Al−3Nb−2Zr−1Mo合金中α-Ti呈现出RD//[$ \bar {1} $2$ \bar {1} $0]、FD//[0001]的织构类型（FD为锻件压缩方向（锻造方向），RD为锻件自由延伸方向）。退火态Ti−6Al−3Nb−2Zr−1Mo合金的三个方向拉伸断裂主要是韧性断裂，并且断裂方式呈现出微孔聚集断裂。沿RD方向拉伸时韧窝尺寸较大，对应的延伸率也优于其他方向。

工艺与设备

超声空化对陶瓷刀具材料晶粒生长的影响

李东绪, 宋金鹏, 高姣姣, 吕明

2021, 39(4): 332-338. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020020005

[摘要](342) [HTML全文] (125) [PDF 1168KB](20)

摘要:
为了研究超声无压烧结陶瓷刀具材料时超声空化对晶粒生长的影响，分析了气孔在熔融金属中发生超声空化的条件，建立了含有空化泡的晶粒模型，讨论了超声空化对晶粒的作用，并采用蒙特卡罗法模拟了未施加和施加超声下的晶粒生长过程，研究了超声空化对晶粒生长过程的影响。结果表明：当空化泡的半径介于1 μm～2 μm时，超声波的声压阈值为8.02×10⁶ Pa，频率阈值为2.00×10⁶ Hz；超声空化可增大晶格振动频率和振动能量，阻碍晶粒生长，起到细化晶粒和减小孔洞的作用。

缺碳预还原MoO₃+氢气深脱氧工艺制备超细钼粉

张勇, 张国华, 周国治

2021, 39(4): 339-344. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021010010

[摘要](411) [HTML全文] (103) [PDF 1630KB](20)

摘要:
以炭黑为还原剂还原MoO₃制备存在少量MoO₂的预还原Mo粉，然后对预还原Mo粉进行氢气深还原，成功制备出平均粒径为99～190 nm的超细钼粉，研究了碳热还原温度对Mo粉平均粒度和残碳量的影响。结果表明，在同一还原温度下，当C/MoO₃摩尔比从2.0增加到2.1时，产物的粒径变化很小。碳热还原温度对产物粒径和纯度有显著影响。当C/MoO₃摩尔比为2.1时，还原温度从950 ℃增加到1150 ℃，氢还原后钼粉的平均粒径从100 nm增加到190 nm，且残碳量（质量分数）由0.030%降低到0.009%。

水雾化制备FeSiCr软磁粉末磁性能研究

孟令兵, 于海琛, 吕世雅, 江忠民, 麻洪秋, 关立东

2021, 39(4): 345-349. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021060008

[摘要](921) [HTML全文] (340) [PDF 1136KB](116)

摘要:
采用水雾化工艺制备FeSiCr软磁合金粉末，经筛分合批后制成粒径（D₅₀）5～40 μm的样品。研究了不同粒径FeSiCr软磁粉末对磁性能的影响，为产品应用提供指导性实验。研究结果表明，随着粉末粒径的增大，粉心的磁导率逐渐增大，在100～1000 kHz的频段范围内，磁导率衰减幅度小于5%，具有较好的频率特性。随着粉末粒径增大，粉心的抗直流偏置能力降低，损耗性能恶化，其中增加的损耗主要来源于颗粒内部的涡流损耗。

文献综述

锂离子电池负极材料用纳米铁酸锌的制备及研究进展

马悦鹏, 李慧, 郝百川, 严红燕, 王乐

2021, 39(4): 350-357. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019080004

[摘要](545) [HTML全文] (310) [PDF 1557KB](47)

摘要:
铁酸锌（ZnFe₂O₄）因其优良的性能被用作锂离子电池新型负极材料，但ZnFe₂O₄导电性差，充放电过程中的体积效应严重，导致其循环稳定性低、容量衰减快、倍率性能差，限制了其的应用。本文介绍了几种制备纳米铁酸锌及铁酸锌复合材料的方法，通过扫描电子显微镜对纳米级铁酸锌的形貌结构进行了研究，总结了水热法、溶剂热法、静电纺丝技术、共沉淀法、固相反应法等工艺制备铁酸锌，并对制备产物的电化学性能进行了分析，得出了限制其发展的真正原因。

高强高导铝−石墨烯复合材料研究进展

刘洋, 李雷, 历长云, 许磊, 米国发

2021, 39(4): 358-365. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019090006

[摘要](978) [HTML全文] (328) [PDF 611KB](140)

摘要:
石墨烯因其独特的二维结构和优异的导热、导电及力学性能，成为了最具潜力的增强体材料之一。本文综述了铝−石墨烯复合材料的制备工艺，着重介绍了影响铝−石墨烯复合材料力学性能和导电率的因素，总结了铝−石墨烯复合材料在高强高导材料领域的应用，讨论了产业化过程中在优质石墨烯粉制备、规模化混粉工艺、连续化加工等方面所面临的挑战，提出了铝−石墨烯复合材料可能的产业化工艺方案和研发方向。

计算机仿真在粉末冶金过程的应用及研究进展

李静

2021, 39(4): 366-372. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021060001

[摘要](718) [HTML全文] (815) [PDF 1188KB](151)

摘要:
随着综合性能优秀、形状复杂的粉末冶金零部件的量产化，为了更大程度的降低成本、提高质量、缩短开发周期，计算机仿真技术在粉末冶金领域的应用越来越广泛。本文介绍了目前在粉末冶金领域应用较多的几种仿真软件Abaqus、Deform、Ansys、Comsol、MSC.Marc，列举了几种软件的实际应用，比较了几种仿真软件的优缺点，提出了在实际生产实践中仿真软件的选择标准，并对今后计算机仿真软件在粉末冶金领域的发展提出了建议和展望。

氮化铝粉末制备方法及研究进展

张智睿, 秦明礼, 吴昊阳, 刘昶, 贾宝瑞, 曲选辉

2021, 39(4): 373-382. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020070004

[摘要](713) [HTML全文] (1214) [PDF 1648KB](189)

摘要:
氮化铝因高导热和绝缘性得到广泛应用，目前全球氮化铝应用市场处于高速成长期，对氮化铝的需求也在持续增长。氮化铝粉末是制备氮化铝陶瓷的关键原料，其性质对后续制备的氮化铝陶瓷性能有决定性影响。本文整理对比了微米级与纳米级氮化铝粉末的制备方法并对未来氮化铝粉末制备的研究方向和发展趋势提出了展望。