粉末冶金技术

2023年第41卷第4期

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陈泽旭, 吴盾, 刘春林, 曹峥, 成骏峰

2023, 41(4): 289-295. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020110011

[摘要](188) [HTML全文] (39) [PDF 3555KB](86)

摘要:
以聚乙二醇/环氧树脂（PEG-EP）为粉末表面改性剂，聚甲醛系树脂（POM）为粘结剂体系，混炼制备316L不锈钢粉末注射成型喂料，并通过硝酸催化脱脂后烧结得到316L烧结样品。通过傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、接触角测量仪、旋转流变仪、万能材料试验机、金相显微镜、碳硫分析仪、显微硬度计等研究了PEG-EP对316L不锈钢粉末的包覆效果以及PEG-EP表面处理对316L不锈钢粉末注射成型喂料和烧结样品性能的影响。结果表明，PEG-EP成功包覆在316L粉末表面，改善了316L不锈钢粉末与聚甲醛的界面相容性，提高了喂料流动的性能、生坯的力学性能和烧结样品的力学性能及硬度。当添加PEG-EP质量分数为0.662%、粉末装载量（体积分数）为63%时，316L注射生坯的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度分别为10.57 MPa、8.38%、21.24 N·(mm²)⁻¹；烧结样品晶粒尺寸为50.8 μm，最大抗拉强度和维氏硬度为688 MPa和HV 151，烧结样品的综合性能最佳。

碳化物对粉末冶金刀具钢断裂机理的影响

沈漪, 曹睿, 闫英杰, 车洪艳, 秦巍, 梁晨

2023, 41(4): 296-301. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021010007

[摘要](159) [HTML全文] (38) [PDF 7327KB](53)

摘要:
通过对M390粉末冶金刀具钢材料进行扫描电子显微组织观察、X射线衍射分析以及原位拉伸试验，研究了M390粉末冶金刀具钢微观组织结构和拉伸断裂行为，并分析了碳化物在粉末冶金刀具钢断裂过程中的作用。研究发现：M390粉末冶金刀具钢的显微组织是由基体和分布在基体上的碳化物两部分组成，其中基体组织为铁素体，碳化物则包括富铬等合金元素的M₇C₃和M₂₃C₆型碳化物，这些碳化物相严重影响M390粉末冶金刀具钢的断裂。随着外加载荷增加，分布在基体上的碳化物相提前开裂，形成裂纹源，裂纹呈现穿过或绕过碳化物的形式扩展，在进一步加载的情况下，裂纹处形成应力集中，导致基体发生脆性断裂。碳化物相成为M390粉末冶金刀具钢断裂过程的薄弱环节。试样断口呈现脆性断裂特征，并包含少量韧窝，且韧窝中存在第二相质点，即碳化物。

选区激光熔化316L/430双相不锈钢组织和性能

胡建斌, 刘晓静, 王智勇, 尚峰, 贺毅强, 杨建明

2023, 41(4): 302-306. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021090007

[摘要](380) [HTML全文] (69) [PDF 3486KB](53)

摘要:
以气雾化316L和430混合粉末为原料，采用选区激光熔化工艺制备了316L/430双相不锈钢。利用光学显微镜、电子材料试验机、电化学工作站研究了选区激光熔化双相不锈钢固溶处理前后的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明：当固溶温度为1250 ℃时，铁素体与奥氏体两相面积比为45.7:54.3，此时试样的力学性能较好，抗拉强度830 MPa，屈服强度340 MPa，硬度HV 356，断后伸长率25%；当固溶温度为1150 ℃时，试样的耐腐蚀性能较好，自腐蚀电流密度为3.196×10⁻⁶ A·cm⁻²，点蚀电位为−0.118 V。

核反应堆用钼铼合金结构材料研究进展

曾毅, 孙院军, 安耿, 丁向东, 丘玺, 王娜, 孙军

2023, 41(4): 307-314. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021120013

[摘要](1883) [HTML全文] (276) [PDF 2029KB](263)

摘要:
难熔金属钼具有熔点高、高温力学性能优异、导热性良好等特点，加之其良好的抗辐照肿胀能力及与液态金属的相容性，使其成为第四代高温核裂变反应堆、聚变堆等先进核反应堆重要的候选材料，用以满足高温、强腐蚀、大剂量辐照等苛刻环境下结构件的制备需求。但金属钼具有本征室温脆性、加工难和焊接性能差等缺点，严重限制了其应用推广。在金属钼中加入铼元素，形成“铼效应”，不仅可以显著改善钼的室温塑性和加工性能，降低塑-脆转变温度，而且还能提升材料焊接性能和抗蠕变性能，已经成为先进核反应堆结构材料的研究热点。本文从钼铼合金的成分设计、材料制备、焊接性能及核环境应用评价研究四个方面总结了国内外近年来的研究进展，分析了钼铼合金在先进反应堆工程应用中存在的问题，以期为高性能钼铼合金结构材料的开发提供参考。

大尺寸纯钨板轧制数值模拟

王广达, 熊宁, 钟铭, 刘国辉

2023, 41(4): 315-321. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030012

[摘要](325) [HTML全文] (54) [PDF 2648KB](45)

摘要:
钨是核聚变示范堆、散裂中子源及半导体领域中非常重要的一种难熔金属材料，通过对钨板进行轧制变形可以得到各项预期性能。本文通过DEFORM软件模拟大尺寸钨板坯料的轧制，分析轧制方式对损伤因子（损伤值）和应变的影响。结果发现，单向轧制的损伤严重区域主要分布在坯料侧面边缘处，易发生裂纹；交叉轧制对的损伤严重区域比较均匀地分布在坯料四周，由损伤累积产生韧性裂纹的倾向性小。交叉轧制板材在轧制方向的应变曲线在到达一次“最高值”后会下降到上一道次的横向应变，形成“最小值”，两次应变最大值的差值比单向轧制的小。

基于离散元锥形零件冲击加载的相对密度

李化蓥, 刘军, 张超, 张璐栋, 王海陆, 柯建忠

2023, 41(4): 322-329. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030016

[摘要](314) [HTML全文] (64) [PDF 3021KB](38)

摘要:
不同形状金属粉末制品在高速压制下的压制行为不一致，从而导致其相对密度以及致密均匀性发生改变。粉末制品零件多含有锥角结构，在压制过程中，金属粉末的致密化程度会随锥角角度的不同而发生变化。借助离散元PFC3D探究锥形零件在冲击加载下不同角度的相对密度。结果表明，锥角角度在30°～60°之间，相对密度表现为波动式变化，有着多个波峰波谷，但整体呈上升趋势；锥角角度在45°～60°之间，相对密度在波动式变化中达到最大值；当锥角角度大于60°，相对密度会下降。随摩擦系数增大，相对密度减小的同时对小锥角零件影响加大。综合分析发现，45°与60°锥角总会处于相对密度峰值附近，而其均匀度系数也相对其他角度较小，45°为锥角零件的优秀角度，相对密度高且较为均匀。实验验证了模拟结论的准确性，为锥角零件的最佳压制成型提供理论依据。

钛及钛合金粉末制备与成形工艺研究进展

杨芳, 李延丽, 申承秀, 王春官, 陈存广, 何新波, 郭志猛

2023, 41(4): 330-337. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030037

[摘要](1287) [HTML全文] (179) [PDF 3345KB](179)

摘要:
钛及钛合金因具有密度低、强度高、耐腐蚀、生物相容性好等特点被广泛应用于军事、航空、医疗等领域。传统铸锻钛合金生产工艺复杂，成本高，严重限制了钛合金的应用，粉末冶金技术制备钛合金降低了生产成本，有利于钛合金的推广应用。本文从钛及钛合金粉末的制备与成形工艺方面介绍了粉末冶金钛及钛合金的研究现状，并阐述了其发展趋势。

球磨时间对ZrC‒FeCrAl粉末特性及合金力学性能的影响

吴开霞, 查五生, 陈秀丽, 万海毅, 安旭光

2023, 41(4): 338-344. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022110014

[摘要](216) [HTML全文] (46) [PDF 6074KB](53)

摘要:
为进一步提高FeCrAl合金的力学性能，采用机械球磨和放电等离子烧结（spark plasma sintering，SPS）技术制备了纳米ZrC颗粒弥散强化FeCrAl（ZrC‒FeCrAl）合金，通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）、透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）、氧含量分析、粒度分析、X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）分析、硬度测试、拉伸性能测试等方法，研究了球磨时间对粉末特性及合金力学性能的影响。结果表明，延长球磨时间有利于粉末颗粒细化，但氧含量过高会导致烧结材料力学性能恶化。当球磨时间为30 h时，粉末平均粒径为72.88 μm，氧含量最低，为0.14%（质量分数）；球磨30 h的ZrC‒FeCrAl合金具有较好的力学性能，其放电等离子烧结样品的极限抗拉强度、延伸率和维氏硬度分别为1046 MPa、12.1%和HV 349.9。结果证实，添加纳米ZrC可以有效强化FeCrAl合金，为其在耐事故燃料包壳材料中的应用提供了数据支撑。

低铬粉末冶金烧结硬化钢的显微组织及力学性能

杨洁, 刘乐, 黄晓琳

2023, 41(4): 345-349, 355. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020060008

[摘要](186) [HTML全文] (45) [PDF 5871KB](47)

摘要:
烧结硬化作为一种经济有效的高强度粉末冶金零件生产工艺，可以通过控制烧结后冷却速度影响显微组织（马氏体含量），从而改善材料的最终性能。本文介绍了一种新开发的低Cr预合金烧结硬化材料Astaloy^TM CrA，研究其在不同烧结温度和冷却速度下的力学性能和显微组织，并与常见的粉末冶金烧结硬化钢Distaloy^® DH进行对比。研究表明，在压制密度为7.0 g·cm⁻³并添加同等含量碳的条件下，添加质量分数2%Ni的Astaloy^TM CrA混粉淬透性更高，获得比其他两种材料更高的马氏体含量及表观硬度。Astaloy^TM CrA在1250 ℃烧结、冷却速度为3 ℃·s⁻¹时，硬度最高达到HRC 38；在1250 ℃烧结，冷却速度为1 ℃·s⁻¹时，强度和韧性最佳。

水热法制备纳米氧化镁

鲁琴瑶, 张荣良, 陆添爱, 李聪, 曾加, 周琳凯, 高妍妍

2023, 41(4): 350-355. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020100005

[摘要](726) [HTML全文] (152) [PDF 3581KB](63)

摘要:
以氯化镁与氨水为原料，聚乙二醇为分散剂，用水热法制备出纳米氧化镁。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征产物的晶体结构、显微形貌和颗粒尺寸，探讨了MgCl₂和氨水的摩尔比、反应温度、反应时间对前驱体的影响。对前驱体进行差热分析，研究前驱体煅烧温度和煅烧时间对纳米MgO的影响。结果表明：当MgCl₂和氨水的摩尔比为1.0:2.5，反应温度为200 ℃，反应时间为3.0 h，前驱体煅烧温度为600 ℃，煅烧时间为2.0 h时，得到的纳米MgO颗粒呈圆盘状，分散均匀，基本无团聚现象，颗粒直径约为100 nm，厚度最小约为10 nm。

激光增材制造多孔GH4169高温合金孔结构与性能研究

梁加淼, 白肖承体, 许炯恺, 张亮, 吴文恒, 王俊

2023, 41(4): 356-362, 371. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023010002

[摘要](190) [HTML全文] (85) [PDF 3360KB](61)

摘要:
利用选区激光熔化技术制备出具有不同孔隙结构的多孔GH4169高温合金材料，对制备样品进行扫描电镜观察以及毛细曲线和压缩应力应变曲线测试，系统研究了孔结构对多孔材料毛细抽吸性能及压缩力学性能的影响。结果表明，随着激光功率从285 W减小到160 W，多孔高温合金样品总孔隙率从3.5%增加到46.1%；随着开孔率从15.6%增加到21.7%，多孔高温合金样品的毛细抽吸速度从4.44 mg/(s·cm³)增加到6.56 mg/(s·cm³)，毛细抽吸质量从91.3 mg/cm³下降到81.7 mg/cm³，毛细抽吸质量的减少可能与样品孔径增大导致毛细力下降有关。孔隙率增加也导致多孔材料样品弹性模量从53 GPa减小到11 GPa，弹性极限从768 MPa减小到217 MPa，孔材料样品均展现出较好的抗压缩变形能力。

MOFs衍生TMO/C在锂离子电池负极材料的应用

管若含, 董桂霞, 杨双娟

2023, 41(4): 363-371. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020090002

[摘要](424) [HTML全文] (74) [PDF 2919KB](35)

摘要:
锂离子电池商用负极材料石墨比容量低，难以满足市场需求，金属有机骨架材料（metal-organic framework materials，MOFs）具有可调控的结构、较大的表面积和可调节的孔径，可用作下一代电化学储能器件，引起广泛研究。本文综述了金属（Fe、Co、Zn、Mn、Cu）基金属有机骨架及其衍生物的合成，重点介绍了以金属有机骨架材料为前驱体制备过渡金属氧化物（transition metal oxide，TMO）/C作为锂离子电池负极材料的研究进展，并对其发展方向进行了展望。

三维网络Ti₂AlC/Mg基复合材料制备及阻尼性能

肖易, 肖华强, 何佳容, 冯进宇, 游川川, 赵鑫鑫

2023, 41(4): 372-377, 384. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020120017

[摘要](247) [HTML全文] (58) [PDF 4618KB](36)

摘要:
采用前驱体法制备Ti₂AlC多孔陶瓷预制体，通过辅助压力浸渗工艺制备出组织致密的三维网络相互贯通的Ti₂AlC/Mg基复合材料。利用扫描电镜和X射线衍射仪分析复合材料的微观组织和物相组成，使用机械振动分析仪测试复合材料阻尼性能。结果表明，复合材料具有宏观上及微观上双尺度的三维网络结构。恒定温度条件下，复合材料在1 Hz和10 Hz测试条件下的最高损耗正切值分别为0.13和0.15，相比于基体AZ91D镁合金分别提高了约30%和67%，其阻尼表现增强。恒定应变条件下，在最高测试温度时，复合材料出现最大损耗正切值。两种测试条件下，复合材料存储模量均高于基体AZ91D镁合金。从内耗值-存储模量二者平衡的角度来看，复合材料不仅具有更宽的应用温度范围，也具有更好的阻尼-强度平衡性。

超音速等离子喷涂Al₂O₃与Al₂O₃-13%TiO₂涂层热震性能

付倩倩, 通雁鹏

2023, 41(4): 378-384. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021010013

[摘要](392) [HTML全文] (68) [PDF 3237KB](43)

摘要:
采用超音速等离子喷涂工艺在不锈钢基体上制备了FeAl/Al₂O₃、FeCrAl/Al₂O₃、FeAl/Al₂O₃-13%TiO₂、FeCrAl/Al₂O₃-13%TiO₂四种涂层，通过扫描电镜表征微观结构，图像分析技术测量孔隙率，多峰法计算α-Al₂O₃质量分数，并测试了涂层的抗热震性能和结合强度。结果表明：超音速等离子喷涂制备的Al₂O₃涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为40.3%～42.5%，涂层孔隙率约为3.47%～3.52%，制备的Al₂O₃-13%TiO₂涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为24.0%～29.7%，涂层孔隙率约为3.12%～3.31%。水淬热震实验（800 ℃/保温30 min）表明，FeCrAl/Al₂O₃涂层的抗热震性能最优，FeCrAl/Al₂O₃-13%TiO₂涂层抗热震性能次之，FeAl/Al₂O₃涂层与FeAl/Al₂O₃-13%TiO₂涂层抗热震性能最差。