粉末冶金技术

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2024年第42卷第2期

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2024, 42(2): 97-106, 134. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021110014

摘要(640) HTML(86) PDF(43)

摘要:
AlON透明陶瓷因其优异的光学性能和力学性能，在众多领域被广泛应用。本文介绍了AlON透明陶瓷的发展历程，从反射、吸收和散射等方面说明了影响陶瓷透光性的原因，总结了AlON陶瓷的粉体制备、新型烧结助剂体系、成型工艺及烧结工艺等研究现况，分析了现有的技术问题，并提出了优化方向。

FeAl-316SS接头的反应行为、显微组织与力学性能

蔡小平, 尹进南, 张志鹏, 冯培忠

2024, 42(2): 107-114. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021110009

摘要(120) HTML(23) PDF(12)

摘要:
采用热爆反应与粉末冶金相结合的工艺实现了FeAl金属间化合物与316不锈钢（316SS）的有效连接，研究了连接温度（700、800、900 ℃）对界面成分组成和力学性能的影响。结果表明，当加热到637 ℃时，FeAl反应层温度瞬间升高到1050 ℃，发生明显的热爆反应，并伴随持续约15 s的剧烈放热。随着温度从700 ℃提高到900 ℃，界面由Fe-316SS、316SS(Al)交替组成的形式转变为由FeAl-316SS(Al)-316SS组成。三种温度下均形成良好的冶金结合，当连接温度为800 ℃时，抗剪切强度可达75 MPa。

烧结温度对Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷微观组织和力学性能的影响

高姣姣, 平萍, 胡士恒, 宋金鹏

2024, 42(2): 115-121. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023040006

摘要(67) HTML(27) PDF(18)

摘要:
以Ti(C,N)为基体相，HfN和WC为不同层的增强相，金属Ni和Mo为粘结相，采用交替铺层法制备素坯，并利用真空热压烧结技术制备Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷，研究了烧结温度对层状陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明：随着烧结温度的升高，材料中的晶粒逐渐长大，在烧结温度为1350 ℃和1400 ℃时，材料的晶粒较小但分布不均匀，且存在较多的微缺陷；在烧结温度为1450 ℃和1500 ℃时，材料中的晶粒相对均匀（粒径～1 μm），微缺陷较少；在烧结温度达到1550 ℃时，材料中出现了大量粗大晶粒（粒径～2 μm）。随着烧结温度的升高，层状陶瓷的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度均先增大后减小。在1450 ℃下所制备的Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷具有较好的综合力学性能，其抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度分别为(1263.6±17.1)MPa、(18.5±0.3)GPa和(8.2±0.1)MPa·m^1/2。此外，Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷在断裂时表现为穿晶与沿晶并存的断裂模式。

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

郜文哲, 韩笑, 魏海滨, 路正朕, 张利, 李晓峰

2024, 42(2): 122-127. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024030002

摘要(55) HTML(30) PDF(13)

摘要:
添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明：金刚石与Al基体反应生成了针状Al₄C₃相，并沉积在α-Al基体上，导致晶界位错密度增加，强度提高，抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失，但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间，导致金刚石颗粒部分石墨化，铝基体部分蒸发，进而形成内部缺陷，降低了复合材料的相对密度（97%）。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度，当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s⁻¹时，复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa，屈服强度211.6 MPa，伸长率2.1%。

磷酸锆对铜铋-钢背双层金属复合材料性能的影响

丁晓龙, 杨兆方, 郑合静

2024, 42(2): 128-134. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021100013

摘要(236) HTML(47) PDF(13)

摘要:
采用烧结压轧复合工艺制备了铜铋-钢背双层金属复合材料板材，研究了磷酸锆对铜铋-钢背复合材料板材结合强度、硬度及摩擦学性能的影响。结果表明：磷酸锆的添加可以有效改善铜铋-钢背复合材料板材减摩耐磨性能，并能够提升其抗承载能力。随着磷酸锆质量分数的增加，铜铋-钢背复合材料板材的结合强度逐渐减小，硬度先增大后减小。在定速定载寿命试验中，与未添加磷酸锆的铜铋-钢背复合材料板材相比，添加质量分数为2%和4%的磷酸锆可以有效改善铜铋-钢背复合材料板材的减摩耐磨性能，降低摩擦副摩擦系数，有利于表面温升。在定速变载荷试验中，磷酸锆的添加可以显著提升铜铋-钢背双层材料的摩擦抗承载能力。在端面油循环条件下，添加质量分数4%磷酸锆的铜铋-钢背复合材料板材极限PV值（摩擦副接触面压强与摩擦线速度乘积）可以达到14 MPa∙m∙s^‒1，而未添加磷酸锆的铜铋-钢背复合材料板材极限PV值仅8 MPa∙m∙s^‒1，提升约75%。

低成本TiH₂粉末制备Ti/(TiB+TiC)复合材料的组织与性能

林东键, 柳中强, 唐浩, 张建涛, 肖志瑜

2024, 42(2): 135-143. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022010002

摘要(247) HTML(48) PDF(11)

摘要:
使用低成本的TiH₂粉末代替纯钛粉，通过添加B₄C原位生成TiB和TiC两种增强相，经过真空无压烧结及热挤压工艺制备出具有优异力学性能的Ti/(TiB+TiC)钛基复合材料，分析了制备工艺和增强相对复合材料组织与性能的影响。结果表明，TiH₂粉末具有较好的烧结活性，脱氢烧结样品的相对密度可达97.7%；经热挤压工艺，相对密度进一步提升到99.9%，接近于全致密。增强相TiB为短纤维状，TiC为颗粒状，均匀分布在等轴α-Ti基体中，能抑制等轴晶的长大，细化晶粒。热挤压工艺能进一步细化晶粒，使组织更加均匀致密，挤压态钛基复合材料具有高硬度和良好的强塑性匹配。TiH₂+4%B₄C（体积分数）挤压态复合材料维氏硬度Hv_0.3 310，屈服强度683 MPa，抗拉强度851 MPa，断后伸长率15.1%。

EIGA和PREP制备M62轴承钢粉末

祁进坤, 岳永文, 胡剑, 王树立, 赵钢, 寇晓磊, 齐国强, 赵京辉, 任淑彬

2024, 42(2): 144-152. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023070006

摘要(43) HTML(16) PDF(17)

摘要:
采用电极感应熔炼气雾化法（electrode induction melting gas atomization，EIGA）和等离子旋转电极雾化法（plasma rotating electrode process，PREP）分别制备出了高纯度M62轴承钢粉末，利用激光粒度分析仪、氧氮分析仪、扫描电子显微镜对M62轴承钢粉末的粒径分布、氮氧含量、微观形貌进行了对比分析。结果表明：两种粉末都以球形粉为主，其中PREP制备的粉末（M62-PREP）球形度更高，而EIGA制备的粉末（M62-EIGA）中卫星粉和不规则粉末的比例较多；M62-PREP粉末的中值粒度（D₅₀）为108.11 μm，明显高于M62-EIGA粉末的中值粒度（D₅₀=38.68 μm）。两种粉末成分分布均匀，无明显元素偏析，其中M62-EIGA粉末颗粒内部的晶粒更细，两种粉末都具有良好的流动性。预合金电极棒、M62-PREP粉末、M62-EIGA粉末的N含量（质量分数）分别为0.0070%、0.0072%、0.0068%，N元素的含量变化不大；M62-PREP粉末的O含量（质量分数）由预合金电极棒的0.0008%增加到了0.0035%，而M62-EIGA粉末的O含量增加到了0.0089%，粉末中O含量明显增多。对热等静压后的烧结试样进行了夹杂物分析，M62-EIGA粉末轴承钢中大尺寸含氧夹杂物数量更多，选用M62-PREP粉末轴承钢应有更好的性能。

PTFE/Cu材料动态压缩特性

汤雪志, 王志军, 张雪朋, 徐永杰

2024, 42(2): 153-158, 164. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021080008

摘要(275) HTML(49) PDF(12)

摘要:
通过冷等静压和冷压烧结制备出六种不同密度的聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）/Cu复合材料，并采用霍普金森系统研究了密度和制备方法对PTFE/Cu动态力学性能影响。结果表明，冷压烧结试样在其烧结过程中发生纵向膨胀，导致密度降低，且试样表面生成一层金属膜；冷压烧结试样的动态压缩性能优于冷等静压试样；冷压烧结后的PTFE/Cu材料中PTFE晶体发育更好，对Cu颗粒包裹力更大，界面结合力更高，提升了冷压烧结PTFE/Cu材料的力学性能。

Ni–MgO核–壳纳米粉体的制备

郭顺, 郑金凤, 李军义, 程越伟, 梁宏源

2024, 42(2): 159-164. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021020005

摘要(223) HTML(32) PDF(7)

摘要:
采用包覆热分解烧结法，制备了多层陶瓷电容器内部电极用MgO包覆Ni纳米粉体，讨论了反应物浓度和分散剂含量对包覆纳米镍盐前驱体颗粒大小和均匀性的影响，分析了还原烧结温度对包覆纳米Ni粉球形度和分散性的影响，并利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、热机械分析仪对MgO包覆纳米Ni粉进行了表征分析。结果表明：反应物浓度达到足以引起反应爆炸成核时，能够获得纳米镍盐颗粒；添加适量的分散剂，可以得到分散良好的纳米镍盐前驱体颗粒；还原烧结温度700 ℃时，可以获得球形度和分散性良好的MgO包覆纳米Ni粉；MgO包覆在纳米Ni粉表面，形成了核壳结构，该纳米Ni粉具有良好的收缩延迟效果。

无压烧结SiC-金刚石多晶材料致密化及物理性能研究

张秀玲, 陈宇红, 戚武彬, 张强, 海万秀

2024, 42(2): 165-169, 176. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021090009

摘要(263) HTML(52) PDF(18)

摘要:
以AlN−Y₂O₃−Sc₂O₃为液相烧结助剂，添加不同质量分数金刚石，经无压烧结制备SiC-金刚石多晶材料。采用扫描电镜观察多晶材料显微结构，利用激光闪射法测量其热扩散系数和热导率。研究了金刚石质量分数（1.0%、2.5%、5.0%）和粒度（0.25 μm、1.00 μm）对SiC陶瓷材料致密化行为和力学性能的影响。结果表明，金刚石质量分数低于5.0%，烧结后的材料相对密度均超过94%；金刚石含量为5.0%的样品相对密度远远低于其他样品。SiC多晶材料的相对密度随金刚石添加量的增加而降低，原料中添加过量的金刚石会降低材料的相对密度。在实验条件下，多晶材料晶粒尺寸没有发生异常长大，硬度为16～18 GPa，断裂韧性为3.8～4.4 MPa·m^1/2，抗弯强度为239～540 MPa。材料的热导率和热扩散系数随着温度的升高而降低，气孔是影响复合材料热导率的主要因素。

水基喷雾造粒制备高导热球形氮化铝填料

赵东亮, 秦明礼, 鲁慧峰

2024, 42(2): 170-176. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023030011

摘要(71) HTML(30) PDF(7)

摘要:
氮化铝（AlN）因具有优异的导热能力和电绝缘性，是热界面材料中导热填料的理想材料。本文首先对AlN粉末进行表面改性，提高了AlN粉体的抗水解能力，然后采用水基溶剂进行喷雾造粒，在浆料配置过程中对球磨时间、添加剂用量等工艺参数进行了优化，制备了球形度高的AlN生坯，最后经脱脂烧结，制备出具有低氧含量、高球形度及高导热性的AlN填料。研究表明，磷酸改性后的AlN粉体在16 h球磨过程中可保持良好的抗水解能力。粘结剂含量（质量分数）对喷雾造粒后的生坯形状有明显影响，采用2%PVB+2%PEG粘结剂制备的粉末具有良好的球形度与表面光滑程度。经过脱脂烧结，AlN陶瓷微球的热导率和抗弯强度分别达到171.2 W·m⁻¹·K⁻¹和340 MPa，具有良好的流动性。综上所述，水基喷雾造粒制备的球形AlN适合用作热界面材料的导热填料。

热处理对Fe−6.5%Si磁粉芯性能的影响

邱玥, 贺弋海, 王义富, 林少川, 孔辉, 王锐

2024, 42(2): 177-183. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021120001

摘要(500) HTML(64) PDF(34)

摘要:
对Fe−6.5%Si粉末（质量分数）进行不同温度的热处理实验，经压制后得到Fe−6.5%Si磁粉芯，并对磁粉芯进行不同温度的热处理，探究热处理工艺对Fe−6.5%Si磁粉芯磁导率和损耗等磁性能的影响。结果发现：粉末热处理可以大幅度消除气雾化制粉过程中合金粉末受高压气体冲击造成的缺陷，并减少粉末中的C、O含量；随着热处理温度的升高，粉末的矫顽力先增后减，饱和磁化强度逐渐降低。通过对压制成型磁粉芯进行热处理也能够改善磁粉芯的磁性能，不同温度热处理后损耗均维持在600～700 mW∙cm⁻³之间，最低值为625 mW∙cm⁻³。综合分析，用经900 ℃热处理粉末制成的磁粉芯在800 ℃进行后续热处理，磁粉芯磁导率、损耗等性能综合较优。

微量Y₂O₃对WC−6Co非均匀结构硬质合金微观结构及性能的影响

唐彦渊, 羊求民, 徐国钻, 王红云, 钟志强

2024, 42(2): 184-191. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021120008

摘要(177) HTML(28) PDF(9)

摘要:
采用低压烧结法制备了不同Y₂O₃添加量（质量分数）的WC−6Co非均匀硬质合金，并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、金相显微镜、电子万能力学试验机、硬度计、矫顽磁力仪等设备研究了Y₂O₃质量分数对WC−6Co非均匀硬质合金微观结构、相成分及性能的影响。结果表明：Y₂O₃不会对合金相对密度和相组成产生影响；Y₂O₃与合金中杂质元素硫、氧等形成稳定的化合物，弥散分散于WC晶界，阻碍WC晶粒的融合长大，降低WC晶粒粒度，抑制WC晶粒非均匀结构的均匀化。随着Y₂O₃添加量的增加，合金的硬度逐渐增加，而抗弯强度呈现出先迅速上升后下降的趋势。Y₂O₃质量分数为0.048%对WC−6Co非均匀硬质合金性能提升最明显，硬度和抗弯强度分别达到1530 kgf·mm⁻²和2902 MPa。

球磨工艺对医用Ti–Mg复合材料力学性能的影响

夏朋昭, 许莹, 蔡艳青, 赵思坛, 宋攀

2024, 42(2): 192-199. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021090013

摘要(339) HTML(81) PDF(30)

摘要:
采用球磨+冷压制坯+微波加热烧结工艺制备Ti–15Mg复合材料，研究球磨工艺对Ti–15Mg混合粉末性能以及烧结后复合材料力学性能的影响。结果表明：以200 r·min⁻¹球磨转速球磨8～10 h，随着球磨时间延长，混合粉末的平均粒径明显变小，粉末粒度分布逐渐集中在10～45 μm区间，粉末的球形度增加。在长时间球磨过程中，软质镁颗粒受到强烈撞击、研磨，引起表面破碎，钛颗粒出现了体积破碎和表面破碎，最终导致软质镁颗粒包裹脆性钛颗粒。球磨8 h后，混合粉末未出现明显的氧化，混合粉末中钛、镁粉末分布较为均匀，复合材料的力学性能较为优良，符合作为医用材料的力学性能要求。在低球磨转速下，球磨转速的提高不会导致粉末性能和烧结后复合材料性能出现明显变化。最佳球磨工艺参数为球磨时间8 h、球磨速度200 r·min⁻¹，过程控制剂为正己烷。

磷含量对青铜基含油轴承力学性能与摩擦性能的影响

范心怡, 胡林桂, 邓泽浩晨, 杨加其, 申小平

2024, 42(2): 200-206. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021090006

摘要(205) HTML(28) PDF(9)

摘要:
以青铜作为轴承基体，通过改变磷含量（0～1%，质量分数）和烧结温度，在一定转速和载荷下，测量轴承的摩擦系数和磨损量，并测定了轴承的开环强度，研究了磷含量对青铜基含油轴承的摩擦性能和力学性能的影响，获得一定工作条件下轴承配方和烧结工艺参数。结果表明：随着磷含量的增加，含油轴承的磨损量降低，力学性能提高，但磷含量过高时，轴承的含油率降低并低于轴承最低标准；随着烧结温度的增加，试样力学性能提高，但摩擦因数不稳定。当磷质量分数为0.7%、烧结温度为650 ℃时，含油轴承拥有良好的综合性能，开环强度和含油率分别为22 MPa和13.52%，摩擦因数稳定，呈最佳烧结状态。

等距螺旋锥齿轮的精确建模与金属粉末注射成型工艺试制

刘赣华, 唐乃夫, 汪啟

2024, 42(2): 207-214. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021100012

摘要(195) HTML(34) PDF(6)

摘要:
等距螺旋锥齿轮作为一种新型锥齿轮，其螺旋齿面具有法向等距的特点，适用于金属粉末注射成型工艺批量化生产。根据坐标变换理论推导出球面渐开线和等距圆锥螺旋线的参数方程，再基于齿面形成原理建立齿面数学模型；在MATLAB中对齿面数学模型编程计算出齿面离散点坐标，并通过UG逆向工程完成等距螺旋锥齿轮的精确建模；利用ANSYS仿真分析等距螺旋锥齿轮的啮合接触，得出齿轮的传动性能；最后通过金属粉末注射成型工艺完成等距螺旋锥齿轮的试制。研究结果表明，齿面数学模型结合离散点逆向建模可确保模型的精度，金属粉末注射成型工艺可用于等距螺旋锥齿轮的批量化生产。