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2025年 30卷 1期
出版日期：2025-02-15
工艺技术
工艺技术
1
基于Si
3
N
4
@MgSiN
2
核壳结构粉体制备β-Si
3
N
4
晶须
王为得, 刘一铭, 潘勇, 莫勇, 王伟明, 马青松
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024078
一维单晶β-Si
3
N
4
晶须兼具优异的热学、力学、耐高温、耐腐蚀等性能,广泛用作树脂基、金属基及陶瓷基的增强体材料。以氧化物为烧结助剂制备的β-Si
3
N
4
晶须存在残留杂质多、长径比低等不足,限制了其增强效果。本研究借助熔盐法在较低温度下制备壳层厚度可控的Si
3
N
4
@MgSiN
2
核壳结构粉体,再以此粉体为原料烧结制备β-Si
3
N
4
晶须,采用X射线衍射仪、能谱仪和扫描电子显微镜研究粉体和晶须的物相组成和微观形貌。结果表明：在高温下,α-Si
3
N
4
在壳层MgSiN
2
形成的液相中通过“溶解析出”机制实现相转变和Ostwald熟化,形成了高长径比的β-Si
3
N
4
晶须。升高烧结温度及提高原料中Mg/Si
3
N
4
质量比均可增强液相中的扩散传质,有利于晶须沿[001]方向生长,表现为晶须的长度和长径比增大。同时,MgSiN
2
在高温下不稳定的特性促使其分解为Mg、N
2
及Si
3
N
4
,保证了晶须的高纯度。因此,在1 750 ℃烧结1 h可制备高纯度、高长径比、易分散的β-Si
3
N
4
晶须。本研究提出的晶须新型制备策略经济可行,为高性能β-Si
3
N
4
晶须的制备提供了新途径。
2025 Vol. 30 (1): 1-10 [
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11
TiC含量对激光熔覆Inconel 718复合涂层组织和性能的影响
卢盛儒, 仝永刚, 胡永乐, 伍鹏飞, 吉希希, 王开明
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024082
为提高镍基合金熔覆层的高温耐磨性,本文采用激光熔覆技术制备TiC强化Inconel 718复合熔 覆层,通过扫描电子显微镜、能谱仪、超景深显微镜和球-盘式高温摩擦磨损试验机等,探究TiC含量对Inconel 718复合熔覆层组织结构及高温摩擦行为的影响。结果表明：加入TiC后,复合熔覆层内部形成(Nb,Ti)C、NbC和不同尺度的TiC颗粒,复合熔覆层的晶粒细化。
w
(TiC)=30%的复合熔覆层硬度(HV
0.2
)最高,达到660.0,相较于Inconel 718熔覆层(264.0)提升了150.0%;在室温条件下,复合熔覆层的体积损失量相较于Inconel 718熔覆层降低了93.4%;在高温环境下,复合熔覆层仍具有优异的耐磨性能,体积损失量为0.83×10
8
μm
3
。随TiC含量增加,熔覆层的磨损机制由磨料磨损转变为黏着磨损。熔覆层的硬度和室温与高温耐磨性能的提升归因于不同尺度碳化物增强相的形成和晶粒细化。
2025 Vol. 30 (1): 11-21 [
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22
冷变形与退火对原位碳纳米片/铜复合材料组织和力学性能的影响
樊磊磊, 刘颖, 要宇鹏, 涂瑞博, 吴艳霞, 王剑, 敬霖, 张彩丽
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024084
铜基体组织调控是突破碳纳米片/铜复合材料强度-塑性倒置关系的有效途径。本文采用粉末冶金技术原位合成碳纳米片/铜复合材料,并对其进行冷轧变形和退火处理,探究冷轧变形及退火温度对原位碳纳米片/铜复合材料微观组织和力学性能的影响及作用机制。结果表明：在轧制过程中,原位碳纳米片/铜复合材料中铜基体的晶粒尺寸随变形量增加而减小,形成{110}〈113〉织构,同时位错密度也显著增大。在晶粒细化、形变织构和位错强化的共同作用下,原位碳纳米片/铜复合材料的强度显著提高,尤其是变形量为40%时,增强效果最明显,复合材料的屈服强度、抗拉强度分别达到332 MPa、375 MPa,较未变形的复合材料分别提高了73.8%和22.1%,但由于织构的形成,复合材料的塑性变形能力降低,伸长率仅保持在6.7%。退火后,由于铜基体内的位错回复或再结晶,晶粒取向也更加均匀,冷变形碳纳米片/铜复合材料的强度略有降低,但塑性回升,在200 ℃时表现出最佳的强度与塑性匹配。此时,复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到284 MPa、373 MPa和10.6%,其抗拉强度较初始态提高了21.5%,而伸长率仅降低2.1%。
2025 Vol. 30 (1): 22-34 [
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35
镁热还原-酸洗制备钽粉工艺中粉体的演变规律
程越伟, 陈熠, 王瑞芳, 邢奕辰, 韩正豪, 车玉思, 何季麟
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024085
目前钠还原氟钽酸钾制备的钽粉无法满足高端电容器对钽粉形态均匀性和氧含量的要求。本文利用镁还原氧化钽-酸洗工艺制备钽粉,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、激光粒度仪、氧氮氢分析仪和电感耦合等离子体发射光谱仪等,研究还原产物酸洗前后的物相组成、微观形貌、元素含量,以及钽粉的粒度分布。结果表明：钽粉颗粒遗传了原料的形貌。当
n
(Mg)∶
n
(Ta
2
O
5
)=5∶1时,由于钽晶粒较细小且具有较高活性,部分钽粉在酸洗过程中吸氢演变为Ta
2
H,此时还原剂镁不足,未反应的Ta
2
O
5
与MgO形成难以与钽粉分离的Mg
4
Ta
2
O
9
;当
n
(Mg)∶
n
(Ta
2
O
5
)=7.5∶1时,氧化钽被完全还原为钽;当
n
(Mg)∶
n
(Ta
2
O
5
)=10∶1时,钽粉中氧的质量分数降低至0.58%,且形态均匀性明显提升。
2025 Vol. 30 (1): 35-41 [
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42
ZrC-AlN强化Mo基复合材料的制备和性能
严春雷, 宋东及, 任俊业
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024087
针对新一代耐高温、抗辐照、抗氧化、高强韧热结构材料的应用需求,通过三维干法球磨,冷等静压制坯,高温氩气气氛烧结制备不同ZrC-AlN含量的Mo基复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和同步热分析仪等,研究陶瓷含量对复合粉末分散性以及复合材料微观结构、氧化行为和性能的影响。结果表明：通过三维干法球磨可获得均匀分散的金属陶瓷复合粉末。从室温到1 200 ℃氧化后,随陶瓷相含量增加,复合材料的质量损失率大幅降低,抗氧化陶瓷相的引入改善了复合材料的抗氧化性能。陶瓷相引入后,复合材料的抗压强度大幅升高,最高达1 315.8 MPa,相比纯Mo提高约一倍,这是因为硬度高、模量大、不易压缩的陶瓷相增强了复合材料的抗压性能。然而,闭孔、界面反应、各物相自身力学性能的综合作用使复合材料抗弯强度降低。
2025 Vol. 30 (1): 42-50 [
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51
银基合金滑环真空载流摩擦特性
张淑敏, 刘兰英, 于义德, 王宇鹏, 刘帅, 刘清凯
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024092
为优化银基滑环摩擦副选材,本研究选取AgCu合金、AgCuNi合金和Ag基复合材料作为环体材料,将其与Ag基、Au基刷丝组成摩擦副,进行真空载流寿命实验,采用示波记录仪、数码显微系统、扫描电子显微镜等研究不同摩擦副的电接触性能、磨损表面形貌、磨屑形貌及成分。结果表明：AgCu合金、AgCuNi合金与Ag基、Au基刷丝对磨后均会产生细长丝状的磨屑,其形貌多呈层状挤压特征。在Ag合金环体中引入WS
2
、MoS
2
二维材料可以改变磨屑形态,形成灰黑色细小薄片状磨屑,从而在材料源头避免了丝状磨屑的产生,有效降低磨屑引发的滑环短路风险。
2025 Vol. 30 (1): 51-59 [
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60
Fe-Mn-Al-Ni-C轻质钢的光热转换性能
李诗瑶, 章飞, 陈梅洁, 李开洋, 熊志平, 宋旼, 王章维
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024094
本文结合表面刻蚀和原位氧化工艺,采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、光纤光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪等,通过调控氧化温度研究Fe-Mn-Al-Ni-C轻质钢表面氧化产物的变化及其对光热转换性能的影响。结果表明：相较于单一原位氧化工艺,增加刻蚀预处理能促进纳米片状氧化物的生成,有效提高合金的光热转换性能。刻蚀后,随着氧化温度从300 ℃上升到400 ℃,氧化物尺寸增大,合金的光热转换性能提高;在400 ℃氧化2 h后,合金的太阳能吸收率和光热转换效率分别达到峰值96.1%和90.2%;当氧化温度升至500 ℃,热膨胀系数不匹配导致热应力增大,合金表面生成的氧化层轻微脱落,因此材料的光热性能开始下降;600 ℃氧化后,氧化层的严重脱落和Al
2
O
3
的生成使得光热性能进一步下降。
2025 Vol. 30 (1): 60-70 [
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71
冷冻铸造-压力浸渗制备仿贝壳层状结构Al/Al
2
O
3
复合材料及其性能研究
杨立凯, 吕博梁, 岑俊池, 林巧力, 石玗
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024096
受自然材料如珍珠贝的高性能得益于其独特层状结构的启发,结合仿生学理念,本文通过冷冻铸造-压力浸渗技术制备仿贝壳层状结构Al/Al
2
O
3
复合材料。采用扫描电子显微镜和材料试验机研究玄武岩烧结助剂和烧结温度对多孔Al
2
O
3
骨架微观结构和抗压强度的影响,采用X射线断层扫描仪观察分析复合材料的微观结构和物相体积分数。结果表明：多孔Al
2
O
3
骨架具有孔道与陶瓷交替排列的层状结构。该结构的形成机理依赖于冰晶的定向生长,冰晶在生长过程中将陶瓷颗粒推到两侧,形成定向层状结构。加入玄武岩助烧剂或提高烧结温度,可显著提高陶瓷骨架的体积收缩率和抗压强度。Al/Al
2
O
3
界面可以建立化学键合,使熔体与骨架有效复合。Al/Al
2
O
3
复合材料具有高致密度,呈现出精细的层状结构,较大程度上实现了仿贝壳结构的设计目标。
2025 Vol. 30 (1): 71-78 [
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