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2019年 24卷 2期
出版日期：2019-04-15
工艺技术
95
多次激光熔覆工艺对铁基合金涂层组织和性能的影响
伏利, 黄欢欢, 陈小明, 刘伟, 赵坚, 张磊, 周夏凉
利用多次预置式铺粉激光熔覆技术,在Q235钢基底表面制备FeCoCrNiAlTiSi铁基合金涂层;通过XRD、SEM、显微硬度、电化学测试等对涂层的晶体结构、微观形貌、显微硬度以及电化学性能进行测量和分析。结果表明,多次激光熔覆后涂层内的成分主要为Fe
50
Co
10
Cr
10
Ni
10
Al
1
Ti
1
Si
10
,结构由BCC转变为FCC,并伴有富(Al, Ni)相,显微硬度值均高于基底材料,接近700 HV,过钝化电位延伸至0.212 V,腐蚀电流密度为1.69×10
-6
A/cm
2
。
2019 Vol. 24 (2): 95-99 [
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100
热压法制备超细晶WC-Al
x
CrFeCoNi复合材料及其组织与性能
周盼龙, 肖代红, 周鹏飞, 余永新, 袁珉慧
采用氩气雾化法制备Al
x
CrFeCoNi(
x
=0.5, 1)高熵合金粉末,与WC粉末混合高能球磨,获得WC-Al
x
CrFe CoNi复合粉,然后热压成块体复合材料。用X射线衍射仪、扫描电镜、维氏硬度测试以及电化学腐蚀实验等,对复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为等进行表征。结果表明,用Al
x
CrFeCoNi高熵合金替代Co作为粘结相可抑制WC晶粒生长,起到细化晶粒的作用。与传统WC-10Co合金相比,超细晶WC-Al
x
CrFeCoNi复合材料的硬度更高,同时具有良好的断裂韧性。其中的WC-10AlCrFeCoNi复合材料的硬度(HV)最高,达20.3 GPa,WC-10Al
0.5
CrFeCoNi具有最大断裂韧性,为12 MPa·m
1/2
。WC-10Al
x
CrFeCoNi复合材料相较于WC-10Co传统硬质合金具有更好的耐腐蚀性能。
2019 Vol. 24 (2): 100-105 [
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106
粉末冶金Ti-Zr牙科修复材料的结构与性能
王葆奇, 张桃梅, 汪建英, 杨海林, 阮建明
采用真空烧结法制备粉末冶金Ti-
x
Zr合金(
x
为质量分数,%。
x
=15,25,35,45),借助X射线衍射仪、光学显微镜、维氏硬度计、万能试验机、滚动摩擦磨损试验机、电化学工作站等仪器和实验设备,对Ti-Zr合金的物相组成、微观组织、力学性能、摩擦磨损性能以及抗腐蚀性能进行分析和测试,并在Ti-Zr合金表面接种培养肉骨瘤成骨细胞(MG-63),借助扫描电镜观察细胞的生长形态,对Ti-Zr合金的生物相容性进行分析与研究。结果表明,Ti-Zr合金由α相和α′相组成,弹性模量较纯Ti明显降低,在53.5~59.3βGPa之间,与人体骨组织较匹配,MG-63细胞在Ti-Zr合金表面呈现良好的生长形态。Ti-Zr合金的力学性能、摩擦磨损性能与抗腐蚀性能较纯钛都有较大的提升,且Zr含量越大,性能越好。其中Ti-45Zr合金具有最高的硬度(HV为525)β、最高抗压强度(1 599.9βMPa)、最高腐蚀电位
E
corr
(-0.255βV)及最低的体积磨损量(0.078 3βmm
2
)和摩擦因数(0.3~0.4),是最理想的牙科修复材料。
2019 Vol. 24 (2): 106-111 [
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112
放电等离子烧结制备7056铝合金的组织与性能
黄兰萍, 何军, 李松, 陈送义, 陈康华
采用氮气雾化法制备Zr质量分数为0.25%的7056铝合金粉末,然后通过放电等离子烧结技术制备超高强7056铝合金,研究烧结温度对合金致密性、微观组织和力学性能的影响。结果表明：气雾化法制备的7056铝合金粉末组织为枝晶结构,平均粒度为43.4 μm,晶粒尺寸为1~2 μm,晶界处存在明显的溶质元素偏聚。放电等离子烧结的7056铝合金接近全致密。随烧结温度升高,合金的压缩屈服强度先增大后减小,在烧结温度为480 ℃时,强度最高,为284.7 MPa。经过固溶时效处理后,合金强度显著提高,烧结温度为420 ℃的合金,时效后强度达到575.9 MPa。时效态合金的强度随烧结温度升高而降低。
2019 Vol. 24 (2): 112-119 [
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120
无金属粘结相TiCN基金属陶瓷在NaOH溶液中的电化学腐蚀行为
肖桥平, 张立, 罗国凯, 崔焱茗, 吴厚平, 黄龙
采用放电等离子烧结技术制备TiC
0.4
N
0.6
,TiC
0.7
N
0.3
,TiC
0.7
N
0.3
-29WC-12TaC和TiC
0.7
N
0.3
-29WC-12TaC- 2Mo
2
C等4种无金属粘结相金属陶瓷,材料的相对密度≥98.5%;扫描电镜观察结果表明,TiC
0.4
N
0.6
金属陶瓷的晶粒较其它3种的晶粒明显粗大。采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱,研究4种材料在浓度为0.1 mol/L的NaOH溶液(pH=13)中的电化学腐蚀行为。结果表明,4种材料在NaOH腐蚀介质中的耐腐蚀性排序为TiC
0.7
N
0.3
>TiC
0.7
N
0.3
-29WC-12TaC>TiC
0.7
N
0.3
-29WC-12TaC-2Mo
2
C>TiC
0.4
N
0.6
;原料中氮含量增加和金属碳化物的添加均会导致金属陶瓷耐腐蚀性能降低;在一定条件下,无金属粘结相的TiCN金属陶瓷材料在碱性介质中可形成含氧化合物的表面钝化膜,导致腐蚀过程中出现伪钝化现象。4种无金属粘结相TiCN金属陶瓷材料中,TiC
0.7
N
0.3
的耐腐蚀性能最优,相对密度最高,达到99.5%。
2019 Vol. 24 (2): 120-128 [
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129
CVD碳粉含量对铜基粉末冶金离合器材料性能的影响
王秀飞, 李丙菊, 张翔, 易旭, 王斌, 谭周建
以化学气相沉积(CVD)法制备的C/C复合材料切削碎屑作为碳粉来源,采用粉末冶金方法制备不同碳粉质量分数的铜基粉末冶金摩擦材料,利用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)分析材料摩擦表面的微观结构和成分, 并研究该材料的力学性能和摩擦磨损性能。研究结果表明：CVD碳粉-铜基粉末冶金材料的布氏硬度、密度、抗压强度均随化学气相沉积碳粉含量的增大而减小,开孔隙率随碳粉含量的增加而增大;CVD碳粉为光滑层热解炭,CVD碳粉质量分数为1%~2%的CVD碳粉-铜基粉末冶金样品的主要磨损机理为磨粒磨损,质量分数为3%~5%的CVD碳粉-铜基粉末冶金样品的磨损机理为磨粒磨损和剥层磨损共同作用。
2019 Vol. 24 (2): 129-136 [
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137
水热法制备酚醛树脂球模板尺寸对ZnFe
2
O
4
空心球磁性能的影响
王志龙, 葛毅成, 冉丽萍, 易茂中
以间苯二酚和甲醛为反应剂,氨水为催化剂,无水乙醇为分散剂,采用水热法制备酚醛树脂球,然后以酚醛树脂球为模板,以硝酸铁和硝酸锌为原料,制备ZnFe
2
O
4
铁氧体空心球。对酚醛树脂球的结构、形貌和粒度以及ZnFe
2
O
4
球的晶体结构、化学组成、微观形貌与磁性能进行表征,研究模板球尺寸对锌铁氧体磁性能的影响。结果表明：随搅拌速度增加或甲醛用量减少,酚醛树脂球的尺寸减小。通过控制反应体系中原料的比例和用量,可得到不同尺寸、表面光滑、球形度高、尺寸均一、单分散性好,表面含有大量羟基官能团的酚醛树脂球。ZnFe
2
O
4
为结晶良好的立方尖晶石型结构,为规则的空心球,分散性好、尺寸均一。随模板尺寸减小,ZnFe
2
O
4
球的尺寸逐渐减小,呈现出铁磁性向顺磁性的转变,饱和磁化强度(
M
s)增加。当模板尺寸为271.8 nm时,ZnFe
2
O
4
纳米空心球的饱和磁化强度为5.4 (A·m
2
)/kg。
2019 Vol. 24 (2): 137-146 [
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147
热处理对PAN基炭纤维微观结构和力学性能的影响
徐一溪, 杨丰豪, 王喜云, 易茂中
在1 000~1 800 ℃温度范围内热处理PAN基炭纤维,采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、单纤维拉伸等测试手段对炭纤维的微观结构和力学性能进行表征。结果表明：随热处理温度升高,炭纤维中的氮元素含量不断下降,炭纤维的表面粗糙度先减小后增大。石墨微晶由乱层结构逐渐转变为三维有序结构,相邻石墨微晶的合并导致石墨微晶的连续性明显提高。炭纤维表皮区域的微观结构和缺陷控制着炭纤维裂纹的萌生和扩展。由于石墨微晶之间交联作用的改善,1 200 ℃和1 400 ℃处理后,炭纤维的拉伸强度分别为4.68 GPa和4.59 GPa,高于原始炭纤维的拉伸强度。炭纤维的拉伸强度主要受炭纤维表皮区域缺陷数量,石墨微晶之间的交联作用和相界面残余应力的影响。
2019 Vol. 24 (2): 147-153 [
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154
放电等离子烧结K403镍基高温合金渗铝层的制备及性能
蒋俊, 李瑞迪, 袁铁锤, 王越, 王敏卜
根据电场对原子扩散的促进作用,结合放电等离子烧结快速升降温的优点,实现镍基高温合金的快速渗铝,并研究渗铝温度对K403镍基高温合金渗铝组织结构的影响,以及渗铝后材料的高温抗氧化性能和摩擦磨损性能。结果表明,900 ℃渗铝30 min,获得了厚度约为109 μm的渗铝层,属于低温高活度渗铝;1 000 ℃的渗铝层厚度约为89 μm,属于高温低活度渗铝。经1 000 ℃氧化后,质量增加速率从未经处理镍基高温合金的2.5 mg/cm
2
下降到渗铝镍基高温合金的1.3 mg/cm
2
,降低48%。同时摩擦因数从1.2减小至0.6,降低50%。体积磨损率从4.08%下降至0.392%,降低90.4%。
2019 Vol. 24 (2): 154-160 [
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161
工艺过程对火花塞用GH600镍基高温合金组织与抗氧化性能的影响
王宗昊, 姚萍屏, 陶顺强, 陈招科, 赵建, 赵林
采用铸造-电渣重熔-锻造-拉拔工艺制备火花塞用GH600镍基高温合金,研究工艺过程对合金的显微组织、抗氧化性能尤其是氧化膜物相及结构的影响。结果表明,铸造合金晶粒较粗大,并存在许多孔洞和杂质;电渣重熔能净化合金、减少缩孔;锻造和拉拔使得合金晶粒逐步细化。铸造合金的表面氧化膜不完整且易剥落,在900 ℃氧化100 h后的质量增加量为1.74 mg/cm
2
,随着电渣重熔、锻造、拉拔工艺的进行,氧化膜变得完整致密,锻造合金和拉拔合金表面均出现结节状氧化物,抗氧化性能逐渐提高,电渣重熔、锻造、拉拔合金氧化后的质量增加量分别降低到1.17,0.71和0.51 mg/cm
2
。铸造、电渣重熔和锻造合金表面形成双层结构氧化膜,外层主要为NiO和NiFe
2
O
4
,内层为Cr的富集层。拉拔合金表面形成双层结构氧化膜后,其内部又形成类似的双层氧化膜,最终形成4层结构的氧化膜。
2019 Vol. 24 (2): 161-167 [
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168
基于复合电镀工艺的金刚石-硬质合金复合材料的制备与表征
罗国凯, 张立, 崔焱茗, 刘涛, 肖桥平, 黄龙, 吴厚平
采用落砂法在WC-10Co硬质合金基体表面复合电镀Ni-金刚石镀层,采用循环伏安法研究主盐浓度、温度和pH值对Ni形核过电位的影响,优化复合电镀工艺参数。在此基础上,研究基体预处理方式对上砂量,即金刚石面积分数的影响。采用热震试验测试复合镀层与硬质合金基体以及金刚石与Ni基体之间的结合强度。结果表明,在主盐浓度280 g/L,温度40 ℃,pH值4,电流密度0.015 A/cm
2
,金刚石浓度2.3 g/L的工艺条件下,共沉积Ni和W10金刚石微粉(粒径约为10 μm),可以获得组织致密,结合性能良好,金刚石颗粒分布均匀的镀层。对基体进行1 500目金刚石抛光和化学腐蚀处理后,镀层中金刚石面积分数可达36.9%。
2019 Vol. 24 (2): 168-175 [
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176
复合添加Yb,Zr,Ti对超高强Al-Zn-Mg-Cu合金组织和力学性能的影响
方华婵, 朱佳敏, 陈卓, 刘滩
采用铸锭冶金法制备分别复合添加Yb-Zr,Zr-Ti,Yb-Ti和Yb-Zr-Ti的4种Al-Zn-Mg-Cu合金,通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜观察,结合硬度和强度测试,对比研究这4种合金的热挤压态与固溶-时效态组织和力学性能。结果表明：复合添加Yb-Ti的Al-Zn-Mg-Cu合金,在热挤阶段即形成明显的亚晶界。经固溶处理后,复合添加Yb-Ti和Zr-Ti的合金发生明显的再结晶,而复合添加Yb-Zr和Yb-Zr-Ti的合金由于析出大量尺寸为10~20 nm、共格的Al
3
(Zr,Yb)弥散相,抑制再结晶效果明显。复合添加Yb-Ti的Al-Zn-Mg-Cu合金中析出了微米级Al
8
Cu
4
Yb和Al
20
Ti
2
Yb相,诱发基体再结晶。完全未再结晶的Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Zr合金具有最高的力学性能和断裂韧性,抗拉强度、屈服强度、伸长率和断裂韧性分别为721.9 MPa,711.5 MPa,9.7 %和29.3 MPa·m
1/2
,呈现完全的韧窝型断裂特征,完全再结晶的Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Ti合金力学性能最低,断裂方式为完全的沿晶断裂。
2019 Vol. 24 (2): 176-187 [
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188
C
f
/Cu/C复合材料的抗弯性能
张欢, 尹健, 熊翔, 张红波, 徐亚楠, 杨鹏翱
分别以无纬布/网胎/铜网(A型)和网胎/铜网型(B型)预制体为增强体,采用化学气相渗透和树脂浸渍-炭化法增密制备以热解炭/树脂炭为基体的3种炭纤维混杂铜网增强炭基体(C
f
/Cu/C)复合材料,热解炭在热解炭/树脂炭基体中的体积分数分别为38%(M1)、29%(M2)、19%(M3)。选用Instron3369型材料试验机测试材料的抗弯强度。研究预制体类型和热解炭含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,预制体类型和热解炭含量是影响复合材料抗弯强度的重要因素。在垂直和平行方向上,A型预制体及B型预制体试样的抗弯强度都随热解炭含量的降低而降低。且对同一试样,垂直方向的抗弯强度均优于平行方向上的抗弯强度,但差异较小;A型C
f
/Cu/C复合材料较B型C
f
/Cu/C复合材料有更高的抗弯强度。弯曲断裂时,炭纤维从热解炭和树脂炭层中拔出,断口呈台 阶状。
2019 Vol. 24 (2): 188-194 [
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195
石墨表面改性对铜基摩擦材料组织与性能的影响
刘滩, 肖鹏, 方华婵, 李金伟, 朱佳敏, 陈卓, 邬君博
分别以天然鳞片石墨和通过酚醛树脂表面包覆的石墨作为润滑组元,采用粉末冶金法制备铜基摩擦材料,研究石墨表面改性对铜基摩擦材料显微组织、物理性能、力学性能以及不同制动转速下摩擦磨损性能的影响。结果表明,与天然鳞片石墨/铜基摩擦材料相比,以树脂包覆石墨粉为原料制备的铜基摩擦材料中,石墨分布更均匀,铜基体更致密,材料密度提高,开孔率降低,抗弯强度和抗压强度增大;当制动速度为5 500 r/min时,树脂包覆石墨/铜基摩擦材料制动10次的磨损量降低24%,对偶磨损量降低40%,制动时间缩短11%;在摩擦过程中材料的变形和破坏现象明显减少,摩擦磨损性能提高。
2019 Vol. 24 (2): 195-204 [
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