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2020年 25卷 4期
出版日期：2020-08-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
273
高纯铼及其化合物的制备与应用研究进展
张家润, 刘智勇, 刘志宏, 李启厚
铼具有耐高温、耐腐蚀等优异特性,在高温合金、航空航天、石油化工等领域得到广泛应用。本文介绍高纯铼及其化合物的各种制备技术,并分析沉淀结晶法、离子交换法、溶剂萃取法等制备高纯高铼酸铵的优缺点及发展趋势,论述氢还原法、等离子体法、电解法和气相沉积法制备高纯铼粉的研究进展,展望铼在合金中的应用前景。
2020 Vol. 25 (4): 273-279 [
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理论研究
280
Ti-Al-Nb三元体系50Ti-
x
Al-
y
Nb的垂直截面
赵云, 刘立斌, 杨家俊, 章立钢
采用真空熔炼法制备Ti-Al-Nb三元合金样品,分别在1 000,900和800 ℃的炉中退火720,1 440和2 160 h后,快速淬火以保留高温组织。使用X射线衍射分析(XRD),差热分析(DSC)和电子探针显微分析(EPMA)研究Ti-Al-Nb系统中50Ti-
x
Al-
y
Nb的垂直截面。重点检测了中温区域(800~1 000 ℃)的相区变化,实际测得5个三相平衡区：σ+β+α
2
,σ+O+α
2
,α
2
+γ+β,α
2
+γ+σ以及α
2
+σ+τ;2个两相平衡区：β+O和α
2
+γ;以及2个单相区：γ和β。
2020 Vol. 25 (4): 280-287 [
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288
极端应变率下钨孔洞演化及其力学响应的分子动力学模拟
百晓丹, 陈逊, 马运柱, 刘文胜, 梁超平
采用分子动力学模拟研究单晶钨在极端应变率下单轴压缩时孔洞的演化及其对力学性能的影响,结果表明：钨的屈服强度和弹性模量都随孔径增大而降低。具有不同孔径孔洞的钨材料,其力学性能随应变率变化的规律一致,孔洞的存在推迟了钨在极高应变率下的非晶化转变,转变点由$\dot{\varepsilon }$≥10
10
s
-1
提高到$\dot{\varepsilon }$≥5×10
10
s
-1
。在非晶化转变点前($\dot{\varepsilon }$≤10
10
s
-1
)压缩变形时,孔洞处先由剪切力最大的滑移系发射1/2[111]位错环,接着其他面发射位错环,当位错环运动到其他滑移面时,1/2[111]螺位错分解,在原滑移面上留下1/6$[11\bar{1}]$不全位错,形成(112)$[\bar{1}\bar{1}1]$变形孪晶,最终孔洞在位错和孪晶的共同作用下发生坍塌,导致材料失效。
2020 Vol. 25 (4): 288-295 [
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工艺技术
296
球磨时间对M2粉末冶金高速钢组织与力学性能的影响
杨军浩, 刘如铁, 熊翔, 栾怀壮, 郝彦荣, 杨宝震, 陈洁
以羰基铁粉与碳化物粉末为原料,经过0~72 h高能球磨后双向压制成形,然后于1 205 ℃烧结1 h,制得M2粉末冶金高速钢,研究球磨时间对M2钢的碳氧含量、显微组织与力学性能的影响。结果表明,随球磨时间延长和原料混合粉末粒径减小,M2钢的氧含量显著提高,由于碳热反应,碳含量显著降低。M2钢的物相主要为Fe,M
6
C,M
2
C与MC相,随球磨时间延长,亚稳态M
2
C型碳化物减少,M
6
C与MC型碳化物增多。随球磨时间延长,M2钢的晶粒与碳化物尺寸变得细小,碳化物分布更均匀,M2钢的相对密度、硬度以及抗弯强度均明显提高。在球磨72 h条件下制备的高速钢相对密度为99.3%,硬度(HRC)和抗弯强度分别为50.6和2 852 MPa。
2020 Vol. 25 (4): 296-303 [
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304
氮气烧结金属注射成形17-4PH不锈钢的组织与性能
王越, 李瑞迪, 袁铁锤
采用全程氮气烧结工艺,分别在1 260,1 290和1 305 ℃烧结制备MIM 17-4PH不锈钢,分析和测试不锈钢的组织与性能,并与常规的真空烧结+氩气分压烧结法制备的MIM 17-4PH不锈钢进行对比。结果表明：在全程氮气气氛下烧结17-4PH不锈钢,渗氮效果较好。与真空烧结+氩气烧结不锈钢相比,全程氮气烧结的17-4PH钢的致密度有所降低,但晶粒明显细化,并出现新的组织,奥氏体含量随烧结温度升高而降低。1 290 ℃氮气烧结的MIM 17-4PH不锈钢,致密度较高,渗氮效果好,晶粒细小,并有均匀分布的细小第二相,具有良好的综合力学性能。与真空烧结+氩气烧结的MIM 17-4PH不锈钢相比,该不锈钢的抗拉强度从900 MPa显著提高到1 158 MPa,伸长率从6%大幅增加至约10%,截面硬度(HRC)从20.2提高到28.0。
2020 Vol. 25 (4): 304-311 [
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312
Cr含量对NiCrMoCu多孔材料高温氧化行为的影响
邹浩然, 李喜德, 张绰, 杨军胜, 贺跃辉
以Ni、Cr、Mo、Cu元素粉末为原料,采用活化反应烧结方法制备NiCrMoCu多孔材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能谱仪(EDS)、孔径测试仪等手段表征多孔材料在800 ℃高温氧化前后的物相组成、孔隙形貌、元素价态、元素含量及孔结构等。结果表明：NiCrMoCu多孔材料的氧化质量增加量和透气度下降率随Cr含量增加,呈现先减小后增加的趋势,当Cr含量达到35%时,氧化20h,其质量增加量最小,为7.31 mg/cm
2
,透气度下降率为23.41%。当Cr含量为10%到35%时,材料表面成分以Cr
2
O
3
为主,继续增大Cr含量至40%,其氧化物以Cr
2
O
3
和NiCr
2
O
4
为主。合金化元素Cr的添加,有利于在表面生成致密Cr
2
O
3
薄膜,阻止空气继续渗入合金基体产生进一步氧化,Cr含量继续增加,生成蓬松结构的NiCr
2
O
4
使氧化加重。
2020 Vol. 25 (4): 312-320 [
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321
纳米SiC对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织与性能的影响
龚涤凡, 李詠侠, 杨海林, 邹丹, 刘艳军
以Ti(C,N),WC,Mo
2
C,TaC和Cr
2
C
3
等粉末为主要原料,Co和Ni作为粘结剂,添加0~11%(体积分数)的纳米SiC粉末作为增强相,制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究SiC含量对陶瓷材料显微组织、力学性能和高温抗氧化性能的影响。结果表明,少量SiC不会改变金属陶瓷原有的相结构,而随SiC含量增加,环形相的完整性下降,硬质相的平均晶粒尺寸减小。SiC体积分数为5%的Ti(C,N)基金属陶瓷综合性能较优异,硬度(HRA)为88.8,抗弯强度为2 280 MPa,断裂韧性为13.22×10
3
kN·m
-3/2
。添加SiC可增强Ti(C,N)基金属陶瓷的高温抗氧化性能,氧化后材料表面生成致密的SiO
2
膜层。
2020 Vol. 25 (4): 321-329 [
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330
LaB
6
对Ti(C,N)基金属陶瓷致密化及组织与性能的影响
黄建华, 张鹛媚, 康希越, 吝楠, 颜焰, 邱嵩, 刘毅, 贺跃辉
采用传统粉末冶金法制备不同LaB
6
添加量的Ti(C,N)基金属陶瓷材料,研究LaB
6
及其添加量对金属陶瓷致密化过程、显微组织与力学性能的影响。结果表明,添加LaB
6
能加速材料的致密化,尤其是对提高固相烧结过程中材料的致密化速率有显著作用;所制备试样的组织均为典型的核壳结构,但随LaB
6
添加量增加,生成的缺碳相增加;同时,LaB
6
能促进Ti(C,N)颗粒向粘结相中固溶,使得材料中Ti(C,N)的平均粒径随LaB
6
添加量增加而下降。添加质量分数为0.01%的LaB
6
金属陶瓷材料具有较优的力学性能,其硬度达92.07 HRA,断裂韧性和抗弯强度分别为12.09 MPa/m
1/2
和1 470.85 MPa。
2020 Vol. 25 (4): 330-337 [
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338
镁铝尖晶石对95氧化铝陶瓷显微结构与力学性能的影响
方豪杰, 刘秋宇, 贺亦文, 郭伟明, 张晓云, 朱林林, 曾超, 林华泰
在95氧化铝陶瓷粉末中添加6%(质量分数)镁铝尖晶石(MgAl
2
O
4
)粉末,于1 550 ℃分别烧结2 h和4 h,制备95氧化铝陶瓷材料。用扫描电镜和X射线衍射仪对陶瓷的形貌和物相组成进行观察和分析,并测试材料的硬度,研究镁铝尖晶石对95氧化铝陶瓷显微结构和力学性能的影响。结果表明,不含MgAl
2
O
4
颗粒的Al
2
O
3
陶瓷晶粒较粗大,密度较低,延长保温时间可提高陶瓷的致密度和硬度。烧结2 h和4 h得到的纯95氧化铝陶瓷,维氏硬度分别为12.6±0.4 GPa和14.7±0.4 GPa;加入6%MgAl
2
O
4
后,陶瓷晶粒细化,且致密度提高,烧结2 h和4 h的陶瓷硬度分别提高到13.5±0.4 GPa和15.5±0.9 GPa。
2020 Vol. 25 (4): 338-343 [
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344
放电等离子烧结Ti-1Al-8V-5Fe合金的致密化机理
李文杰, 曾凡浩, 李磊, 王紫微, 刘红浩, 彭奕瑞, 古一
以TiH
2
粉、FeV
80
合金粉、Al粉和 Fe粉为原料,采用放电等离子烧结法(烧结温度为800~1 200 ℃,保温时间为10 min),制备Ti-1Al-8V-5Fe(Ti185)合金,通过烧结致密化曲线和采用成熟的蠕变模型准确评估有效应力指数(
n
)和致密激活能(
Q
d
),研究致密化机理。结果表明,在较低温度下(800~1 000 ℃)烧结时,合金快速致密,无明显晶粒长大;当烧结温度达到1 100 ℃后,合金缓慢致密,晶粒明显长大。在800~1 000 ℃烧结时,保温前期为致密阶段,具有低的有效应力指数
n
和表观激活能
Q
d
(
n
=1,
Q
d
=52 kJ/mol),为低有效应力阶段,晶界扩散控制致密化过程;保温后期为较高的有效应力阶段,
n
=3,
Q
d
=175.7 kJ/mol,材料的致密化机制由位错攀移所控制。
2020 Vol. 25 (4): 344-351 [
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352
TNZS基生物材料的体外组织相容性
赵倩
以Ti,Nb,Zr,Sn,Cu,Ag,Co等单质粉末为原料,采用高能球磨-模压成形-真空烧结工艺制备Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金(简称TNZS合金),以及分别含有5%(质量分数)的Cu,Ag和Co的TNZS基合金(TNZS-5Cu,TNZS-5Ag 和TNZS-5Co合金)。在含10%胎牛血清的DMEM(Dulbecco’s modified eagle medium)培养基中接种SD大鼠成骨细胞,在合金表面进行细胞增殖、细胞贴附和细胞毒性实验。结果表明：在TNZS材料中分别添加5%的Cu,Ag和Co均能在一定程度上提高成骨细胞的增殖能力。在培育初期(24 h和72 h),TNZS-5Co合金表面最有利于促进细胞贴附;而在培育后期(120 h和168 h),TNZS-5Cu和TNZS-5Ag合金表面更有利于成骨细胞的贴附。TNZS-5Ag合金表面贴附的成骨细胞形貌和伸展度最好,其次是TNZS-5Co,而TNZS和TNZS-5Cu合金表面的细胞贴附能力相对较弱。4种TNZS基材料的细胞毒性等级均为2级,结合细胞形态进行综合评定,均符合生物医用植入体材料的细胞毒性要求。
2020 Vol. 25 (4): 352-357 [
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358
喷射成形制备建筑用硅质岩/A356复合材料的组织与力学性能
李奎, 张照方, 马楠, 李明
采用喷射成形法制备A356铝合金和硅质岩颗粒增强A356铝基复合材料(硅质岩颗粒的质量分数为4.5%),对比了2种材料的界面组织、基体结构和力学性能。结果表明：所有硅质岩颗粒都在喷射成形阶段被捕获,并均匀分布于基体材料中。硅质岩颗粒在铝基体内形成良好的镶嵌结构,双喷电解时未发生脱落。距离颗粒/基体界面较近区域内形成较多位错,靠近界面的铝基体内Si含量较高,其余元素的含量基本保持不变。加入硅质岩颗粒后,合金的抗拉强度从603 MPa提高到662 MPa,伸长率从3.52%提高到3.92%。A356合金和硅质岩/A356复合材料均为韧性断裂,后者的拉伸断口存在硅质岩颗粒拔出后形成的凹坑,同时产生很多碎屑。
2020 Vol. 25 (4): 358-362 [
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