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2020年 25卷 6期
出版日期：2020-12-15
工艺技术
工艺技术
449
电极感应气雾化法制备Y
2
O
3
增强Ti-6Al-4V复合粉末的性能
刘联平, 陈仕奇
采用电极感应气雾化法(electrode induced gas atomization, EIGA)制备Y
2
O
3
增强Ti-6Al-4V(TC4合金)复合粉末。测定粉末的流动性和松装密度,并通过光学显微镜和扫描电镜观察Y
2
O
3
的形态与分布,利用X射线衍射仪和等离子体发射光谱仪分析Y
2
O
3
/TC4复合粉末的物相及元素组成。结果表明,采用EIGA法制备的Y
2
O
3
/TC4复合粉末球形度良好,存在少量非球形粉,表面黏附有卫星粉和Y
2
O
3
颗粒。复合粉末的流动性较差,为33.9~45.6 s/50 g,受Y
2
O
3
的原始粒度影响较大;粉末的松装密度主要受Y
2
O
3
含量(
w
(Y
2
O
3
),下同)影响,随Y
2
O
3
含量增加而增大。Y
2
O
3
均匀分布于TC4基体中,与基体的结合界面光滑、平整,基本保持原有形态和尺寸。Y
2
O
3
易团聚,其微观形态主要受原始粒度影响。大尺寸的Y
2
O
3
/TC4复合粉末中Y
2
O
3
呈环状分布,小尺寸粉末中Y
2
O
3
颗粒较少,分布均匀。
2020 Vol. 25 (6): 449-457 [
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458
SiC含量对内燃机用Ti-6Al-4V合金复合膜组织和摩擦性能的影响
王雪, 于秀涛
通过在微弧氧化电解液中加入SiC微粒的方式制备内燃机用Ti-6Al-4V合金复合膜,采用扫描电子显微镜和摩擦磨损实验测试分析SiC质量浓度对复合膜组织和摩擦性能的影响。研究结果表明：没有加入SiC时,膜层表面形成许多微孔;在SiC含量低于5.0 g/L时,膜层表面形成了均匀微孔结构;随SiC含量增大至7.5 g/L,膜层孔洞数量减少。膜层和Ti-6Al-4V合金基体间形成了良好的界面结合,几乎没有裂纹生成,并且在膜层的界面区域生成部分孔洞结构。随SiC含量增大,膜层厚度减小,摩擦因数先降低后升高,且在Ti-6Al-4V合金基体中形成了许多宽度与深度都较大的沟槽,磨损机理为磨粒磨损。
2020 Vol. 25 (6): 458-464 [
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465
Inconel 718合金粉末粒形定量表征及其SLM成形工艺优化
许阳, 张荣, 肖志瑜
结合多个粒形指标,对气雾化法制备的激光选区熔化专用Inconel 718合金粉末的粒形进行量化表征,并研究激光选区熔化成形Inconel 718合金的表面质量、致密化行为、组织结构与力学性能。结果表明：Inconel 718合金粉末的整体球形度较高;进行激光选区熔化成形时,过高或过低的体能量密度均会导致熔覆表面出现明显的球化现象与孔隙,体能量密度在120~140 J/mm
3
区间时,试样的成形效果较好。在优化的成形参数下,沉积态Inconel 718合金内部存在大量具有方向性的树枝晶结构,且侧面熔池内部的树枝晶基本垂直于边界向心生长;合金的室温与650 ℃高温伸长率分别高出标准锻件1.7倍和2.6倍;650 ℃下合金的抗拉强度低于室温抗拉强度,但伸长率是室温伸长率的1.5倍。
2020 Vol. 25 (6): 465-474 [
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475
油气管道37Mn5钢表面激光熔覆CoCrW涂层的组织及腐蚀性能
王荣健, 梁金禄, 黄小玉, 石海信
采用激光熔覆方法在油气管道37Mn5钢表面制备CoCrW涂层,研究涂层的微观组织和硬度,并采用质量浓度为3.5%的NaCl溶液分别对CoCrW涂层和37Mn5钢进行腐蚀测试。研究结果表明：在CoCrW涂层内形成了γ-Co与部分Cr
7
C
3
相。涂层和基体间形成具有冶金结合的良好界面。在涂层内形成了取向生长的枝晶,在熔覆组织中形成了分层结构的树枝晶。CoCrW涂层硬度均值为476 HV,与界面相距较近的区域硬度较低。涂层具有比基体更大的容抗弧,具备更优异的耐蚀性能。涂层可以对基体和腐蚀溶液起隔离作用,避免基体组织发生腐蚀。CoCrW涂层比37Mn5钢具有更高腐蚀电位和电阻率,分别为-1.137 V和20 208 Ω∙cm
2
,拥有比37Mn5钢基体更强的防腐能力。
2020 Vol. 25 (6): 475-479 [
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480
爆炸喷涂铁基非晶涂层的微观结构和纳米压痕行为
欧阳晟, 储志强, 唐求豪, 解路
采用爆炸喷涂在3种不同氧燃比的条件下制备铁基非晶涂层,采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜、纳米压痕仪等研究涂层的微观结构和纳米压痕行为。结果表明：氧燃比为1:1、1.2:1和1.5:1的 3种涂层的非晶含量分别为88.71%、86.18% 和81.36%。压痕深度在不同载荷下均表现出相似的变化速率,意味着涂层微观结构的高度均匀性。在相似打点位置,氧燃比为1:1和1.2:1的涂层具有较高的硬度,显示出较小的最大压痕深度。在平行于涂层与基体界面方向,纳米硬度几乎无变化,而在垂直于界面方向,随涂层厚度增加,纳米硬度从16.75 GPa降低至10.25 GPa。
2020 Vol. 25 (6): 480-485 [
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486
放电等离子烧结无黏结相Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与性能
卢赛君, 康希越, 张鹛媚, 贺跃辉
以Ti(C,N)粉末为原料,采用放电等离子烧结法制备无黏结相Ti(C,N)金属陶瓷,对材料的显微组织、力学性能和摩擦磨损性能进行分析和测试。研究烧结温度、碳黑添加量
w
(碳黑)和WC、Mo
2
C与TaC等碳化物的添加对无黏结相Ti(C,N)基金属陶瓷致密度和力学性能的影响;另外还将合金元素预固溶于Ti(C,N)粉末中合成(Ti,W, Mo,Ta)(C,N)固溶体粉末,以此为原料制备无黏结相Ti(C,N)基金属陶瓷。结果表明,随烧结温度升高,Ti(C,N)基金属陶瓷的致密度与力学性能提高;随炭黑添加量
w
(C)增加,金属陶瓷的密度与性能先升高后降低。在Ti(C,N)粉末中加入WC、Mo
2
C和TaC等碳化物,或用(Ti,W,Mo,Ta)(C,N)固溶体粉末为原料制备无黏结相Ti(C,N)基金属陶瓷后,材料的氧含量均明显降低,致密度和力学性能大幅提升,并具有较低的摩擦因数和良好的耐磨性能。其中,以(Ti,W,Mo,Ta)(C,N)固溶体粉末为原料制备的无黏结相Ti(C,N)基金属陶瓷,硬度(HV
30
)为19.9 GPa,横向断裂强度和断裂韧性分别为1 280 MPa和7.8 MPa·m
1/2
。
2020 Vol. 25 (6): 486-496 [
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497
电子束选区熔化制备纯钼块体的组织与性能
李会霞, 朱纪磊, 谭彦妮, 刘彬, 陈睿, 赵培, 弋阳
采用电子束选区熔化技术制备纯钼块体,采用化学分析法、金相显微镜、分析天平及显微硬度计对纯钼块体的杂质元素含量、显微组织、密度和显微硬度进行测试。结果表明：采用电子束选区熔化成形技术制备的纯钼块体中C、O、N和H等杂质元素增量小于0.001%。一次熔化成形的纯钼块体显微组织中,沿沉积方向呈粗大柱状晶,并且沿晶界存在少量微裂纹。而通过二次熔化工艺,可以细化晶粒,抑制微裂纹生长。较优的电子束二次选区熔化成形工艺为：一次熔化电流12 mA、熔化速度0.6 m/s;二次熔化电流12 mA,熔化速度0.89 m/s。该工艺下成形的纯钼块体致密度达99%以上(密度(10.15±0.13) g/cm
3
),硬度(HV
0.2
)在185~200之间,无明显各向异性。
2020 Vol. 25 (6): 497-504 [
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505
SPS工艺参数对ZrB
2
-MoSi
2
-SiC复合陶瓷组织与高温抗氧化性能的影响
张玉栋, 李继文, 王南南, 潘昆明, 张亮亮
采用放电等离子烧结法,在烧结温度为1 700~2 000 ℃,升温速率为75~150 ℃/min,保温3~10 min条件下制备ZrB
2
-MoSi
2
-SiC复合陶瓷(ZMS15陶瓷),研究烧结温度、升温速率和保温时间等工艺参数对材料致密度以及1 200 ℃高温抗氧化性能的影响。结果表明：ZrB
2
-MoSi
2
-SiC复合陶瓷的致密度随烧结温度升高和升温速率增大而增大,保温时间为7 min时致密度最大。ZMS15陶瓷高温氧化时形成双层结构的氧化层,外层为玻璃态SiO
2
层,内层为颗粒状富ZrO
2
层。随烧结温度升高,材料的抗氧化性能增强。ZrB
2
-MoSi
2
-SiC复合陶瓷的最佳SPS工艺为烧结温度2 000 ℃、升温速率125 ℃/min、保温时间7 min,所得陶瓷的相对密度大于98.5%,在1 200 ℃氧化72 h后的质量增加率小于8 mg/cm
2
。
2020 Vol. 25 (6): 505-512 [
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513
球磨时间对NbMoTaWVCr难熔高熵合金组织与性能的影响
彭海燕, 康志新, 李小珍, 周莉, 龙雁
以Nb、Mo、Ta、W、V、Cr等金属粉末为原料,采用机械合金化与放电等离子烧结相结合的方法制备难熔NbMoTaWVCr高熵合金,研究球磨时间对合金的物相组成、显微组织与压缩性能的影响。结果表明,经过40 h球磨即可实现机械合金化,得到单相体心立方(BCC)结构的NbMoTaWVCr高熵合金粉末。随球磨时间延长,粉末的晶粒细化,微观应变增大。经1 500 ℃放电等离子烧结后的块体合金由BCC基体和Laves相以及氧化物相组成,析出相含量随球磨时间延长而增加。随球磨时间延长,NbMoTaWVCr难熔高熵合金的压缩屈服强度先增加后减小,塑性逐渐减小,在球磨40 h下的NbMoTaWVCr高熵合金块体材料具有最佳力学性能,压缩屈服强度和塑性应变分别为3 416 MPa和5.3%。
2020 Vol. 25 (6): 513-519 [
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520
六钛酸钾晶须增强汽车干式离合器摩擦片的热衰退和振颤特性
谢茂青, 王雷刚
汽车离合器用摩擦片是影响离合器使用寿命、动力传递效率和舒适性的关键零件,提高其在滑磨过程中摩擦因数稳定性和对振颤的衰减特性是避免传递扭矩不稳定,汽车发生振颤的重要技术手段。本文制备一种六钛酸钾晶须增强离合器摩擦片,研究该类材料的热衰退特性,并进行振颤台架试验。结果表明：添加8%(质量分数)六钛酸钾晶须的汽车离合器摩擦片在400 ℃时摩擦因数大于等于0.2,优于德国大众3101程序热衰退测试标准350 ℃的要求;其在20 000个循环后在500 r/min和800 r/min的平均阻尼因数小于等于0.05 N∙m∙s,满足德国3102程序振颤测试规定标准;在20 000个循环后在500 r/min的最大阻尼因数小于等于0.1 N∙m∙s规定标准,对振颤有明显衰减作用。
2020 Vol. 25 (6): 520-526 [
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527
喷嘴入口倾斜角对干法造粒制备Si
3
N
4
颗粒雾化过程的影响
廖达海, 方永振, 周贱根, 甘振华, 方长福, 吴南星
针对干法造粒制备Si
3
N
4
颗粒过程,基于流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法,采用湍流模型中可实现的
k-ε
模型(
k
为湍流动能,
ε
为耗散率),模拟计算喷嘴入口的倾斜角度
α
对空气芯、雾化锥角和喷嘴出口处黏结液速度的影响,并采用干法造粒制备Si
3
N
4
陶瓷颗粒进行实验验证。计算结果表明：随倾斜角度
α
从0°增大到30°,喷嘴内空气芯区域面积由约占总面积的18%增大到25%,空气芯的平均直径增大,同时喷嘴出口处的黏结液速度梯度由4.43~5.06 m/s增大到5.69~6.32 m/s,雾化锥角由63°增大到74°,从而加快黏结液膜的破碎过程;而当倾斜角度增大到45°时,空气芯的平均直径、喷嘴出口处黏结液的速度和雾化锥角都最小。实验结果表明,雾化喷嘴的入口倾斜角度为30°时,Si
3
N
4
颗粒粒度最细。数值分析结果与实验结果吻合良好。
2020 Vol. 25 (6): 527-537 [
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538
铜基粉末冶金刹车材料支撑背板表面镀层对防渗碳性能的影响
曹文明, 姚萍屏, 周海滨, 赵林, 许良, 肖叶龙
采用3种具有不同表面镀层的支撑背板(45
#
钢)制备铜基粉末冶金刹车材料,对比研究表面镀层对支撑背板防渗碳、抗热疲劳以及支撑背板与摩擦材料结合性能的影响。结果表明：表面镀Ni层不能防止加压烧结时石墨垫板向支撑背板渗碳,而表面镀Cu或镀Cu+Ni均可有效防止支撑背板渗碳。在热疲劳条件下,表面镀Ni的支撑背板由于渗碳而导致强度和硬度提高,与铜基摩擦材料的结合强度较好,但容易出现翘曲和开裂;表面镀Cu和镀Cu+Ni的支撑背板均不易翘曲变形和开裂,其中镀Cu支撑背板与摩擦材料的结合强度较差,表面镀Cu+Ni的支撑背板与摩擦材料间的结合强度较高。
2020 Vol. 25 (6): 538-544 [
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