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2021年 26卷 1期
出版日期：2021-02-15
工艺技术
理论研究
理论研究
1
基于数值模拟的粉末冶金TiAl合金叶片模锻工艺研究
张强, 李慧中, 梁霄鹏, 陶慧
采用Deform-3D有限元软件对粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W(摩尔分数,%)合金叶片的模锻工艺进行数值模拟研究,分析预热温度和上模速度对TiAl合金叶片锻件的等效应变场和等效应力场分布以及上模载荷的影响。结果表明,随预热温度升高和上模速度减小,叶片锻件的等效应变场和等效应力场分布更均匀,有利于提高叶片组织的均匀性。随着模锻过程的进行,由于TiAl合金加工硬化以及锻坯与模具间的摩擦增大,导致上模载荷不断增大,而预热温度升高和上模速度减小均使上模载荷显著降低。粉末冶金TiAl合金叶片模锻变形的最佳工艺参数为预热温度1 200 ℃、上模速度0.5 mm/s。
2021 Vol. 26 (1): 1-8 [
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工艺技术
9
Al
2
O
3
含量对放电等离子烧结Al
2
O
3
/Cu复合材料组织与性能的影响
张阳琳, 罗自贵, 胡晓明, 冯波, 李如松, 樊希安
以微米级Cu粉为基体相,纳米Al
2
O
3
颗粒为绝缘相,采用机械球磨和放电等离子烧结工艺相结合的方法制备Al
2
O
3
/Cu复合材料,研究Al
2
O
3
含量对复合材料微观结构、电阻率和热导率的影响。结果表明,Al
2
O
3
/Cu复合材料为核-壳结构,随Al
2
O
3
含量增加,Al
2
O
3
包覆层对Cu基体的包覆效果逐渐提升;当
w
(Al
2
O
3
)为5% 时,Al
2
O
3
/Cu复合材料的热导率较高,为85.92 W/(m·K),但电阻率偏低,仅为12.6 mΩ·cm。当
w
(Al
2
O
3
)增加至15% 时,虽然Al
2
O
3
/Cu复合材料的密度降至6.69 g/cm
3
,孔隙率较高,但电阻率显著提高至2.09×10
8
mΩ·cm,约为Cu电阻率的10
11
倍,且热导率为7.6 W/(m·K),明显高于传统金属基板的热导率。
2021 Vol. 26 (1): 9-14 [
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15
铜改性碳纳米管增强银基复合材料的力学性能和摩擦磨损性能
曲昀, 张雷, 孙阳, 康潇, 吴传宗
分别添加2%(体积分数)的多壁碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)和表面镀Cu改性后的碳纳米管(Cu@CNTs)作为增强相,采用热压法制备Ag基复合材料,研究CNTs的表面改性对银基复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,Ag-2Cu@CNTs复合材料中的CNTs团簇减少,由内到外形成Ag到Cu再到CNTs逐层包裹的结构,力学性能优异,硬度(HV)达到105.6,抗拉强度为248.5 MPa,比纯银分别提高30.05%和127.98%;与纯银相比,Ag-2Cu@CNTs材料具有优良的摩擦磨损性能,平均摩擦因数由0.86降至0.28,体积磨损率从88.54×10
-4
mm
3
/(N·m)降至3.96×10
-4
mm
3
/(N·m)。
2021 Vol. 26 (1): 15-23 [
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24
退火处理对FeCo纳米粒子吸波性能的影响
刘艳紫, 苏玉长, 董巧巧, 石聪聪
用KBH
4
作为还原剂,采用化学还原法制备FeCo纳米粒子,然后在400~600 ℃下退火。利用X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪和振动样品磁强计对FeCo纳米粒子进行表征,用网络矢量分析仪测定其电磁参数,并分析FeCo的吸波性能,研究退火温度对FeCo纳米粒子吸波性能的影响。结果表明,化学还原法制备的FeCo纳米粒子,在厚度为5 mm时对频率为2.24 GHz电磁波的反射损耗最大,为-14.9 dB,损耗机制以介电损耗为主。随退火温度从400 ℃升高到600 ℃,FeCo纳米粒子的介电损耗逐渐减小而磁损耗逐渐增大,在400 ℃退火后的FeCo粒子具有最优的电磁匹配特性和最高的反射损耗,在厚度为3.55 mm时对4.48 GHz电磁波的反射损耗为-49.14 dB。
2021 Vol. 26 (1): 24-31 [
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32
APT煅烧工艺对WO
2.72
晶体生长机制的影响
龙本夫, 林高安, 张太全, 沈思奇
利用工业回转炉,在不同温度和保温时间下煅烧仲钨酸铵(APT)粉末制备WO
2.72
粉末。结果表明,在煅烧温度高于800 ℃时可获得单相WO
2.72
粉末。煅烧温度强烈影响WO
2.72
晶粒的形貌和尺寸,随温度升高至大约770~800 ℃,其形貌由细长针状晶粒向短粗棒状晶粒转变。对于细长针状晶粒,随温度升高,其直径微量增大,长度急剧增大,生长机制为单晶晶粒形核,向APT颗粒内部生长,伴随有APT颗粒表面微量的WO
x
·n
H
2
O气相沉积,然后还原长大;对于短粗棒状晶粒,随温度升高,结果相反,其生长机制是通过多个晶粒成束形核,共同向APT颗粒内部生长成棒状晶粒。随保温时间延长,WO
2.72
棒晶的形貌无明显变化,其直径和长度微量增大。
2021 Vol. 26 (1): 32-39 [
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40
Ni对热变形Nd-Fe-B磁体磁性能及力学性能的影响
张洋湖, 贺洪江, 左志军, 史荣莹, 李建军, 赵立新, 黄光伟, 郑立允
为提高热压结合热变形工艺制备的各向异性Nd-Fe-B磁体的力学性能,向磁体中掺杂高熔点、弱磁性金属元素Ni,研究Ni含量对磁体的磁性能、力学性能以及微观结构的影响。掺杂Ni的质量分数在0~5%之间时, Nd-Fe-B复合磁体的抗弯强度先增大后减小,2%Ni含量的Nd-Fe-B复合磁体具有最高平均抗弯强度212 MPa,其最大磁能积保持在40 MGOe以上。从磁体断口形貌上看,Ni会在孔洞附近富集,强化增韧晶界相,从而提高晶界相的裂纹扩展阻力,使抗弯强度提高。
2021 Vol. 26 (1): 40-46 [
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47
Ti(C,N)含量和烧结温度对梯度硬质合金脱β层厚度的影响
程登峰, 孙东平, 刘娜娜
以Ti(C,N)为N源,在脱氮气氛下烧结制备WC-TiC-Ti(C,N)-TaC-NbC-Co硬质合金,研究Ti(C,N)含量和烧结温度对脱β层厚度及合金微观组织与性能的影响。结果表明：随Ti(C,N)的质量分数从0.5%增加到1.5%,脱β层厚度持续增大。随烧结温度升高,脱β层厚度增大,增大的幅度随Ti(C,N)含量增加而增大。合金的密度、硬度和矫顽磁力不受Ti(C,N)含量的影响,但随烧结温度升高,合金的硬度降低、矫顽磁力变小、WC平均晶粒尺寸增大且直边化。脱β层中无明显的WC晶粒异常长大现象,脱β层厚度由Ti的扩散和N含量决定。
2021 Vol. 26 (1): 47-54 [
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55
单相炭材料的生物相容性
周宇, 于澍, 李云平
对树脂炭、炭纤维、热解炭和石墨4种单相炭材料在模拟体液中进行材料表面颗粒脱落以及生物相容性的研究。采用模拟体液震荡浸泡法研究材料表面颗粒脱落量;用噻唑蓝法和直接接触实验研究材料的生物相容性,用倒置生物显微镜对细胞的生长形貌进行观察。结果表明：在模拟体液中浸泡72 h时4种材料的表面颗粒脱落量均达到峰值,随浸泡时间继续延长,颗粒的脱落量下降并趋于平稳。在168 h内脱落颗粒的总量以石墨最大,为3.01 mg,树脂炭最小,为2.23 mg。4种单相炭材料浸提液接触的细胞在168 h内相对增殖率(relative growth rate, RGR值)均大于75%,细胞毒性等级均为1级。4种单相炭材料均会抑制细胞的生长与增殖,抑制程度由大到小依次为石墨、热解炭、炭纤维和树脂炭。单相炭材料对细胞的毒性机理为：炭颗粒进入细胞造成线粒体降解,使细胞的能量站受到破坏,损伤细胞的DNA,从而导致细胞畸形生长甚至死亡。
2021 Vol. 26 (1): 55-62 [
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63
粉末活化烧结制备高性能铁基合金
曹光宇, 刘如铁, 党胜云, 熊翔, 陈洁, 廖宁
将机械球磨后的预合金粉分别与雾化铁粉及羰基铁粉混合,通过真空烧结法制备Fe-3Mo-3Cr- 1.2V-0.5Mn-2C铁基粉末冶金材料,研究机械球磨活化预合金粉以及羰基铁粉的加入对材料显微组织结构和力学性能的影响。结果表明：对预合金粉进行机械球磨活化有利于合金元素在雾化铁粉中的烧结扩散,可促进铁基粉末冶金材料的致密化;当采用高表面活性的羰基铁粉作为原料替代雾化铁粉时,能够使样品在低的烧结温度下获得更高的密度及力学性能。其中,在1 120 ℃下烧结条件,铁基合金材料孔隙率较低,晶粒尺寸适中,样品密度为7.68 g/cm³,布氏硬度高达538,抗弯强度为1 222 MPa。
2021 Vol. 26 (1): 63-69 [
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70
HVAF喷涂La
2
O
3
改性WC-20Cr
3
C
2
-11NiMo涂层的耐磨耐蚀性能
张凯, 刘伟, 张磊, 赵坚, 伏利, 陈小明
为进一步提升高质量WC涂层的耐磨性、耐海水腐蚀性和耐海水气蚀性。采用大气超音速火焰喷涂(HVAF)在0Cr13Ni5Mo基体上制备稀土La
2
O
3
改性WC-20Cr
3
C
2
-11NiMo涂层。通过显微硬度测试、平面孔隙测试、摩擦磨损实验、电化学实验和模拟海水超声波气蚀实验,测试涂层的显微硬度、孔隙率、摩擦因数、摩擦磨损性能、耐海水腐蚀性能和耐海水气蚀性能,分析La
2
O
3
对WC-20Cr
3
C
2
-11NiMo涂层耐磨耐蚀性能的影响。结果表明,改性后的涂层显微硬度提升到1 400 HV
0.2
左右,平均孔隙率降低约48.6%;涂层磨损质量降低约33%,摩擦因数降低约30%,摩擦磨损表面微凹坑和微裂纹明显减少;电化学自腐蚀电位明显右移,电化学自腐蚀电流密度明显减小;涂层的气蚀质量损失减少约20%,气蚀坑洞明显减少和变小。HVAF喷涂La
2
O
3
改性后的WC-20Cr
3
C
2
-11NiMo涂层硬度略微提升,致密性、耐磨性、耐海水腐蚀性和耐海水气蚀性得到明显提升,除表面疲劳磨损外,表面摩擦磨损机理从严重磨粒磨损转变为轻微磨粒磨损,气蚀机理主要为流体冲击波侵蚀。
2021 Vol. 26 (1): 70-76 [
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77
B
4
C含量对ZrB
2
陶瓷微观结构及力学性能的影响
杜玉辉, 汤振霄, 彭可, 周远明, 易茂中
针对ZrB
2
陶瓷粉末在球磨时易掺入ZrO
2
,影响ZrB
2
陶瓷烧结致密化的问题,添加B
4
C作为烧结助剂,采用无压烧结法制备ZrB
2
陶瓷材料,研究B
4
C含量(
w
(B
4
C),下同)对材料微观形貌、硬度与抗弯强度的影响。结果表明,B
4
C通过与晶粒表面的ZrO
2
发生反应,抑制ZrB
2
晶粒粗化,减小晶粒尺寸,从而提高烧结致密度。随B
4
C含量增加,ZrB
2
陶瓷的晶粒尺寸和相对密度逐渐增大,抗弯强度和硬度先升高后降低。当
w
(B
4
C)为7%时,ZrB
2
晶粒细小,材料的抗弯强度和硬度(HV)达到最大,分别为242 MPa和12.65 GPa。
w
(B
4
C)增加至9%时,出现晶粒异常长大,材料力学性能下降。
2021 Vol. 26 (1): 77-83 [
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84
激光熔覆无碳Fe-Co-Mo高速钢涂层的组织结构与性能
熊果, 谢丰伟, 袁紫仁, 康希越, 贺跃辉
用水雾化合金粉末为原料,通过同步送粉式激光熔覆技术在40Cr基材上制备无碳高速钢涂层,对涂层的显微硬度、红硬性和抗回火稳定性进行测试和分析,研究工艺参数对涂层形貌及硬度的影响。结果表明,在适宜的参数下能够在基材表面获得无宏观裂纹和气孔的无碳高速钢涂层。涂层致密度高、稀释率低,与基体呈现出良好的冶金结合。涂层熔覆态下显微硬度(HV
0.2
)达到700,经过600 ℃下1 h时效后,涂层硬度(HV
0.2
)明显提升至900。经过4次600 ℃保温1 h的时效后,涂层硬度(HV
0.2
)保持在800。此外在600 ℃保温30 h的长时间回火后,涂层仍然可以保持硬度(HV
0.2
)达750,相较于常规高速钢ASP2030以及热作模具钢H13具有更加出色的抗回火能力。
2021 Vol. 26 (1): 84-90 [
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