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2021年 26卷 6期
出版日期：2021-12-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
483
多孔氧化铝陶瓷材料的制备工艺研究进展
和祥, 黄千里, 陈煜辉, 刘伯威, 刘咏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021064
多孔氧化铝陶瓷具有力学性能好、耐腐蚀、比表面积大以及化学性质稳定等优点,在耐火材料、电绝缘体、耐磨机械部件、过滤材料、催化支撑体等领域得到广泛应用。常见多孔氧化铝陶瓷的造孔方法主要有部分烧结法、复刻模板法、牺牲模板法与直接发泡法,合理的造孔方法有利于获得特定孔隙结构与孔隙率。氧化铝陶瓷的常规烧结工艺通常温度高、时间长、易形成粗化晶粒与残留气孔,先进烧结技术如振荡压力烧结、放电等离子烧结、微波烧结等可有效克服上述缺点,综合提升材料的各项性能。本文从造孔方法与烧结技术两个方面综述多孔氧化铝陶瓷的研究进展,期望为新型多孔氧化铝陶瓷的研究、开发与应用提供参考。
2021 Vol. 26 (6): 483-491 [
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492
氧化物弥散强化铜合金的研究现状
王伟阳, 肖柱, 雷前, 张修旷, 李周
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021067
氧化物弥散强化铜合金作为先进铜合金之一,被广泛地应用于轨道交通、国防工业和核反应堆等领域。本文综述了Al
2
O
3
、Y
2
O
3
、ZrO
2
等氧化物弥散强化铜合金复合材料,概述了它们的制备方法、组织特征和相关物理特性。在此基础上指出了氧化物弥散强化铜合金开发应用中所存在的问题,并对它们的发展趋势进行了分析和展望。
2021 Vol. 26 (6): 492-499 [
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理论研究
500
TB17钛合金初生α相的析出激活能及TTT图
吕亚平, 邹金佃, 张宏岭, 樊凯, 李超, 朱知寿
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021069
通过组织观察和差热分析,研究TB17钛合金由单相区匀速降温(5 K/min)至两相区过程中初生α相,包括晶界α相(α
GB
)与魏氏体α相(α
WGB
)的析出行为和析出温度范围,确定两种α相析出的温度范围分别为1 120~992 K和920~895 K。随后采用Avrami-Johnson-Mehl准则计算得出晶界α相的激活能
Q
αb
= 253.236 kJ/mol,魏氏体α相析出的激活能
Q
αi
=503.188 kJ/mol,明确两种α相的析出动力学方程,并在此基础上构建了两种α相析出的TTT曲线。结果显示,两种α相的TTT曲线均呈C形,晶界α相析出的鼻尖温度在1 023 K附近,魏氏体α相的鼻尖温度在905 K附近。
2021 Vol. 26 (6): 500-506 [
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工艺技术
507
镍基合金基板厚膜发热元件的铂浆烧结工艺
李志强, 雷萍, 尤俊衡, 李廷华, 韩敬美, 吕茜, 王浩, 尚善斋, 朱东来
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021071
采用印刷-烧结工艺在GH783合金表面制备微晶玻璃绝缘层和铂浆厚膜电阻层,制备GH783合金基板厚膜发热电路。通过SEM观察铂浆厚膜电阻层的表面与截面形貌,并测定厚膜电阻层的电阻,研究烧结温度和保温时间对电阻层微观形貌和电阻的影响,得到最佳的烧结工艺参数。测定GH783合金厚膜发热电路的电阻温度系数和升温速率。结果表明,铂浆厚膜电阻层的最佳烧结工艺参数为：烧结温度为850 ℃,保温时间为5 min。所得GH783合金基板厚膜发热元件的电阻温度系数精度为0.24%,从室温升温至350 ℃用时为4.86 s,表现出优良的发热性能。本研究结果为金属基发热元件的制备提供了设计思路和实验案例。
2021 Vol. 26 (6): 507-514 [
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515
间接3D打印制备Ti/HAp复合材料的结构与性能
刘晏军, 刘业, 谭彦妮
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021072
采用离子掺杂改性的方式制备不同铷(Rb)含量的羟基磷灰石(Rb-Hydroxyapatite,Rb-HAp)粉末,然后用间接3D打印法制备Ti/Rb-HAp复合材料,对该材料的形貌和物相组成进行分析,测定材料的力学性能,并通过体外细胞培养和细胞增殖与分化实验,研究材料的生物学性能。结果表明：Ti/Rb-HAp复合材料的孔隙率较高,多孔结构有利于新骨组织向内生长和体液的传输。Rb的加入可提高Ti/HAp复合材料的抗弯强度和抗压强度,并且抗压强度随Rb含量增加而小幅提高。与纯Ti相比,Ti/Rb-HAp复合材料可促进MG-63细胞的增殖和ALP活性,具有良好的细胞相容性。浸泡在模拟体液中,Ti/Rb-HAp复合材料表面形成致密的磷灰石层,表明该材料具有优异的生物活性。
2021 Vol. 26 (6): 515-524 [
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525
烧结助剂对非等温烧结法制备氧化铝陶瓷微观结构和性能的影响
方豪杰, 贺亦文, 张晓云, 牛文彬, 吴利翔, 郭伟明, 黄荣厦, 乔冠军, 林华泰, 曾雄
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021074
在无压烧结基础上,探究微量MgO-Y
2
O
3
和MgO-Y
2
O
3
-La
2
O
3
两种体系添加剂的掺杂以及一步非等温烧结法和两步非等温烧结法对Al
2
O
3
陶瓷的显微结构和性能的影响。结果表明,两步非等温烧结法可显著细化Al
2
O
3
陶瓷晶粒;对于掺杂微量MgO-Y
2
O
3
烧结助剂体系,一步非等温烧结法和两步非等温烧结法制备的Al
2
O
3
陶瓷闭气孔率分别为1.88%和3.93%,对应的Al
2
O
3
晶粒分别为0.42 μm和0.38 μm。对于掺杂微量MgO-Y
2
O
3
-La
2
O
3
烧结助剂体系,一步非等温烧结法和两步非等温烧结法制备的陶瓷闭气孔率分别为3.59%和2.82%,对应的Al
2
O
3
晶粒分别为0.40 μm和0.42 μm。分别选用MgO-Y
2
O
3
和MgO-Y
2
O
3
-La
2
O
3
作为烧结助剂时,一步非等温烧结法制备的Al
2
O
3
陶瓷具有较高的硬度,分别为(18.3±0.5) GPa和(18.2±0.6) GPa。对于断裂韧性有较高需求场合,则可以选用MgO-Y
2
O
3
作为烧结助剂通过一步非等温烧结法直接制备Al
2
O
3
陶瓷,其断裂韧性可达到(4.6±0.3) MPa∙m
1/2
。
2021 Vol. 26 (6): 525-530 [
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531
粉末冶金青铜-石墨-MoS
2
自润滑材料的制备与摩擦性能
王慧灵, 姜锋, 童蒙蒙, 吴明锦, 叶鹏程
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021060
以Cu-25%Sn合金粉、镀铜石墨粉和MoS
2
粉末为原料,在740~820 ℃烧结温度下制备粉末冶金青铜-石墨-MoS
2
自润滑材料。利用扫描电镜(SEM)与X射线衍射仪(XRD)观察和分析摩擦材料的显微组织与结构,并测试和分析材料在4 N和10 N载荷下摩擦10 km过程中的摩擦因数和磨损表面形貌。结果表明,随烧结温度升高,青铜-石墨-MoS
2
自润滑材料的硬度和密度先升高后下降,在780 ℃下烧结的材料,孔隙数量较少、尺寸较小,材料密度和硬度较高;在10 N和4 N载荷下平均摩擦因数分别为0.28和0.36。摩擦过程中材料表面形成一层由石墨和MoS
2
组成的润滑膜,因而具有自润滑性能,在10 N载荷下的自润滑效果更好。
2021 Vol. 26 (6): 531-536 [
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537
烧结温度对碳聚合物点/铜复合材料显微组织与性能的影响
杨亚杰, 李兆杰, 赵文敏, 鲍瑞, 易健宏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021066
以碳聚合物点(carbonized polymer dot,CPD)作为铜的增强体,采用粉末冶金法制备碳聚合物点/铜复合材料,分析和测试不同烧结温度(350~750 ℃)下CPD/Cu复合材料的致密度、硬度、拉伸性能与耐磨性能。结果表明：CPD在铜基体中均匀分散,并且CPD壳体网络中的非晶碳有利于CPD与铜基体形成良好的界面结合,CPD/Cu复合材料的致密化程度高,相对密度达到95%以上。CPD/Cu复合材料的力学性能和摩擦磨损性能均明显高于纯Cu。随烧结温度升高,CPD/Cu复合材料的致密度、硬度、抗拉强度先升高后降低,在550 ℃烧结的复合材料具有最佳的综合性能,硬度(HV)比Cu提高49.4、抗拉强度(334.0 MPa)比纯Cu提高约25.6%,体积磨损率为17.67×10
-12
m
3
/m。
2021 Vol. 26 (6): 537-546 [
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547
氩气雾化制备新型镍基高温合金粉末的微观结构和性能
农必重, 张亚洲, 刘祖铭, 魏冰, 曹镔
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021044
采用氩气雾化制备Al、Ti总质量分数小于4%的选区激光熔融用新型镍基高温合金粉末,对粉末的成分、物相组成、形貌、微观结构和性能等进行分析和表征。结果表明,新型镍基高温合金粉末的Al、Ti总质量分数为3.82%。小粒径粉末(粒径<20 μm)内部结构致密,以胞状晶组织为主,成分均匀,显微硬度(HV)达到265。随粉末粒径增大,粉末内部树枝晶数量增多,少量大粒径(粒径>40 μm)粉末内部出现凝固缩孔和颗粒包覆缺陷。筛分后得到的粒径为15~44 μm的粉末,粒径分布集中,中位径
D
V50
为19.7 μm,流动性和松装密度分别达到15.14 s/50 g和4.15 g/cm
3
。
2021 Vol. 26 (6): 547-553 [
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554
高能球磨制备高矫顽力各向异性Sm
2
Fe
17
N
3
磁粉
李伟, 郭家瑞, 左思源, 王亚娜, 黄光伟, 郑立允
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021063
为了获得高矫顽力的Sm
2
Fe
17
N
3
磁粉,对平均粒径为2.5 μm的商用Sm
2
Fe
17
N
3
磁粉进行0~60 min高能球磨,研究球磨时间对Sm
2
Fe
17
N
3
磁粉结构与磁性能的影响。结果表明,随球磨时间延长,Sm
2
Fe
17
N
3
粉体的矫顽力先增大后减小,球磨时间为12 min时,Sm
2
Fe
17
N
3
相晶粒尺寸从原始粉末的40.8 nm减小至31.8 nm,粉体具有最高矫顽力,为875.6 kA/m,且磁粉仍保持磁各向异性。球磨时间为30 min时,虽然晶粒尺寸进一步减小,但Sm
2
Fe
17
N
3
分解生成SmN和α-Fe等软磁相,导致磁粉的矫顽力降低,球磨时间为60 min的磁粉矫顽力仅为477.6 kA/m。本研究制备的Sm
2
Fe
17
N
3
粉体可作为高性能Sm
2
Fe
17
N
3
黏结磁体的优质原料粉末。
2021 Vol. 26 (6): 554-559 [
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560
高铁赤泥碳热还原制备镍铁合金
孙开, 王维, 张子阳, 朱光
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021042
以高铁赤泥和红土镍矿为原料,焦粉为还原剂,通过高温直接还原方法制备镍铁合金,通过对不同温度、还原剂比例、添加剂比例制备的合金及残渣进行分析测试,研究不同还原条件对赤泥和红土镍矿还原过程的影响。结果表明,随还原剂焦粉比例增大,镍铁合金的收得率提高;焦粉质量分数为30%、还原温度为1 550 ℃时,镍铁合金收得率高达89.6%。随添加剂CaO和Na
2
CO
3
的加入,金属与残渣的分离效果显著提升。当Na
2
CO
3
的质量分数增加到6%时,红土镍矿中的镍全部还原进入合金,残余奥氏体变少并转变为马氏体,合金硬度提升,洛氏硬度(HRC)为52.5。
2021 Vol. 26 (6): 560-566 [
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567
热轧变形对Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金显微组织和力学性能的影响
卢思哲, 刘祖铭, 李全, 任亚科, 魏冰, 彭伟才
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021055
对氩气雾化Fe-14Cr-3W-0.4Ti(质量分数,%)合金粉末进行60 h机械球磨,在950 ℃对粉末进行热挤压成形,然后在950 ℃热轧制和1 050 ℃/1 h退火热处理,得到Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金。利用扫描电镜和背散射电子衍射分析仪观察和分析合金的显微组织,并测定合金的室温拉伸性能,研究热轧变形对Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金组织与力学性能的影响。结果表明,热轧变形可有效调控Fe-14Cr-3W-0.4Ti合金的晶粒尺寸,提高合金的力学性能。经过热轧变形的合金,晶粒明显细化,并且随热轧制变形量增加,晶粒尺寸先减小后增大,合金的抗拉强度也出现先升高后降低现象。合金的最佳热轧参数为950 ℃/40%,变形量为40%的合金平均晶粒尺寸最小,为1.39 μm,抗拉强度和伸长率分别达到1 161 MPa和9.5%,与挤压成形态合金相比,抗拉强度提高31.2%。
2021 Vol. 26 (6): 567-574 [
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