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2024年 29卷 1期
出版日期：2024-02-15
工艺技术
理论研究
理论研究
1
煤矸石/PES复合材料选区激光烧结工艺参数数值模拟
曲芳, 翟秦, 袁凯, 王平山, 苏丹
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024004
基于高斯热源模型、热传导模型及Flow-3D软件,建立煤矸石、聚醚砜(polyethersulfone, PES)粉末颗粒模型及煤矸石/PES (coal gangue/PES, CPES)复合材料粉末床三维模型,对CPES复合材料选区激光烧结过程进行温度场数值模拟。研究激光功率、扫描速度和扫描间距对单道和双道烧结层成形的影响规律,对烧结工艺参数的取值进行预测,并通过实验进行验证。结果表明：当激光功率为15 W时,熔池平均温度为596 K,烧结件冲击强度为179.4 MPa,熔道较平直,球化现象消失,与粉末结合良好,形成高质量的熔道;当扫描速度为1 800 mm/s时,熔池平均深度为99 μm、平均宽度为200 μm,烧结件冲击强度为173.5 MPa,熔化区域近乎圆形,熔池长度最短,熔道热量累积明显,未发现偏转现象;当扫描间距为100 μm时,熔道搭接率为60.8%,烧结件冲击强度为176.2 MPa,两条熔道之间的搭接区域表面过渡光滑且连续,无孔洞和球化现象发生。仿真结果与实验结果一致,可为复合材料烧结件烧结质量的稳定性提供保障。
2024 Vol. 29 (1): 1-10 [
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11
Co8W6Mo5Cr4V3粉末高速钢的热变形行为
杨礼林, 陈学敏, 陈朔, 赵莉萍
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023064
采用熔炼、电渣重熔和气雾化法制备Co8W6Mo5Cr4V3粉末,再通过热等静压制备Co8W6Mo5Cr4V3粉末高速钢。在不同变形条件下进行热压缩实验,研究粉末高速钢的热变形行为,根据获得的应力-应变曲线,建立热变形本构方程,绘制热加工图。结果表明：Co8W6Mo5Cr4V3粉末高速钢的流变应力随变形温度升高或应变速率减小而减小;通过本构方程预测的流变应力和实验得到的流变应力间的相关系数为0.995,可用此方程对粉末高速钢在不同变形条件下的应力进行预测;根据热加工图,粉末高速钢最优的变形温度为1 100~1 150 ℃,应变速率为0.1~1.0 s
-1
。
2024 Vol. 29 (1): 11-19 [
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工艺技术
20
低温退火对激光粉末床熔融成形René104Sc镍基高温合金显微组织和残余应力的影响
周欢, 刘祖铭, 李建, 张亚洲, 江道言
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023016
增材制造残余应力会导致成形件发生变形甚至开裂,严重降低力学性能。本文系统观察和分析激光粉末床熔融成形René104Sc镍基高温合金在低温退火过程中显微组织的演变及其对残余应力的影响。结果表明：成形态合金经过退火处理后,胞状组织消失,织构强度降低,显微组织更加均匀,残余应力得到释放。其中,500和600 ℃退火后,显微组织未发生明显变化,残余应力略微降低;800 ℃退火后,合金样品中心的残余应力由 63 MPa下降至21 MPa,析出大量γ′相,合金发生脆断,伸长率从(25.2±2.6)%下降至(4.7±1.6)%;700 ℃退火后,合金发生部分再结晶,样品中心的残余压应力由成形态的63 MPa下降至29 MPa,综合力学性能最优,硬度(HV
0.3
)和抗拉强度分别为499±4和(1 461±7) MPa,比成形态(423±9,(935±25) MPa)分别提高18%和56%。这一研究结果为消除增材制造镍基高温合金部件的残余应力,防止在存放或后续热处理过程中开裂提供了一条有效途径。
2024 Vol. 29 (1): 20-34 [
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35
快速热压烧结制备高性能B
4
C-LaB
6
复合陶瓷
徐志伟, 彭可, 袁铁锤
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023075
为了解决碳化硼(B
4
C)难以烧结致密化和韧性差的问题,以B
4
C和氧化镧(La
2
O
3
)为原料,在2 000 ℃和30 MPa下快速热压烧结制备B
4
C-LaB
6
复合陶瓷,研究La
2
O
3
含量对B
4
C-LaB
6
复合陶瓷微观结构和力学性能的影响,分析LaB
6
的增韧机制。结果表明：
w
(La
2
O
3
)=3%的B
4
C-LaB
6
复合陶瓷综合力学性能较好,其相对密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为99.51%、36.56 GPa、547.43 MPa和4.18 MPa∙m
1/2
。LaB
6
可细化B
4
C-LaB
6
复合陶瓷晶粒,同时提高其相对密度和断裂韧性。LaB
6
的增韧机制与裂纹偏转和晶粒裂解有关。
2024 Vol. 29 (1): 35-44 [
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45
Ti基镶嵌金刚石颗粒掺硼金刚石电极及其性能
窦金杰, 刘典宏, 蒋鸾, 李静, 马莉, 魏秋平
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023077
利用粉末压片机在Ti片表面镶嵌金刚石颗粒,以此为衬底,通过热丝化学气相沉积技术沉积掺硼金刚石(boron-doped diamond, BDD)薄膜,制备新型Ti基镶嵌金刚石颗粒BDD (Ti/D/BDD)电极,并制备Ti基BDD (Ti/BDD)电极作为对比。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和电化学工作站表征电极的形貌、B掺杂水平和电化学性能,利用紫外可见分光光度计测试电极模拟废水降解的效果。结果表明：沉积时间相同时,Ti/D/BDD电极比Ti/BDD电极具有更大的电化学活性面积,更低的薄膜阻抗,使得电极对酸性橙G表现出更高的降解速率,更低的降解能耗。沉积10 h时,Ti/D/BDD电极具有最高的双电层电容(1.87 mF),最低的薄膜电阻(0.4 Ω);降解120 min后,Ti/D/BDD电极的色度移除率比Ti/BDD电极最高可提升53.1%,同时能耗降低14.2%。
2024 Vol. 29 (1): 45-52 [
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53
La
2
O
3
第二相强化W合金的制备及物理与力学性能
付凯超, 许荡, 桑长城, 陈睿智, 陈鹏起, 程继贵
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023082
第二相强化钨(W)合金具有高强度、良好的抗蠕变和抗辐照等优异性能,是一种极具潜力的聚变堆面向等离子体材料。本文以偏钨酸铵和硝酸镧(La(NO
3
)
3
)为主要原料,采用溶液燃烧合成法(solution combustion synthesis, SCS)制备不同La
2
O
3
掺杂量(
w
(La
2
O
3
)=0~1.5%)的W-La
2
O
3
复合粉末,并通过放电等离子烧结制备La
2
O
3
第二相强化W合金,研究La
2
O
3
含量对W合金微观组织与力学性能的影响。结果表明：通过SCS可制备出平均粒径约200 nm、分散性好、La
2
O
3
均匀分布的W-La
2
O
3
复合粉末。适量La
2
O
3
的加入可有效改善W合金的物理和力学性能。随La
2
O
3
含量增加,La
2
O
3
第二相强化W合金的显微硬度和抗拉强度均呈现先升高后降低的趋势,相对密度则逐渐降低。
w
(La
2
O
3
)=0.5%时,W5La合金的显微硬度(HV)达到最大值524.10。引入La
2
O
3
第二相后,W基体的断裂方式由W晶粒断裂为主转变为沿晶断裂和穿晶断裂共同存在的混合型断裂,并且晶粒尺寸有所减小,平均晶粒尺寸为4.1 μm。与纯W相比,W5La合金具有更高的抗拉强度和更低的韧脆转变温度(ductile-brittle transition temperature, DBTT),其室温和500 ℃的抗拉强度分别为279.6 MPa和498.9 MPa,DBTT为200~300 ℃。
2024 Vol. 29 (1): 53-62 [
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63
织构对激光定向能量沉积Ni
50.8
Ti形状记忆合金超弹性的影响
吴慧婷, 李瑞迪, 康景涛, 郑聃
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023081
NiTi形状记忆合金由于热弹性马氏体相变而表现出优异的超弹性和形状记忆效应,被广泛应用在医疗器械、航空航天等领域。采用激光定向能量沉积工艺制备Ni
50.8
Ti形状记忆合金,通过室温压缩实验和循环压缩实验分析成形角度对合金超弹性及其稳定性的影响规律,借助X射线衍射分析、电子背散射衍射等表征手段分析不同成形角度合金的微观组织和织构特征,进而深入研究微观组织和织构对Ni
50.8
Ti形状记忆合金超弹性及其稳定性的影响。结果表明：采用激光定向能量沉积制备的Ni
50.8
Ti形状记忆合金由B2奥氏体相组成,基体成分均匀,无开裂现象。与
Y
轴呈90°的合金在室温下呈现出最佳的超弹性,0°的合金超弹性最差。同时,45°的合金呈现出强〈112〉织构,90°的合金呈现出强〈110〉织构,强织构合金的超弹性比弱织构(60°)和不利取向(0°)合金的超弹性更好,织构对于Ni
50.8
Ti形状记忆合金的微观组织和超弹性具有显著的影响。
2024 Vol. 29 (1): 63-73 [
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74
镀银石墨粉制备银石墨复合材料的微观结构和性能
张意欢, 甘雪萍, 刘超强
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024002
银石墨复合材料是一种具有理想综合性能的电接触材料。为了解决复合材料中石墨分布不均匀,界面结合较弱的问题,通过在石墨表面预先镀铜,再镀银的两步化学镀法,制备镀层致密均匀的预镀铜-镀银石墨粉,并采用热压烧结方式制备高性能银石墨复合材料。结果表明：预镀铜工艺的引入能改善复合材料中石墨的分布均匀性,减少界面处的孔隙和裂纹等缺陷,提高材料的致密度,并且使银基体在石墨颗粒周围形成连续的三维网状结构,有效提升复合材料的力学性能和导电性能。与活化-镀银石墨复合材料相比,预镀铜-镀银石墨复合材料的硬度(HV)由22.9提高至33.0,提升了44.1%;抗弯强度由70.4 MPa提高至97.2 MPa,提升了38.1%;电阻率则由0.11 μΩ∙m降低至0.08 μΩ∙m。
2024 Vol. 29 (1): 74-82 [
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