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2025年 30卷 6期
出版日期：2025-12-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
471
粉末高温合金的研究进展与发展趋势
王杰, 刘志凌, 贾建, 曲敬龙, 张少明
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025060
作为涡轮盘的关键材料,粉末高温合金正在朝着更高性能的方向发展。然而,在合金的制备过程中仍存在一些急需解决的关键问题,这些问题制约了合金的进一步发展与应用。本文从发展历程、成分以及制备工艺3个方面概述粉末高温合金的研究进展,分析合金中夹杂物去除困难、易开裂和成本高等问题的成因及相应的解决方案,总结粉末高温合金的研究现状,并展望合金未来的发展趋势。
2025 Vol. 30 (6): 471-489 [
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理论研究
490
P550无磁钢表面激光熔覆57%WC增强镍基涂层的气孔抑制工艺
李佳佳, 刘丽兰, 王甲一, 汪甡, 韩飞燕
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025063
针对P550无磁钢表面激光熔覆高WC含量无磁镍基合金粉末时涂层气孔率过高的技术难题,本文采用响应面法和单因素法设计实验,分析激光熔覆工艺参数对气孔率的影响,并研究主要影响因素。以激光功率、扫描速度、送粉速率和搭接率为输入因子,气孔率为响应目标,建立多元回归预测模型,优化工艺参数。结果表明：当激光功率为1 015 W、扫描速度为5.1 mm/s、送粉速率为0.6 r/min、搭接率为40%时,涂层气孔率降低至0.22%,满足工程应用要求。涂层组织均匀,主要由胞状晶、树枝晶和二次枝晶组成。涂层硬度约为基体的1.6倍,磨损率降低至基体的1.5%。研究结果为无磁钻具表面强化提供了低气孔率、高耐磨涂层的激光熔覆工艺方案,可促进该技术在石油钻探领域的工程应用。
2025 Vol. 30 (6): 490-501 [
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工艺技术
502
高强低热导纯相多孔ZrB
2
陶瓷的松装烧结制备及性能
高萌, 胡锦润, 李天佑, 王炳珺, 王依晨, 蒋丰泽, 曾毅
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025041
传统高温加压烧结工艺与烧结助剂的添加虽能改善ZrB
2
陶瓷的成形性,但易引起热导率的升高或高温承载性能的降低,无法实现力学性能与隔热性能的协同优化。本文采用不同粒度配比的ZrB
2
原料粉末,通过松装烧结工艺制备纯相多孔ZrB
2
陶瓷。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、计算机断层扫描术等研究原料粉末粒度配比对陶瓷微观结构、压缩性能和热导率的影响,并探究陶瓷的烧结成形机制、强化机理和隔热机理。结果表明：不同粒度配比下松装烧结ZrB
2
陶瓷的孔隙率介于43.42%~46.68%,细粉和粗粉的质量比为1:9时,陶瓷具有牢固的ZrB
2
骨架和在微米尺度上呈两级均匀分布的孔隙网络结构,抗压强度高达364.70 MPa,热导率仅为32.79 W/(m∙K)。烧结过程中,适量细粉能有效强化粗粉形成的主骨架,促进微观结构均匀演化。连通孔与孤立孔形成梯度耗能与防御机制,与高强ZrB
2
骨架协同作用,保证良好的压缩性能。同时,孔隙结构有效阻断固相热传导、延长气相传热路径、诱发Knudsen效应,与高密度大角度晶界引起的强声子散射共同实现高效隔热。
2025 Vol. 30 (6): 502-513 [
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514
CuCoCrNi/金刚石复合材料超快速高温烧结致密化行为
李林, 杨紫涵, 王若冲, 刘咏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025043
本文采用超快速高温烧结技术制备以CuCoCrNi多主元合金为黏结相的金刚石复合材料,借助X射线衍射仪、扫描电镜、拉曼衍射仪、摩擦磨损实验等手段,研究烧结参数对复合材料金刚石石墨化程度及致密化行为的影响。结果表明：采用合适的工艺参数,超快速高温烧结技术可以在短时间内获得金刚石石墨化程度低(
I
G
/
I
D
=0.201 4)、摩擦因数低(
μ
=0.06)且相对密度达到91.22%的CuCoCrNi/金刚石复合材料。高电流密度产生的焦耳热以及局部热效应能显著提高烧结驱动力,促进基体中的Cr与金刚石表面结合形成界面层,有利于复合材料致密化。但过高能量输入会引发金刚石颗粒团聚及严重的金刚石石墨化(
I
G
/
I
D
>1.0),降低Cr元素与金刚石颗粒表面的亲和度和界面结合强度,从而降低复合材料的致密度及摩擦性能(
μ
>0.1)。
2025 Vol. 30 (6): 514-523 [
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524
纳米颗粒增强非晶/纳米晶Ni-P/Ni-W-NbC复合涂层的耐磨及耐蚀性能
齐昌浩, 罗忆, 刘佳晨, 高泽坤, 张敔婷, 徐义库
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025065
为突破传统镀层在强度、耐磨性与耐蚀性协同提升方面的瓶颈,本研究采用脉冲电沉积技术制备Ni-P/Ni-W-NbC纳米复合涂层,并采用扫描电子显微镜、能量色散谱仪、X射线衍射仪等系统研究了NbC纳米颗粒质量浓度对涂层微观结构及性能的影响。结果表明：NbC可通过异质形核显著细化Ni-W涂层晶粒,并在质量浓度阈值(1 g/L)下实现了最佳弥散分布,此时涂层综合性能最优,其显微硬度(HV)达峰值 (1 123.2),摩擦因数最低(0.16),磨损率显著降低。NbC纳米颗粒的质量浓度为1 g/L时,涂层晶粒尺寸最小、结构最致密,NbC通过固溶强化、晶界钉扎及降低孔隙率协同优化了涂层的微观结构。适量NbC (1 g/L)能显著提升涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性,表现为电荷转移电阻增大和腐蚀电流密度降低。但过量NbC因颗粒团聚诱发微裂纹和结构缺陷,导致涂层力学性能与耐蚀性能下降。研究阐明了脉冲电沉积中NbC与γ-Ni-W涂层的界面协同强化机制,为开发高硬度、低摩擦且耐蚀的梯度功能涂层提供了理论依据和技术途径。
2025 Vol. 30 (6): 524-536 [
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537
高稳定长循环Li-B-Zn合金负极的制备与性能评估
杨诚, 伍秋美, 陈立宝, 吴志彬
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025049
在锂金属负极内部构建三维骨架可以抑制极片的体积变化,降低局部电流密度,延缓锂枝晶生长。本文以锂锭、无定形B粉和ZnF
2
粉为原材料,采用熔炼法制备内部具有三维骨架的Li-B-Zn合金。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散光谱仪等表征合金的相组成及其内部骨架的结构,并对Li-B-Zn合金负极的电化学性能进行评估。结果表明：纳米LiZn颗粒均匀分布在LiB纤维骨架上,构成复合骨架,该骨架具有丰富的亲锂位点和出色的结构稳定性。在对称电池中,Li-B-Zn负极在5 mAh/cm
2
的高面容量下循环运行时表现出1 500 h的长循环。Li-B-Zn|LFP (LiFePO
4
)全电池显示出优异的电化学性能,在1 C下370次循环后,容量保持率高达90.15%。在实际应用中,Li-B-Zn合金负极具有突出的性能优势,构建内部复合三维骨架是一种解决当前锂金属负极挑战的高效方法。
2025 Vol. 30 (6): 537-543 [
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544
风电滑环用Cu-Graphite-CNTs在低电流下的载流摩擦性能
石雄伟, 张鑫, 康潇, 邬柳臣, 肖雳
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025062
本研究制备不同成分配比的Cu-Graphite-CNTs复合材料(CNTs质量分数0.1%~1%、Graphite质量分数10%~20%),并在0、1、3和5 A电流下进行载流摩擦实验。利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪和拉曼光谱仪等表征复合材料的摩擦磨损行为,并研究成分配比与电流对其载流摩擦性能的影响。结果表明：电流通过影响润滑膜的连续与完整性间接影响摩擦性能,0 A时碎片化膜引发黏着-磨粒磨损,摩擦因数高且波动大;1~3 A时适度焦耳热促进润滑膜的形成,有效隔离界面、抑制磨损;5 A时过量焦耳热导致润滑膜产生裂纹并脱落,加剧热疲劳-黏着磨损。0.5% CNTs+10% Graphite(质量分数)与3 A电流协同作用时润滑膜最稳定。本研究可为风电滑环用高性能力学-电学复合材料的设计提供理论支撑。
2025 Vol. 30 (6): 544-556 [
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557
稀释剂含量对自蔓延高温合成金刚石表面钨层的影响
赵卓聪, 刘咏, 王丽, 杨紫涵
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025053
以WO
3
、Mg和金刚石粉为反应体系,NaCl为稀释剂,采用自蔓延高温合成技术制备金刚石表面钨层。通过调控NaCl含量实现绝热温度变化,并系统研究其对金刚石表面钨层覆盖率及钨层厚度的影响。结果表明：金刚石表面钨层的覆盖率及厚度随绝热温度升高而增大。在WO
3
、金刚石、Mg、NaCl质量比为1:0.53:0.34:0.13的条件下,绝热温度达到3 569 K时,可获得覆盖率约为82%、厚度约为340 nm且分布均匀的钨层。而且自蔓延高温合成特有的瞬时高温-快速冷却特性,能有效提高金刚石的稳定性,因此未观察到明显石墨化。
2025 Vol. 30 (6): 557-564 [
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