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2019年 24卷 4期
出版日期：2019-08-15
 
       理论研究
303 Sm-Sn二元体系的热力学优化
蒋贇, 黄国幸, 郑凌虹, 刘立斌, 章立钢
在综合评估Sm-Sn体系实验数据的基础上,采用CALPHAD方法优化和计算该二元合金体系的平衡相图。液相采用置换式溶体溶液模型,化学计量比中间化合物采用Neumann-Kopp规则描述其热力学函数。通过优化,得到一组合理自洽的热力学参数,利用该热力学参数计算的相图与文献报道的实验信息吻合较好。计算所得1 203 K下的液相混合焓以及295 K下的固相形成焓也与已有的热化学数据符合良好。
2019 Vol. 24 (4): 303-307 [摘要] ( 430 ) HTML (1 KB)  PDF  (287 KB)  ( 865 )
       工艺技术
308 激光熔覆制备耐磨耐蚀涂层技术研究进展
张凯, 陈小明, 张磊, 伏利, 刘伟, 姜志鹏
激光熔覆制备耐磨耐蚀涂层技术用于解决恶劣环境下零件的磨损和腐蚀问题,具有良好的发展前景。本文简要介绍了激光熔覆技术的发展历史;重点综述了国内外激光熔覆工艺对制备耐磨耐蚀涂层影响的研究进展,以及激光熔覆熔池变化与激光熔覆工艺参数和熔覆层组织性能之间联系的研究进展;并阐述了激光熔覆制备耐磨耐蚀涂层技术在具体应用零件和工况的研究进展,包括：水利工程装备零部件、航天航空装备零部件、石油开采装备零部件等;最后总结了目前制约该技术全面工业应用的关键问题,以及工艺、设备等方面亟需开展的研究方向。
2019 Vol. 24 (4): 308-314 [摘要] ( 516 ) HTML (1 KB)  PDF  (270 KB)  ( 2244 )
315 激光功率对Ni基合金熔覆层的结构及性能影响
陈小明, 姜志鹏, 张磊, 刘伟, 赵坚, 伏利
本文通过研究激光功率对Ni基合金熔覆层的组织结构及抗磨耐蚀性能的影响,寻求最佳的激光功率参数,以求获取冶金结合良好,耐磨及耐蚀性优异的Ni基合金涂层。研究结果表明,熔覆制备的Ni基合金涂层与基体呈现冶金结合,无明显的裂纹及孔洞,其主要成分为γ-(Ni,Fe)固溶体,并在较低的激光功率下伴随有少量的Cr3C7相出现。随激光功率增大,熔覆层中的Ni和Cr元素含量下降,Fe元素含量升高,熔覆层的厚度从545 μm增加到1 100 μm,组织明显宽化,并有从树枝晶向胞状晶转变的趋势。同时,随激光功率增大,试样的显微硬度从508 HV降低到375 HV,耐磨性能随之下降,耐蚀性反而提升,自腐蚀电流密度从4.347×10-7 A/cm2降低到8.257×10-8 A/cm2。
2019 Vol. 24 (4): 315-320 [摘要] ( 447 ) HTML (1 KB)  PDF  (509 KB)  ( 854 )
321 刷丝硬度对Au9Ni/Au35Ag5Cu对偶电接触及摩擦磨损行为的影响
曲强, 周雄, 罗博, 张雷
选用硬度分别为230.51,251.93和270.30 HV的三种Au9Ni合金丝材为研究对象,探究丝材硬度对大气环境下Au9Ni/Au35Ag5Cu对偶电接触稳定性及摩擦磨损行为的影响规律,并揭示Au9Ni丝的磨损机理。结果表明：随Au9Ni丝材硬度由230.51 HV增加至270.30 HV,材料的摩擦因数和接触压降分别从0.82,46.42 mV提高至1.02,98.72 mV,同时,其硬度上升减弱了滑动过程中的跃动现象,使其电噪声RRMS从6.15 mΩ降至3.37 mΩ,从而导致摩擦因数曲线平稳性和接触的稳定性上升;电刷硬度越大,磨损表面粗糙度Ra从1.10 μm降至0.57 μm,对偶盘的材料转移现象加剧,进而导致其磨损形式由硬度230.51 HV时的粘着磨损向粘着-犁削复合磨损机制转变,且犁削磨损对导电滑环的影响随Au9Ni硬度的增加而增大。
2019 Vol. 24 (4): 321-328 [摘要] ( 404 ) HTML (1 KB)  PDF  (762 KB)  ( 734 )
329 氩气雾化制备Cu-3Ag-0.5Zr合金粉末的显微组织及性能
文靖瑜, 刘祖铭, 麻梦梅, 吕学谦
采用氩气雾化制备Cu-3Ag-0.5Zr合金粉末,对粉末的粒径分布、氧含量、松装密度、流动性、形貌、物相组成和显微组织等进行表征。结果表明,Cu-3Ag-0.5Zr合金雾化粉末球形度较高,粒径呈正态分布,90%(体积分数)的粉末粒径小于200 μm,中位径Dv(50)约为49.9 μm。小于50 μm,50~106 μm以及大于106 μm这3个粒级的粉末氧含量(质量分数)分别为0.067%,0.039%和0.013%,松装密度分别为4.39,4.95和5.02 g/cm3,粉末流动性分别为16.59,15.96和15.62 s/50 g。粉末组织细小均匀,平均晶粒尺寸为3.82 μm。大粒径粉末为树枝晶组织,小粒径粉末为等轴晶组织,没有观察到明显的Ag或Zr等第二相析出,形成了成分均匀的过饱和固溶体。
2019 Vol. 24 (4): 329-333 [摘要] ( 505 ) HTML (1 KB)  PDF  (608 KB)  ( 589 )
334 锻造对粉末冶金纯铁软磁材料磁性能的影响
辛立军, 江利民, 张广安, 王鸿健, 周岐
采用粉末冶金法制备纯铁软磁材料,然后进行热锻,测试不同锻造温度和压力下锻件的密度和磁性能,并表征其显微组织,得出最佳的粉末冶金纯铁软磁材料锻造工艺。结果表明：提高锻造压力或锻造温度均可有效提高纯铁粉末锻件的密度与磁性能,随锻造压力上升,材料的饱和磁化强度Ms增大,矫顽力Hc先减小后增大。随锻造温度升高,Ms和Hc均增大。在锻造温度和压力分别为1 166 ℃和1 200 MPa条件下获得的纯铁软磁材料,密度为7.821 g/cm3,相对密度为99.38%,Ms=2.024 T,Hc=997.3 A/m。锻件在1 450 ℃温度下退火热处理后,Hc下降至437.0 A/m。
2019 Vol. 24 (4): 334-339 [摘要] ( 375 ) HTML (1 KB)  PDF  (606 KB)  ( 792 )
340 粉末冶金Fe-13Cr-0.5Mo-3Nb透气钢的制备及其模具应用性能
陈刚, 朱立华, 吴旭升, 沈书成
以一种高碳含铌不锈钢Fe-13Cr-0.5Mo-3Nb合金粉末为原料,通过粉末冶金法制备多孔透气钢,研究粉末粒度、压坯密度和烧结温度对透气钢的结构与性能的影响。并研究该透气钢在注射成形模具制备中的应用性能。结果表明：采用粒径96~120 μm的粉末,在平均压坯密度5.6 g/cm3,烧结温度1 280 ℃条件下制备的透气钢具有高的强度、良好的透气性以及优异的耐蚀性能,其屈服强度为295 MPa,腐蚀速率为0.016 mm/y,该透气钢用于注射模具可明显地改善注塑产品的表面质量。与进口同类材料相比,在保证良好的透气性与耐蚀性基础上,可明显提高模具的力学性能。
2019 Vol. 24 (4): 340-349 [摘要] ( 538 ) HTML (1 KB)  PDF  (823 KB)  ( 696 )
349 激光选区熔化成形ZrH2/6060铝合金的显微组织与力学性能
涂诚, 刘允中, 胡亮, 周志光
在6060铝合金雾化粉末中加入1%(质量分数,下同)的亚微米级ZrH2粉末,经过低能球磨制备1%ZrH2/AA6060复合粉,然后采用SLM(selective laser melting,激光选区熔化)成形工艺制备含锆的6060铝合金,表征和测试不同SLM工艺条件下合金的显微组织与力学性能,研究添加ZrH2对6060铝合金显微组织与力学性能的影响。结果表明：添加1%亚微米级ZrH2后,6060铝合金的致密度由93.8%提高至97.8%,成形试样开裂得到抑制,表面球化现象减弱,表面质量显著提高,表面平整,未出现较大孔洞等缺陷;材料的晶粒显著细化,尺寸由56 μm减小至3 μm。与6060铝合金相比,含锆铝合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率、显微硬度分别提高26.0%,73.0%,126.8%和21.8%。
2019 Vol. 24 (4): 349-357 [摘要] ( 489 ) HTML (1 KB)  PDF  (1573 KB)  ( 959 )
358 微观结构对纳米金刚石涂层WC-Co结合性能的影响
邓彪, 周科朝, 肖和, 魏秋平, 马莉, 易铭昆, 罗一杰, 李亮
微观结构对金刚石涂层硬质合金的结合性能具有重要影响。本文采用酸碱二步腐蚀法预处理WC-Co基体,使用热丝化学气相沉积(HFCVD)设备,分别在CH4浓度为2%,3%,4%的CH4/H2/Ar气氛体系中,沉积得到不同微观结构的金刚石薄膜。采用SEM和Raman分别对薄膜的表面形貌、截面形貌及sp3/sp2相成分进行表征,采用划痕法评估薄膜的膜基结合性能。结果表明：提高甲烷浓度可有效细化金刚石晶粒,有利于纳米晶金刚石的生长;当金刚石薄膜的晶粒尺寸从几百纳米降低至几十纳米时,薄膜的sp2相增多,晶粒的形核密度随之提高;各样品所沉积的金刚石薄膜在剥落时所受的临界载荷分别为15.2,6.9和9.1 N,结合薄膜的微观结构,可得出结论：高纯度、高形核密度的金刚石有利于提高纳米尺寸薄膜与WC-Co基体的结合性能。
2019 Vol. 24 (4): 358-364 [摘要] ( 423 ) HTML (1 KB)  PDF  (692 KB)  ( 794 )
365 纳米TiB2对激光选区熔化2024铝合金显微组织与力学性能的影响
胡亮, 刘允中, 涂诚, 周志光
2024铝合金由于凝固区间宽、合金元素含量高,在激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形中存在易开裂、不良显微组织、低性能等问题。本文通过低能球磨法制备不同纳米TiB2含量的TiB2/2024复合粉体,并制备SLM成形试样。采用X射线衍射、金相显微镜、EBSD、SEM等手段研究TiB2含量对2024铝合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,质量分数1%的纳米TiB2颗粒可使SLM成形试样的致密度提升,晶粒尺寸由19.9 μm细化至4.25 μm,柱状晶转化为等轴状及短棒状,致密度由97.3%提升至98.2%。抗拉强度、伸长率和显微硬度分别提高23%,208%和5.1%,经T6热处理后,断裂强度达到401.2 MPa,伸长率达到10.4%。TiB2质量分数增至3%后,细化效果减弱,晶粒尺寸仅细化至3.97 μm,且纳米TiB2发生团聚现象并长大至微米级,试样致密度和综合力学性能均急剧下降。
2019 Vol. 24 (4): 365-373 [摘要] ( 567 ) HTML (1 KB)  PDF  (1997 KB)  ( 1099 )
374 雾化压力对选区激光熔化用Inconel 625合金粉末粒度与形貌的影响
李响, 曾克里, 何鹏江, 罗浩, 宗伟, 宋信强, 朱杰
采用真空感应炉熔炼-高纯氩气雾化工艺,在雾化压力为3.5~5.0 MPa下制备选区激光熔化用Inconel 625合金粉末,通过扫描电镜对粉末的粒度分布和形貌进行表征,同时统计出不同雾化压力下45~105 μm粒度段粉末的收得率。结果表明,真空气雾化法制备的Inconel 625合金粉末粒度呈对数正态分布特征,粒度分布曲线出现明显的双峰,符合气雾化粉末的二次破碎机理。随雾化气体压力增大,粉末颗粒变细,目标段得粉率升高,但在雾化压力超过4.5 MPa以后,粒度变化不显著。同时随雾化压力增大,合金粉末的卫星球增多,球形度降低。雾化压力的最优值为4.5 MPa,所得粉末的中位径dm=72.2 μm,45~105 μm粒度段粉末的收得率达到78.1%,球形度较好,完全满足选区激光熔化设备对粉末的要求。
2019 Vol. 24 (4): 374-378 [摘要] ( 552 ) HTML (1 KB)  PDF  (382 KB)  ( 534 )
379 反应温度与反应气氛对固相合成ZrSiO4的影响
宋可琪, 范景莲, 成会朝, 刘涛, 韩勇
以纳米ZrO2粉末和纳米非晶SiO2粉末为原料,通过固相反应合成ZrSiO4,研究在空气气氛下该反应发生的最低温度和ZrSiO4合成量最高的温度,反应气氛(真空和空气)对ZrSiO4合成的影响以及ZrSiO4的微观组织结构。结果表明：在空气气氛下,反应时间为4 h时,ZrSiO4的最低合成温度为1 225 ℃;当反应时间延长至8 h时,ZrSiO4的最低合成温度降至1 200 ℃。空气气氛中的氧气可促进非晶SiO2向方石英转化,从而使得在1 300 ℃以上ZrSiO4的合成量迅速增多。在真空环境下,非晶SiO2在高温下包裹在ZrO2颗粒表面,阻碍ZrO2颗粒长大,有助于得到细小的ZrSiO4晶粒。
2019 Vol. 24 (4): 379-384 [摘要] ( 528 ) HTML (1 KB)  PDF  (651 KB)  ( 806 )
385 粉末冶金Cu-Cr-Zr合金的形变热处理组织及性能
赵凡, 刘祖铭, 吕学谦, 李全, 彭凯
对放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)制备的Cu-Cr-Zr合金进行固溶/冷轧和时效/冷轧的双级热处理/变形加工,研究合金的显微组织、力学性能和导电性能。结果表明,粉末冶金Cu-Cr-Zr合金经过980 ℃/50 min固溶和30%变形量的一次冷轧,以及450 ℃/2 h时效和70%变形量的二次冷轧后,得到成分均匀、晶粒细小的基体组织,以及均匀分布的以纳米相为主、亚微米相共存的多种尺度、多种结构第二相,实现了多尺度第二相沉淀强化和形变强化的协同作用,合金的抗拉强度和电导率同步提高,分别达到625 MPa和79%IACS,比SPS状态分别提高143%和20%。
2019 Vol. 24 (4): 385-390 [摘要] ( 653 ) HTML (1 KB)  PDF  (900 KB)  ( 1064 )
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