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2019年 24卷 1期
出版日期：2019-01-15
工艺技术
1
真空氮气雾化法制备3D打印Cu6AlNiSnInCe仿金粉末及表征
崔波, 朱权利, 陈进, 毛卫东, 李博, 肖志瑜
采用真空氮气雾化技术制备出一种自主设计优化成分的Cu6AlNiSnInCe 3D打印仿金粉末,采用分光光度计、扫描电镜、激光粒度仪、激光粒形仪、差热分析仪等,对粉末的色度、形貌、粒度分布及显微组织等进行表征,并研究其激光选区熔化成形试样的性能。结果表明：Cu6AlNiSnInCe仿金粉末色度与纯金色度的色差Δ
E
为28.9;80% (体积分数)粉末的圆度拟合率达到85%,60%粉末的钝度拟合率达到70%,粉末形貌为球形或近球形;粉末流动性为16 s/50g,松装密度4.39 g/cm
3
,振实密度4.67 g/cm
3
;平均含氧量0.02%;粒径在15~53 μm间的粉末单次收得率达40%;粉末组织结构由胞状晶和树枝晶组成,其显微组织为α-Cu固溶体基体和沿晶界分布的富Sn相。随激光功率增加或扫描速度减小,激光选区熔化成形的Cu6AlNiSnInCe合金相对密度增大,最高达到89.6%。
2019 Vol. 24 (1): 1-7 [
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8
烧结温度对粉末冶金Ti600合金组织与力学性能的影响
丁超, 邹黎明, 刘辛, 杭争翔, 吴伟, 李润霞
采用混合元素粉末法,通过冷等静压成形和真空烧结,制备Ti600合金(名义成分为Ti-6Al-2.8Sn-4Zr- 0.5Mo-0.4Si-0.1Y),研究烧结温度对合金显微组织以及密度与力学性能的影响。结果表明,烧结温度为1 100 ℃时,合金组织为杂乱无章的α层片组织,而在1 200 ℃下烧结时α层片组织开始规则排列,形成α丛束,当烧结温度达到1 300 ℃时,α层片组织基本都形成α丛束。在合金组织中Zr元素和Mo元素固溶于β-Ti相,Al元素固溶于α-Ti相,Si元素富集于析出物,Sn、Y元素分布均匀。随烧结温度升高,合金中孔隙和α-Ti相数量逐渐减少,β-Ti相数量逐渐增加,合金的致密度提高,力学性能明显提升,1 300 ℃温度下烧结的合金致密度为92.8%,硬度(HV)为324.0,抗拉强度和伸长率分别为622.6 MPa和5.0%。
2019 Vol. 24 (1): 8-14 [
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15
能量密度对选区激光熔化纯钨致密度及组织性能的影响
牛朋达, 李瑞迪, 袁铁锤, 王敏卜
难熔金属由于其具有熔点高、蒸汽压低、高温强度高等特性,在武器装备、通讯、医疗等领域具有广泛应用。纯钨的选区激光熔化打印,可解决难熔金属传统粉末冶金在复杂形状和超细晶粒方面面临的难题。本文研究了激光能量密度对纯钨致密度、硬度及显微组织的影响。结果表明,随激光能量密度增大,致密度和显微硬度逐渐增大。最大致密度可达75%,显微硬度达到485 HV,远远高于传统粉末冶金的方法(260 HV)。打印后的显微组织为较细的等轴晶,晶粒尺寸小于1 μm。
2019 Vol. 24 (1): 15-20 [
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21
电解液循环方式对电解能耗及铜粉性能的影响
向小艳, 夏文堂, 杨文强, 尹建国
利用具有平行流进液装置的新型电解槽,在电解液总流量为18 L/min条件下,采用不同的进液模式制备电解铜粉,研究电解液进液方式对槽电压、电流效率、电解能耗和铜粉性能的影响,对电解法制备铜粉的节能降耗进行探索。结果表明,采用传统进液方式时能耗为3.01×10
6
kJ/t,电流效率为94.42%,铜粉粒度为3.47 μm,粒度分布集中;采用传统进液协同阴极双侧平行进液的方式能有效地降低电解过程的槽电压和电解能耗,并且随双侧平行进液流量增大,电流效率增加,能耗下降,但铜粉粒度增大。当双侧平行进液的喷液口流量为6 L/min时较合适,电解能耗较低,为2.55×10
6
kJ/t,铜粉的平均粒度为4.65 μm,95%以上的铜粉粒度小于7.2 μm,且铜粉具有明显的树枝状结构,与传统电解得到的铜粉性质相比没有明显差别;当喷液口流量进一步增大至9 L/min(即单独采用双侧平行喷液方式)时,电解能耗进一步下降至2.17×10
6
kJ/t,电流效率提高至96.95%,但铜粉粒度增加至45.76 μm,且粒度分布出现明显的分级。
2019 Vol. 24 (1): 21-26 [
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27
w
(Co)/
w
(Ni)对Ti(C,N)基金属陶瓷高温氧化和耐腐蚀性能的影响
刘毅, 张鹛媚, 康希越, 吝楠, 颜焰, 邱嵩, 黄建华, 贺跃辉
采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究粘结相Co与Ni的含量比对材料组织结构和性能的影响,并系统研究材料在高温环境和酸性水溶液中的氧化与腐蚀行为。结果表明,
w
(Co)/
w
(Ni)=1的金属陶瓷材料T3具有优异的综合力学性能,其抗弯强度与硬度(HRA)分别为1 749 MPa和93.8;随着Ni的添加,材料在H
2
SO
4
溶液中的耐腐蚀性能显著提高,其中的T3经120 h浸泡腐蚀后质量损失率为0.074 5%,粘结相和部分环形相的溶解为金属陶瓷在酸溶液中的主要腐蚀行为。随
w
(Co)/
w
(Ni)的值减小,材料阳极极化过程中不同钝化区出现融合,证明Ni含量增加可促进元素向粘结相中的固溶,T3材料具有优异的耐腐蚀性能,自腐蚀电流密度为3.356 6×10
-7
A/cm
2
。表面积为2.5 cm
2
的Ti(C,N)基金属陶瓷,在900 ℃高温静态空气中氧化10 h后,质量增加量均小于1 mg,材料的氧化机理以粘结相优先氧化和富Ti、W固溶相的氧化腐蚀为主。
2019 Vol. 24 (1): 27-36 [
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37
水热法制备光热治疗剂纳米WO
3-
x
的组织结构与光热效应
胡伟, 黄智
采用水热法制备表面活性剂聚甲基丙烯酸-季戊四醇四-3-巯基丙酸酯(PTMP-PMAA)修饰的具有光热效应的纳米WO
3-
x
粉末,通过X射线衍射(XRD)分析、透射电镜(TEM)观察、X射线光电子能谱(XPS)分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析以及紫外-可见吸收光谱(UV-Vis 谱)分析及光热性能测试等,研究所得纳米粉体材料的结构及其在不同浓度与pH值下的光热性能。结果表明,水热法制备的WO
3-
x
粉末为球形的非整比结构的W
17
O
47
,粒径小于10 nm。随WO
3-
x
的pH值降低或质量浓度降低,粉末的紫外吸光度增加,光热效应提高。pH值为6.4、质量浓度为800 μg/mL的WO
3-
x
经光热转换后,可实现在5 min内约19 ℃的温度上升。考虑到人体体温为37 ℃,肿瘤部位的pH值为6.0~6.5之间,此质量浓度下纳米WO
3-
x
粉末可用于光热治疗并实现对肿瘤细胞的杀伤效果。
2019 Vol. 24 (1): 37-44 [
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45
等温复合锻造工艺对2A14铝合金轮毂组织与力学性能的影响
余永新, 肖代红, 周鹏飞, 黄兰萍, 刘文胜
采用等温复合锻造工艺(等温多向锻+等温模锻)制备2A14铝合金轮毂锻坯,然后进行固溶和时效处理。通过金相显微镜、扫描电镜以及力学性能测试,研究等温复合锻造工艺对2A14铝合金轮毂组织与性能的影响。结果表明,在等温复合锻造过程中存在动态回复和动态再结晶过程,随模锻温度升高,合金的软化机制由动态回复逐渐转向动态再结晶。提高等温多向锻道次可提高合金轮毂的力学性能;在相同的等温多向锻道次下,随等温模锻温度升高,合金的力学性能先升高后降低,其中以450 ℃等温多向锻造6道次并经460 ℃等温模锻的轮毂性能最佳,最高抗拉强度达到491 MPa,伸长率大于12%。
2019 Vol. 24 (1): 45-51 [
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52
聚乙二醇2000含量对TiO
2
薄膜性能的影响
同帜, 王磊, 樊璐, 杨博文, 孙小娟, 行静
以钛酸丁酯为前驱体,聚乙二醇(PEG)2000为添加剂,采用溶胶-凝胶法制备TiO
2
薄膜,研究PEG2000的添加量对TiO
2
薄膜性能的影响。通过热重分析仪、X射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔结构分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)、接触角分析等手段对薄膜的热稳定性、晶相变化、比表面积、孔结构、表面形貌和亲水性进行表征。结果表明：随PEG2000添加量增加,TiO
2
薄膜锐钛矿晶型转变为金红石晶型的温度升高,薄膜表面从致密平滑转变为开裂粗糙,比表面积持续增大,平均孔径则减小,接触角由3°增至20.2°;当PEG2000的添加量为5%时,TiO
2
薄膜的性能最佳,表现出超亲水性。
2019 Vol. 24 (1): 52-57 [
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58
Al
2
O
3
基复合金属陶瓷模具材料的组织结构与力学性能
刘咸超, 郭容
以纳米Al
2
O
3
和纳米Ti(C,N)为主要原料,以Mo和Ni粉等为助烧剂,采用N
2
气氛保护热压工艺制备Al
2
O
3
基复合金属陶瓷模具材料。采用XRD和SEM分析材料的物相组成及微观结构,并测试材料的力学性能。结果表明,当烧结温度为1 660 ℃,纳米Al
2
O
3
质量分数为74.5%,纳米Ti(C,N)粉为20%、Mo+Ni粉为5%时,所制备的Al
2
O
3
基复合金属陶瓷模具材料性能最佳,其相对密度为98.14%,弯曲强度值为795.98 MPa,硬度值为18.52 GPa,断裂韧性为8.05 MPa·m
1/2
。第二相的引入和晶界处Mo+Ni的共同作用,可增强晶界强度,促进沿晶裂纹向穿晶裂纹转变,从而提高材料的力学性能。
2019 Vol. 24 (1): 58-62 [
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63
原位碳纳米管/铝基复合材料的制备与力学性能
王雷, 尹华, 徐润, 谭占秋, 范根莲, 李志强, 张荻
采用片状粉末冶金技术制备碳纳米管/铝(CNT/Al)复合材料,并研究其力学性能。首先,通过聚合物热解化学气相沉积法(PP-CVD)在微纳铝片表面原位生长碳纳米管制备CNT/Al片状复合粉末,随后对该片状复合粉末进行冷压成形、烧结致密化和挤压变形加工等,制备致密的CNT/Al复合材料块体。实验结果表明,相比铝基体,所制备的1.5%CNT/Al复合材料抗拉强度和模量分别提高了18.5%和23.7%,3.0%CNT/Al复合材料抗拉强度和模量分别提高了31.4 %和74.1%,但由于铝基体的细晶强化和位错强化作用,使其塑性分别下降至4.96%和1.5%。
2019 Vol. 24 (1): 63-68 [
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68
烧结温度对高速钢颗粒增强钛基复合材料组织与性能的影响
曾晗, 吴宏, 周承商, 刘咏, 刘彬
以M2型高速钢颗粒为增强体,采用放电等离子烧结技术,在850~1 000 ℃温度下制备高速钢颗粒增强钛基复合材料,研究烧结温度对复合材料显微组织以及硬度与摩擦性能的影响。结果表明,高速钢颗粒与钛基体的界面过渡层未发现孔洞或Ti-Fe金属间化合物,材料的最高致密度达到96.8%。在850 ℃的烧结温度下,高速钢颗粒周围析出一层碳化物,随烧结温度升高,碳化物因C的扩散而消失,高速钢颗粒中的W、Mo在高速钢颗粒周围富集。高速钢颗粒与钛基体的界面处硬度较高,1 000 ℃下钛基体的硬度(HV)达426.9。高速钢颗粒的添加有利于改善钛的摩擦性能,高速钢颗粒增强钛基复合材料的磨损方式以黏着磨损为主。随烧结温度升高,材料的硬度逐渐升高且耐磨性增强。
2019 Vol. 24 (1): 68-74 [
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75
爆炸喷涂制备流体机械抗冲蚀涂层的性能
伏利, 陈小明, 马红海, 刘伟, 孟金博
采用CCDS2000型爆炸喷涂技术,在水泵和水轮机等流体机械常用不锈钢0Cr13Ni5Mo上制备WC-12Co涂层。采用金相显微镜、显微硬度仪、SEM、XRD、电子拉伸试验机、冲蚀试验机等测试分析手段和研究涂层的微观组织、显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能等,并分析涂层的抗冲蚀机理。结果表明：制备的WC-12Co涂层的孔隙率为0.63%,硬度为1 305.6 HV
0.2
,涂层与基体的结合强度达到130 MPa。此外涂层抗冲蚀性为基材G0Cr13Ni5Mo不锈钢的4.76倍。冲蚀后涂层内部裂纹主要以穿晶断裂、沿晶断裂形式扩展。因此利用爆炸喷涂制备WC-12Co涂层在高含沙水流的流体机械零部件上有广泛的应用前景。
2019 Vol. 24 (1): 75-79 [
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80
多孔V
2
O
5
微球的制备与电化学性能
陈儒, 方国赵, 谭小平, 周江, 梁叔全
采用简单水热法和后续高温煅烧制备多孔结构V
2
O
5
微球,用X射线衍射仪分析V
2
O
5
微球的晶体结构,通过扫描电镜和透射电镜观察和分析微球表面形貌与微观结构。结果表明,微球为单相V
2
O
5
,呈形貌均一的多孔结构。作为锂离子电池正极材料,V
2
O
5
多孔微球电极在不同电压区间均显示出优异的电化学性能,在2.5~4.0 V电压范围内,100 mA/g的电流密度下,初始放电比容量达到145 (mA·h)/g,接近理论值147 (mA·h)/g,循环50圈后仍保持在138 (mA·h)/g,容量保持率高达95.2%。此外,该电极还表现出优异的长循环稳定性,在2 A/g的电流密度下循环1 000圈后放电比容量保持在82.8 (mA·h)/g ,平均单圈比容量衰减率仅为0.022%。该材料优良的电化学性能得益于三维多孔微球结构。
2019 Vol. 24 (1): 80-88 [
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89
有机合成高碳锆比碳化锆陶瓷的先驱体及其热裂解性能
李一鸣, 苏哲安, 杨鑫, 黄启忠, 邵俊杰, 王宇杰, 方存谦
以四氯化锆为锆源,苯甲醇为碳源,分别采用对二甲苯,间二甲苯和二甲苯3种不同溶剂,有机合成高碳锆比(原子比28:1)碳化锆陶瓷的先驱体苯甲醇锆(benzyl alcohol zirconium,BAZ)。采用FT-IR对先驱体的基团结构进行表征,通过热重分析(TGA)和X射线衍射分析(XRD)对BAZ的耐热性和陶瓷转化过程进行研究。结果表明,采用不同溶剂制备的碳化锆先驱体在600~700 ℃时均全部热裂解,1 500 ℃完全热解为ZrC,其中采用对二甲苯溶剂制备的先驱体在氩气气氛下1 600 ℃保温1 h后的陶瓷产率最高,为51.8%,采用二甲苯溶剂制备的先驱体热裂解温度最高,为670 ℃。
2019 Vol. 24 (1): 89-94 [
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