超细金属粉末注射成形在聚变装置钨零部件中的应用

从超细粉末制备、喂料准备、注射工艺、烧结工艺和热等静压处理等方面研究了超细纯钨粉以及超细稀土氧化物弥散增强钨粉的金属注射成形技术,利用该技术制备了聚变装置中的钨零部件,并对这种超细金属粉末注射成形钨零件的微观组织和热力学性能进行了分析。结果表明:超细纯钨粉零件相对密度可达98%以上,平均晶粒尺寸10~15 μm,500℃以上的热导率与锻造钨零件相当;超细稀土氧化物弥散增强钨粉零件相对密度可达99%以上,平均晶粒尺寸3~5 μm,抗热冲击性能优良。     

纳米晶W-Ni-Fe粉的流变行为和烧结特性

研究了W-Ni-Fe纳米晶粉在注射成形中喂料的流变行为,纳米晶W-Ni-Fe粉采用机械合金化(MA)的方法制备,并将此粉末与蜡基粘结剂混合以形成一种喂料,讨论了MA球磨时间,纳米晶粉末体积和温度对喂料流变性的影响,随球磨时间增加,喂料的粘度以及粘度对剪切速率的敏感性降低,因此,在较长的球磨时间下,这种粉末喂料的流动性和成形性变好,随粉末体积增加,喂料的粘度遵循公式呈非线性增加,此时n=0.68.MA粉末喂料的粘度随温度和剪切速率的变化较小,所以注射温度和注射速度的变化对这种MIM注射坯的质量影响较小,本文也讨论了采用MA制备的W-Ni-Fe纳米粉末的烧结特性,实验结果表明球磨可以导致在液相烧结温度以下合金达到很高的密度,大的晶格畸变、晶粒细化和超饱和固溶体的形成,强化了烧结工艺。     

熔盐电解稀土用钨电极的制备工艺研究

采用适当的含镍化合物及相应的加入方式制备镍包钨粉,微量镍可在钨颗粒表面均匀包覆;镍包覆钨粉经活化烧结生产的致密钨棒用于稀土电解的阴极,较传统的钼阴极具有更强的抗腐蚀性。用质量分数为0.4%的微量镍包覆钨粉,可实现在低于1 500℃温度下烧结出相对密度大于90%的致密钨材。该钨电极制备工艺具有流程短、生产成本低、质量稳定等特点。     

W90Ni7Fe3合金制备工艺研究

本文采用传统粉末冶金方法制备了W0Ni7Fe3合金,重点研究了的合金粉末烧结过程工艺对合金性能的影响。升温至1440℃后钨粉迅速聚合长大,抗拉强度、硬度、密度也随之增加。1440℃烧结时间为30min时烧结坯延伸率最佳。     

高比重钨合金注射成形工艺研究

对高比重钨合金的注射成形工艺进行了研究,包括粉末的预处理,喂料制备、注射、脱脂和烧结工艺,并对材料的微观组织和机械性能进行了分析。研究表明:预处理后粉末的装载量可以达到58%,经过适当的注射工艺及热脱脂烧结工艺后,可以得到无缺陷的烧结坯。在一定的烧结温度范围内,烧结坯的密度、硬度等性能指标随着烧结温度的升高而增大。对95WNiFe材料而言,当烧结温度为1 450℃,烧结时间为120 min时,其密度可达18.02 g/cm~3,硬度为29 HRC,抗拉强度为792 MPa,屈服强度为612 MPa,延伸率为10%。     

粉末注射成形钛合金的脱脂和烧结性能

应用粉末注射成形技术制备出高精度、高性能的异形钛合金零器件。通过多粒度粉末搭配,采用聚甲醛为主组元的多组元粘结剂,制备出高装载量催化脱脂型钛合金喂料,再经真空烧结获得制品。研究了催化脱脂工艺的影响因素以及喂料配比对烧结性能的影响。结果表明:当大（D₅₀=25.28 μm）、中（D₅₀=16.75 μm）、小（D₅₀=12.66 μm）颗粒按质量比17:6:2搭配时,钛合金混合粉末相对振实密度较大,为55%。喂料较佳的催化脱脂工艺为:脱脂温度120 ℃,N₂通入速率120 cm3·min?1,HNO₃气体通入速率1.5 cm3·min?1,脱脂时间6 h,粘结剂脱除率85%。采用全流程控制杂质含量技术,粉末注射成形钛合金制品的烧结性能可以达到相对密度95.9%,拉伸强度933 MPa,抗弯强度1282 MPa,延伸率7.5%,其中C质量分数为0.10%,O质量分数为0.21%。     

表面活性剂对MIM316L不锈钢粉末制备性能的影响

采用高压水气联合雾化工艺,在雾化水中加入适量表面活性剂,制备了MIM用超细316L不锈钢粉末,研究了表面活性剂对粉末雾化制备的影响。结果表明:表面活性剂的加入会一定程度地影响粉末的振实密度、粒径和粒度分布及表面形貌等。其中,十二烷基硫酸钠(SDS)能有效降低粉末颗粒粒径和提高振实密度,当SDS用量为1%(质量分数)时,粉末颗粒的中位径由10.33μm降低到8.76μm,振实密度可由4.16 g/cm3提高到4.65 g/cm3,且得到的不锈钢粉末分散均匀,颗粒表面光滑且呈类球形。粉末制成喂料,经注射成形及脱脂烧结后,样品指标均达到美国MPIF标准,当烧结温度为1 380℃时,烧结密度和硬度分别为7.85 g/cm3、70 HRB。经此工艺制得的316L不锈钢粉末,性能达到国内先进水平。     

高性能等离子喷枪用多元复合稀土钨电极研制

本论文以"多元复合稀土钨电极及其制备技术"2008年国家技术发明二等奖为基础,采用喷雾干燥法并结合两段氢气还原成功制备出多元复合稀土掺杂钨粉。经过冷等静压压制、中频感应烧结后制备出等离子喷枪电极。实验结果表明,多元复合稀土的掺杂,降低了钨粉的粒度,进而提高了稀土在电极中元素的分布均匀性,稀土元素分布均匀性的提高降低了钨电极的烧损量,同时采用中频感应烧结制备的电极密度要大于垂熔烧结制备的电极。与目前使用的等离子喷枪电极相比,采用中频感应烧结制备的多元复合稀土钨电极抗烧损性能更好,电极寿命更长。     

粉末轧制大尺寸多孔钛板制备工艺研究

以氢化脱氢钛粉为原料,采用粉末轧制和真空烧结技术,通过对喂料和烧结制备工艺的优化改进,制备出了过滤性能均匀,且宽度＞400 mm的大尺寸多孔钛板.实验结果表明:限制式喂粉方式可实现定量喂料,能保证喂料的均匀性;加压限位烧结可以有效防止生料坯在高温烧结过程中发生翘曲变形;轧制多孔钛板过滤性能良好,其密度为2.85 g/c...     

FeAl金属间化合物粉末注射成形工艺研究

通过机械合金化制备Fe-48at%Al金属间化合物粉末,分别按照33%、40%和50%的粉末装载量(体积分数)进行注射成形,成形坯经溶剂脱脂和热脱脂以及1 200℃真空烧结,得到FeAl金属间化合物.重点研究粉末装载量对喂料混炼、注射成形温度及压力、脱脂率及烧结组织和力学性能的影响.结果表明,机械合金化FeAl粉末由于具有不规则形状和层片结构,其注射成形喂料流动性较差;在使用高粉末装载量时应提高注射温度和压力,且溶剂脱脂率较低(7 h后为94.3%),需进一步延长脱脂时间;FeAl金属间化合物烧结试样的相对密度和抗弯强度均随粉末装载量增大而提高,当粉末装载最为50%,注射温度和注射压力分别为154℃和4.0 MPa时,材料的相对密度为92%,抗弯强度达587 MPa.     

纳米晶高密度钨合金的研究进展

介绍了近几年来纳米晶钨基高密度合金的研究状况,讨论了粉末制备的机械合金化法、喷雾干燥法和反应喷射工艺法,同时详细讨论了粉末的注射成形以及包括固相烧结、二步烧结在内的烧结工艺.最后,从这些方面分析了影响纳米晶钨合金性能的具体因素,以及对高密度钨合金今后的发展方向提出了建议.     

Netshaping concepts for tungsten alloys and composites

Abstract

The conventional powder metallurgy (PM) approach of compaction and sintering has been used extensively in the fabrication of tungsten alloys and composite hardmetals based on WC-Co. In fact, these are some of the earliest known materials to have been fabricated by the PM route. The last 15-20 years have seen the emergence of a new shaping technique of powder injection moulding (PIM) which can shape such tungsten metal alloys and composites into complex near net shaped components. The PIM process starts with the mixing of an organic binder with the desired powders in the form of a homogeneous mixture, known as a feedstock. The feedstock, like plastics, can be moulded into near net shapes from which the organic part is removed and then the material can be sintered to almost theoretical density. This produces complex, near net shaped parts that have properties that are comparable to that of the press and sintered materials. This paper will provide a brief overview of the use of PIM in tungsten based alloys and composites and discuss some of the applications of these materials.     

粉末注射成形制备薄壁Al2O3–B4C环形芯块

使用多组元蜡基粘结剂,通过粉末注射成形工艺,结合溶剂脱脂和热脱脂,成功烧结制备出壁厚为0.7 mm的近净尺寸环形Al₂O₃–B₄C薄壁管。结果表明,当石蜡占粘结剂质量分数45%时,喂料具有较低的黏度和较好的抗弯强度;当固相体积分数为58%时,喂料在保证低黏度的前提下具有良好性能。当烧结温度在1550℃至1650℃范围内时,芯块相对密度及抗弯强度随温度上升而增高;当烧结温度达到1650℃时,芯块的密度及强度有所下降,芯块密度随B4C粒度增大而增大,抗弯强度随粒度增大先增大后减小。     

氢一次还原钨粉烧结多孔构件的工艺研究

研究了氢一次还原、平均粒度为6.5—7.5μm的钨粉的烧结特性。得出多孔钨构件的相对密度随烧结温度和时间、粉末粒度、压制件密度而变化的规律。提出了生产相对密度为78—81%、开孔率>95%的多孔钨的生产工艺参数,即:压制件相对密度为60—65%,烧结温度为2100—2250℃、时间为4—8小时。     

注射成形M4高速钢的研究

研究了惰性气体雾化法制备的M4高速钢合金粉末进行注射成形工艺,由于粉末颗粒球形度和流动性好,粉末装载量可以达到70%(体积分数),注射料表现假塑性流体的特性。注射坯采用溶剂脱粘+后续热脱粘工艺进行脱粘,总共脱粘时间为14h。在氮气气氛中1250℃烧结2h,可以制备出烧结态硬度为HRC57~59的高速钢材料,热处理后材料的硬度可达HRC64~65。微观结构分析表明,PIM高速钢组织均匀,富钨M6C碳化物和富钒M(C,N)碳氮化物弥散分布在高速钢基体中。     

Development and Design of Binder Systems for Titanium Metal Injection Molding: An Overview

Titanium metal injection molding (Ti-MIM) has been practiced since the late 1980s. Logically, the Ti-MIM practice follows the similar processes developed for the antecedent materials such as stainless steel and ceramics. Although Ti-MIM is a favorite research topic today, the issue of convincing the designers to use Ti injection-molded parts still exists. This is mainly because of the concern about contamination which seems unavoidable during the Ti-MIM process. Much information about the binder formulation, powder requirements, debinding, and sintering is available in the literature. There are several powder vendors and feedstock suppliers. However, most of the binders in the feedstock are proprietarily protected. The disclosed information on the binders used for formulating powder feedstock is very limited, which in turn discourages their adoption by engineering designers. This overview intends to discuss some of major binder systems for Ti-MIM available in the literature. It serves to provide a guideline for the Ti-MIM practitioners to choose a suitable powder feedstock.     

Sintering densification for powder mixtures of varying distribution widths

A model for the sintering of bimodal powders is used to evaluate densification results for log-normal particle size distributions involving a constant median size on a weight basis. The model predicts a minimum in densification for distributions of intermediate width when the green density is held constant. This has been observed experimentally for sintered tungsten powders. As a consequence, wide particle size distributions are attractive for high packing and sintering densities, indicating possible new feedstock formulations for shaping technologies such as powder injection molding and slip casting.     

316L不锈钢粉末微注射成形的烧结过程有限元模拟研究

金属粉末微注射成形技术(Micro MIM)在大规模生产微型产品领域有其特有的优势。将316L不锈钢细颗粒粉末进行混料、脱粘和烧结后制备了微型工件,对烧结过程进行数学建模得出注射料的本构方程,并对剪切黏稠度、体黏稠度、烧结应力等参数进行标定,实现了对316L不锈钢粉末烧结过程中的收缩率、相对密度等的有限元模拟,模拟结果与实验数据吻合良好。