凝胶离心成形制备YG10硬质合金管

将凝胶离心成形工艺应用于YG10复合粉末的坯体成形,研究了固含量对YG10复合粉末浆料的流变性的影响,分析了凝胶离心成形过程中引发剂量和压力对聚合速率的影响,并研究了离心转速对坯体和烧结体性能的影响。结果表明:以油酸作分散剂,制备稳定且流动性好的浆料最佳固含量为50%(体积分数),引发剂的加入量为5mmol/L(相对于预混液的体积),凝胶离心成形过程中压力能够加速浆料的固化,采用自行设计的离心成型机,选择最佳转速4 000r/min,制备出的坯体密度高、无残留气孔,相对密度57%,强度28.3MPa。坯体经真空脱胶烧结1 420℃保温1h制备出YG10硬质合金管,烧结体收缩均匀无变形,组织结构完整无偏析。     

凝胶注模-真空烧结制备TiC/Fe基钢结硬质合金

采用甲苯/甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)凝胶体系实现了Ti C/Fe基复合粉末的凝胶注模成形,并通过真空烧结制备出复杂形状的钢结合金烧结体,研究了单体含量对坯体和烧结体抗弯强度、密度、硬度及微观组织的影响。结果表明:单体含量直接影响坯体及烧结体的组织及性能,单体的最佳质量分数为4.6%,制备的坯体强度高达28 MPa,经1 420℃真空烧结1 h,制备出烧结体的强度、密度及硬度分别为1 410 MPa、6.46 g/cm3、50 HRC,热处理后,制品的抗弯强度及硬度分别提高到1 670 MPa和65 HRC。     

TiC/Fe钢结合金复合粉悬浮浆料流变特性的研究

采用甲苯/HEMA凝胶体系并加入合适的添加剂对TiC/Fe复合粉末的凝胶注模成形工艺进行了研究.通过对浆料流变性、固化过程及坯体性能的分析,确定了单体、分散剂及引发剂的最佳含量.制备出大尺寸、复杂形状的坯体,坯体相对密度为59.6％、抗拉强度为28MPa,经真空脱胶烧结制备出复杂形状的烧结体.     

粉末冶金钛合金SP-700的制备

以Ti、Fe、Mo元素粉及60A140V中间合金粉为原料,通过混料、模压和真空烧结,制备粉末冶金SP-700钛合金,系统研究粉末原料、压制压力及烧结温度等工艺参数对合金相对密度、组织和性能的影响。结果表明,随着压制压力增加,SP-700压坯与烧结体的相对密度均提高;用平均粒度低、氧含量高的Ti粉为原料制备的压坯密度低,而烧结体密度高;烧结温度升高使烧结体密度略微增大。SP-700烧结体组织为晶界和晶内旺层片分布在β基体上;烧结体的性能受粉末原料及烧结温度的强烈影响。与Ti-6Al-4V合金相比,SP-700具有更加细小的组织和更优异的性能。制备SP-700烧结体的最佳工艺以及制品的性能参数为：采用低氧钛粉（0．15％O,平均粒度为73．6μm）,在500MPa压力下压制成形、在1260℃真空烧结5h;相对密度达96．3％,抗拉强度为1008MPa,屈服强度为931MPa,伸长率达4.3％。     

水溶性环氧树脂的氧化锆陶瓷凝胶注模成型

用分散剂聚丙烯酸铵(NH4PAA)和海因环氧树脂与ZrO_2粉末以及去离子水混合成ZrO_2陶瓷浆料,采用凝胶注模法制备ZrO_2陶瓷坯体,在1 500℃无压烧结后获得ZrO_2陶瓷材料,研究浆料的流变性能,并分析分散剂加入量、固相含量和烧结温度对凝胶注模ZrO_2陶瓷生坯和烧结体组织与性能的影响。结果表明,当分散剂(NH4PAA)和海因环氧树脂的添加量(均为质量分数)分别为0.8%和8%,固相ZrO_2的体积分数为50%时,获得黏度为0.46 Pa/s的适合浇注的ZrO_2陶瓷浆料,所得的陶瓷生坯表面光洁、不起皮、不开裂,强度达61.05 MPa,经过1 500℃烧结后的ZrO_2陶瓷抗弯强度为672.52MPa,相对密度达98.26%,其结构均匀、致密性好,以四方相t-ZrO_2为主。     

微晶蜡基粘结剂应用于YG10硬质合金注射成形的研究北大核心

以微晶蜡等有机物作为粘结剂,进行WC-10Co(YG10)硬质合金的注射成形研究。原料粉末和粘结剂经混炼、破碎和过筛得到喂料,随后进行注射成形、脱脂和烧结。考察了注射温度、注射压力等工艺参数对成形性能的影响。实验结果表明:注射参数为注射温度为150℃、注射压力为11 Mpa和模温为40℃的条件下,可获得密度较高且无缺陷的注射成形坯体。成形坯体经溶剂脱脂和热脱脂后,最终在1400℃真空烧结90 min,可获得相对密度达99.5%、抗弯强度达2019 MPa、硬度为91.7HRA、钴磁为8.76 Gs·cm^(3)/g的YG10烧结体。     

离心-凝胶注模技术制备Ti/HA梯度复合材料

利用离心-凝胶注模成形技术制备Ti/HA梯度复合材料。研究了固相含量和Ti含量对Ti/HA浆料粘度的影响,分析了引发剂和催化剂含量对浆料凝胶固化时间的影响。测定了不同离心转速、离心时间以及浆料固含量下的Ti/HA复合材料生坯各部位密度,进而研究离心成形过程Ti和HA颗粒的物质分离现象。利用SEM观察了烧结后Ti/HA梯度材料各部位的显微组织,并测定其抗弯强度和断裂韧性。结果表明,固相含量为50%、Ti含量为7%的Ti/HA浆料具有较低的粘度232.1 mPa·s,当加入1.2%引发剂和0.9%催化剂时,该浆料起始凝胶固化时间为10 min。该浆料在1 000 r/min转速下离心10 min后所得的Ti/HA生坯具有良好的密度梯度;该生坯在1 000℃下烧结2 h后,Ti/HA复合材料显微组织中Ti颗粒呈良好的梯度分布,其抗弯强度和断裂韧性分别为82.2 MPa和1.71 MPa·m~(1/2),比纯HA材料提高了153%和116%。     

碳化硼粒径对可燃毒物成形与烧结性能的影响

以碳化硼微粉和氢化锆-2粉为原料,用钢模成形方法在200～500MPa的压力下制备了碳化硼氢化锆坯体,坯体在高真空烧结炉中于1 100～1 300℃下烧结1h制得碳化硼锆合金可燃毒物中空芯块.用扫描电镜分析坯体的微观形貌,研究了成形压力与碳化硼含量对坯体和烧结体相对密度的影响.结果表明:碳化硼的粒径对粉料能否用钢模成形有关键性影响;碳化硼氢化锆坯体的相对密度随碳化硼含量的增加而略有降低,随成形压力的增加而明显增加;碳化硼微粉严重阻碍了碳化硼锆合金的烧结,即使碳化硼的含量仅为0.49％(质量分数),芯块的相对密度也会下降18％;提高烧结温度和增加成形压力对芯块的致密化有明显促进作用.     

纳米ITO粉末的离心喷雾造粒工艺

以纳米氧化铟锡(ITO)粉末为原料,采用离心喷雾造粒技术制备高性能ITO造粒粉体,通过SEM、激光粒度仪及松装密度仪等手段研究浆料固相含量、粘结剂含量及雾化器转速对干燥粉体形貌、粒径分布、流动性和松装密度的影响。结果表明:当浆料固相含量为50%、粘结剂为1%、雾化器转速为10 800 r/min时,喷雾造粒得到的ITO粉体成球率较高、粒径分布均匀、松装密度和流动性显著提高。用该ITO造粒粉末经冷等静压成形制坯和常压烧结制备靶材,压坯和烧结坯的致密度可达到61.7%和99.27%。     

单体浓度对多孔钛凝胶固化过程及性能的影响

采用凝胶固化和真空烧结手段制备了多孔钛块体材料,借助扫描电子显微镜、热分析仪和电子万能试验机等分析了不同单体浓度对多孔钛凝胶固化、坯体和烧结体力学性能的影响.结果表明:浆料pH值在7～9范围内分散剂柠檬酸铵的分散作用明显;浆料体系中单体质量分数为20％,引发剂过硫酸铵加入量为6 mmol/L,氨水加入量为0.1mL,温度为45℃时,其凝胶固化时间为68 min;单体质最分数为15％、20％、25％时,所制备坯体的抗弯强度分别为15.2、20.6、24.1 MPa;经1100℃/2 h烧结后,烧结体的开孔孔隙度为39.5％.     

铝基复合焊丝制备工艺研究

采用设定粒度范围的铝硅合金粉末与氟铝酸钾钎剂粉末混合后压坯、烧结、加热挤压成丝的工艺,制备了铝基复合焊丝。研究了压制压力、烧结、加热挤压对粉坯密度及丝材的影响。研究结果表明:从0~50MPa范围内粉坯的密度随冷等静压压力的升高,从初始零压的1.06g/cm~3急剧升高到1.97g/cm~3;加压到50MPa以上,粉坯的密度增加变缓慢。在研究的温度范围,加压烧结可使粉坯达到理论密度的93%以上;加热挤压粉坯可得到密度达到理论密度的97%的铝基复合焊丝,具有实用价值。     

凝胶注模成形制备铜锡多孔材料的研究

采用非水基凝胶注模工艺,对铜锡复合粉体进行了成形与烧结的研究。非水基凝胶注模的单体为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯,溶剂为1,2-丙二醇,交联剂为二乙二醇丙烯酸酯,引发剂催化剂为过氧化苯甲酰-N,N-二甲基苯胺,分散剂采用聚乙烯比咯烷酮。制备出不同固相含量的悬浮液,经过凝胶成形与烧结,得到铜锡烧结多孔材料。探讨了坯体的性能、烧结过程中的收缩率、孔隙率、显微结构和力学性能。结果表明:经过脱模干燥后的坯体抗弯强度最大能达到12.76 MPa,坯体中的金属粉末颗粒均匀分散在有机三维骨架中,对于烧结多孔材料,随着固相含量的增加,烧结体密度增大,烧结收缩率降低,抗压性能提高。烧结试样孔隙率在20%~40%之间,烧结收缩率小于12%,抗弯强度最大为240 MPa,制备的烧结多孔材料孔隙分布均一、能制备复杂形状的部件。     

水基凝胶注Ti-6Al-4V合金坯体

将凝胶注模工艺应用于金属Ti6Al4V合金粉末的成形,研究了高固相含量的Ti6Al4V合金粉末的料浆的制备,比较了金属浆料与陶瓷浆料的不同。结果表明粉末的颗粒形状是影响浆料固相含量的重要因素,浆料的固相含量随分散剂的增加而增加。最后制备出了固相含量为54%(体积分数,下同)的钛合金粉末浆料和形状复杂的坯体。坯体的抗弯强度随气雾化(GA)Ti6Al4V含量增加先增大后减小,随着坯体的固相含量增大而减小。当GA-Ti6Al4V含量为80%,固相含量为50%时生坯抗弯强度最大,为18.5 MPa。     

316L不锈钢粉末的凝胶注模成形

本文对316L不锈钢粉的凝胶注模成形工艺进行了研究,分析了影响浆料流变性和凝胶化时间的因素,以及单体含量对固化胶体性状的影响.结果表明:加入聚丙烯酰胺作为分散剂可以显著降低浆料的黏度,使不锈钢粉体的固相体积分数达到54%,满足注凝成形的要求;单体的浓度对固化胶体的性质有很大的影响;引发剂和催化剂的加入量越大,聚合诱导期越短.在最佳形成工艺条件下,凝胶注模成形出的不锈钢坯体性能优良,组织均匀,生坯的抗弯强度可达38MPa,烧结体的相对密度达95%,屈服强度可达160MPa,并可成形出形状复杂的较大尺寸的不锈钢坯体.     

3D冷打印钨镍铁合金零件的研究

以军标钨粉、镍粉和铁粉为原料,利用3D冷打印技术制备90W-Ni-Fe合金零件。研究了粘结剂含量和固相含量对金属浆料粘度的影响,并对素坯的组织均匀性进行分析;通过TG-DTA曲线对脱脂烧结工艺进行优化,并分析了烧结体的形貌、金相组织和密度。结果表明:粘结剂添加量为4%、固相含量为70%～75%的W-Ni-Fe浆料,最适合3D冷打印;素坯垂直方向组织均匀性较好,金属颗粒较为均匀地填充在PVB构成的三维网状结构中,固相颗粒分布均匀且无明显的沉降现象;打印过程中,素坯厚度非线性增长,宽度不稳定,浆料固化速度仍有待提高。素坯脱脂后在1 440℃下烧结2h,获得密度为16.26g/cm~3的烧结体,致密度高达94.83%。     

铝基材料的凝胶注模成形

采用新开发的有机黏结剂体系,成功地将凝胶注模成形工艺应用于铝基粉末制品.制成了成形坯体密度和强度较高,收缩率较小,形状较为复杂的零件坯体.通过在原材料粉末中添加1%(质量分数)的镁粉,并在露点-40℃的氮气气氛下烧结,成功制备了铝基烧结零件.由于有少量AIN的生成使烧结铝基材料得到强化,抗弯强度达到325 MPa.     

溶胶-凝胶法制备超细Mo-Cu粉末及性能表征

以七钼酸铵和硝酸铜为原料通过溶胶-凝胶法制备Cu含量(质量分数)为20%的超细Mo-Cu复合粉末,再在1050～1200℃下烧结粉末压坯制得Mo-Cu复合材料;通过热重分析(DTA-TG)、X-ray衍射分析(XRD)和透射电镜(TEM)等分别对干凝胶煅烧前后的粉体以及还原后所得Mo-Cu复合粉末进行表征,通过扫描电镜观察Mo-Cu烧结体的显微组织,并对其密度、物理和力学性能进行测定,探索制备高致密、高性能Mo-Cu复合材料新工艺.结果表明:通过溶胶-凝胶法可以制得平均粒度为150nm、组成均匀的Mo-Cu超细粉末,该粉末具有良好的烧结性能,其成形压坯在1200℃下于H2气氛中烧结90 min后,相对密度可达99.78%,烧结体的抗弯强度和维氏硬度分别为988 MPa和HV 227,电导率和导热系数分别为42.56%IACS和157 W/(m·K),室温至450℃的热膨胀系数在6.7×10-6～7.6×10-6K-1之间.     

熔渗铜用多孔金刚石坯体的制备

高体积分数金刚石颗粒增强Cu基复合材料由于硬度高导致其难以加工成形。采用粉末注射成形制备多孔金刚石预成形坯和Cu熔渗相结合的工艺可以实现金刚石/Cu的近净成形。本文对经过表面镀铬再镀铜的金刚石粉末注射成形涉及的关键工艺,包括粘结剂的选择、注射成形工艺过程、烧结工艺等进行研究。结果表明,采用成分为70%石蜡+25%高密度聚乙烯+5%硬脂酸的粘结剂作为金刚石粉末注射成形的载体时,喂料具备优异的综合流变性能,同时可以获得较高的固相体积分数。采用上述配方的粘结剂,最佳的注射温度为165～175℃,注射压力为80～90 MPa。脱脂金刚石预制坯最佳的烧结条件为:烧结温度1 050℃,保温时间25 min,此时坯体的强度达到10 MPa,孔隙基本全部为开孔隙。     

304L不锈钢粉末注射成形研究

选用组分为POM、HDPE、PP以及其他辅助添加剂的粘结剂,与304L不锈钢粉末混炼制备注射成形喂料,研究了喂料,脱脂坯,烧结产品的性能。结果表明:粘结剂成分为85POM+8HDPE+7(PP+DBP)的喂料注射成形性最好,注射坯强度较高,催化脱脂效果好,脱脂过程中无明显缺陷,脱脂后坯体保形能力好。催化脱脂坯经过负压脱脂、真空内烧和强制冷却三个阶段的烧结后,产品密度为7.841 g/cm3,致密度为98.9%,硬度190 HV,抗拉强度550 MPa。     

粘结化铁基粉末的高速压制成形与烧结行为研究

研究了采用粉末改性处理和高速压制相结合的技术制备高密度铁基粉末冶金材料的工艺。所用的粘结化铁基粉末的名义成分(质量分数)为Fe-1.5Ni-0.5Cu-0.5C;重点研究了压制能量和粉末塑化改性对压坯密度的影响,以及高密度压坯的烧结致密化行为。结果表明:粘结化铁基粉末具有较高的流动性(25.1s/50g)和松装密度(3.2～3.4g/cm3)。未经塑化改性处理的粉末随着压制速度的增加,压坯密度提高缓慢,在8.7m/s高压制速度下,压坯密度为7.37g/cm3。塑化改性处理粉末具有优异的塑性变形能力,压坯密度随着冲击能量的增加而迅速增大,在6.2～8.7m/s的压制速度范围内,压坯密度为7.07～7.62g/cm3。经过8.7m/s高速压制和1 150℃烧结后,烧结体密度达到7.51g/cm3,相对密度为96.5%。