410马氏体不锈钢块体材料的冷金属过渡焊电弧增材制造与性能表征

电弧增材制造具有效率高、成本低和不受成形尺寸限制等独特优势,在新型制造、修复领域拥有良好的应用前景.获得力学性能良好、显微组织均匀的电弧增材制造件是目前急需解决的问题.通过冷金属过渡焊(CMT)丝材电弧增材制造系统,制备了两种410马氏体不锈钢块体材料.光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和力学性能测试结果表明,现有工艺可制备显微组织均匀、硬度平均值为530HV、抗拉强度平均值为1 196 MPa且延伸率均匀的沉积件.本工作还探讨分析了电弧增材制造件的力学性能特点及成因,并与锻造、激光增材制造等方法制得的H13热作模具钢的力学性能进行比较,分析了电弧增材制造件的性能与其他方法制备的工件性能存在差异的原因,考察了冷金属过渡电弧增材制造410不锈钢在修复件中使用的可行性,阐述了提升电弧增材制造件力学性能的方向.     

EIGA法制备TA17合金粉末的激光增材适应性研究

TA17合金是一种已在核电领域实现工程应用的高性能钛合金,而关于TA17合金粉末性能及其增材制造样件性能相关的研究报道均较为匮乏.本文利用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)法制备了10 ～ 61 μm和106 ～160μm两种粒度规格的TA17合金粉末,并分别对其在激光选区熔化(SLM)和激光立体成型(LSF)两种技术下的成形组织与力学性能进行了研究,对该粉末在不同工艺条件下的激光增材适应性进行了分析.结果 表明:EIGA法制备的TA17合金粉末具有良好的表面形貌和球形度;利用10 ～61 μm粒度规格粉末制备的SLM试件以及利用106 ～160 μm粒度规格粉末制备的LSF试件均具有均匀的微观组织,未见孔洞等明显缺陷,且其室温拉伸强度超过680 MPa,冲击吸收功KU2超过71 J,激光增材试验件的组织及力学性能均满足TA17合金锻件标准要求.本研究为TA17合金增材制造技术在核动力领域的应用奠定了基础.     

高频感应熔化金属丝气雾化制备球形钛粉

提出了新型低成本球形钛粉气雾化制备技术——高频感应熔化金属丝气体雾化技术(Wire induction heating-gas atomization,WIGA),研究了雾化气体压力、熔体温度、送料速度对粉末性能的影响。结果表明:所制钛粉末的形貌为球形,球形度较高,粉末表面存在少量"卫星球"颗粒,占比约为1%;提高雾化压力、熔体温度和降低送丝速度均使粉末平均粒径D50减小。实验所得最佳雾化参数为:雾化气体压力4.0 MPa,熔体温度2 000℃,送料速度0.8m/min,在此条件下得到的钛粉末平均粒径为41.8μm。     

核电用316L不锈钢粉末增材制造研究现状

增材制造技术是一种无须模具、近净成形的先进制造工艺。不锈钢是一种在核电行业广泛应用的结构材料。实现不锈钢结构件的增材制造将进一步推动增材制造技术的发展,也可为核行业带来革命性改变。以核电用316L不锈钢为例,系统阐述了不锈钢粉末增材制造研究现状,包括粉末制备工艺现状、增材制造成形工艺现状以及成形件的组织性能研究现状。目前,增材制造用316L不锈钢粉末的制备工艺主要为雾化法,粉末的物化性能受制粉工艺参数的影响。在激光粉末床熔融增材制造技术、电子束选区熔化技术和等离子增材制造技术中,尤以激光粉末床熔融增材制造不锈钢的应用最为广泛。增材制造316L不锈钢的组织与性能存在各向异性,但各向异性可通过增材制造的后处理技术消除。目前增材制造最为常用的后处理技术为热处理。与锻造316L不锈钢相比,经热等静压处理的增材制造316L不锈钢的力学性能与辐照性能更优。目前,核用不锈钢的增材制造技术还处于起始阶段,后续应重点关注增材制造的成形机理及成形材料中子辐照性能等内容。     

Fe-Ga磁致伸缩粉末制备及涂层组织及性能研究

以纯Fe和Ga金属为原料,采用气雾化法制备粒径为10～150μm的Fe-Ga磁致伸缩合金粉末,通过超音速火焰喷涂技术沉积Fe-Ga合金涂层.采用SEM、XRD、纳米压痕仪、拉伸试验机和磁致伸缩测试仪表征粉末和涂层的形貌、组织结构和性能.研究结果表明,气雾化粉末具有单一的α-Fe相,粉末球形度高.选择粒径为30～60μm...     

电极感应熔炼气雾化法制备粉末冶金增材制造原材料金属粉末的研究综述

电极感应熔炼气雾化(Electrode induction melting gas atomization, EIGA)是一种制备超洁净无夹杂物金属粉末的先进制粉技术，由于其工艺过程中不使用耐火材料并且所制备粉体具有粒径小、球形度高、无夹杂物等特点，目前已成为大规模制备粉末冶金增材制造用超洁净金属粉末的重要方法。但国内对于EIGA技术引进较晚，对其工艺设计研究还未达到德国等先进国家的水平，因此，本文综述了自1991年德国ALD公司申请专利30年以来EIGA技术的发展及工艺研究现状，对EIGA技术的优点进行了汇总，归纳了EIGA技术的机理研究脉络与技术要点，并通过纵观气雾化制粉的发展历程对EIGA技术的未来发展做了展望，为粉末冶金和增材制造原材料粉末的制备提供了参考。     

熔炼功率对EIGA制备Ti-6Al-4V合金粉末特性的影响

基于电极感应熔炼惰性气体雾化(EIGA)技术制备Ti-6Al-4V钛合金粉末,采用激光粒度仪、扫描电镜(SEM)等测试分析手段研究熔炼功率对粉末粒径分布及形貌的影响规律。结果表明:在实验参数范围内,EIGA技术制备的Ti-6Al-4V钛合金粉末,具有粒径细小、流动性好、松装密度大、球形度高等特点,适用于3D打印技术;随着熔炼功率的增大,粉末的中值粒径存在细化的趋势,但当功率增大到33 kW时,粉末中值粒径相对增大;球形度下降,并且粉末中卫星球比例也明显增大。从粉末松装密度、流动性、球形度、粒度、形貌等综合因素考虑,适合Ti-6Al-4V钛合金粉末制备的熔炼功率为30 kW。     

双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢组织与特性研究

针对等离子单填丝增材制造电弧热量利用率低和熔丝效率低,容易造成增材金属过热的问题,以高氮钢丝材为熔化材料,采用单电弧双填丝共熔池的等离子弧增材制造工艺制备了高氮钢直壁体试样.采用游标卡尺、光学显微镜、扫描电镜和力学性能试验等手段,分别对单填丝和双填丝两种工艺增材直壁体的成型尺寸、熔敷效率、显微组织、力学性能和断裂形式进行了对比检测分析.然后详细考察了丝材熔敷量增加对试样组织和力学性能的影响,并分析双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢构件的组织变化规律和性能变化规律.结果表明,相对于单填丝增材工艺,在同样的增材电流下,双填丝增材工艺中总填丝速度可以成倍增加,分层更加清晰,平均有效熔敷效率提高92％.试样的显微组织大部分为平行增材方向奥氏体柱状树枝晶,存在少量的δ铁素体和弥散分布的氮化物,少量奥氏体树枝晶生长的方向出现不一致.在同样的电弧进行速度下,双填丝等离子弧增材制造的试样的抗拉强度均有明显提升,最大提升可达到44 MPa;断后伸长率均有增加,最高提升了9.4％.试样的显微硬度比单填丝增材试样的显微硬度略有提高.     

CMT电弧增材制造GH4169合金的组织和拉伸性能

目的研究冷金属过渡CMT电弧增材制造GH4169合金单道多层薄壁试样的组织和拉伸性能。方法利用CMT增材制造成形系统进行GH4169合金的单壁墙增材制造试验,分析了成形薄壁试样的组织演化和力学性能,讨论了柱状晶组织的各向异性以及均匀化处理对合金力学性能的影响。结果成形试样的显微组织主要为γ相和共晶(γ+Laves)相,试样沿沉积方向具有[100]择优取向。枝晶组织随着沉积层数的增加变得粗大,枝晶间距变大且二次枝晶臂变小,Laves相的取向特征越明显。从底部区域到顶部区域,试样枝晶臂间距λ_1从13.76μm增大到23.27μm。沿柱状晶生长方向的抗拉强度最大,约为774 MPa;而沿电弧行走方向的抗拉强度随沉积层数的增加逐渐减小,断后伸长率逐渐增大,最大抗拉强度约为763MPa。1170℃固溶+时效处理后,原粗大柱状晶形成较小的多边形晶粒,成形试样组织的均匀性提高,沉积方向最大抗拉强度为1222 MPa,沿电弧行走方向最大抗拉强度为1085 MPa。结论 CMT增材制造GH4169合金组织特征与激光增材制造的试样基本一致,热处理前后CMT成形GH4169合金试样抗拉强度均小于激光立体成形,但伸长率更大。     

功率对EIGA制备3D打印用TC4合金粉末特性的影响

与传统的雾化制粉技术不同,电极感应熔炼气体雾化(EIGA)技术是采用预合金棒料为电极,无坩埚感应加热,熔化后直接滴落雾化区被惰性气体雾化的技术.该技术由于在熔炼过程中液态金属与坩埚不接触,有效地减少了钛合金粉末中的夹杂物,改善了合金粉末的质量.本文利用自主设计制造的EIGA制粉设备,采用激光粒度分析仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段,研究了不同功率参数对雾化制备TC4合金粉末的粒度分布、组织形貌、空心球等的影响.研究表明:EIGA法制备的TC4合金粉末整体球形度均较好,空心球缺陷较少,空心球率低于3%.熔炼功率较低时,粗颗粒粉末较多,且存在一定比例不规则的棒形和哑铃状粉末颗粒;当功率提高到62 k W时,细粉比例明显提高,不规则形状的粉末颗粒基本消失.随着功率的升高,粉末中的氧含量呈增加趋势,但仍基本保持在0.08%~0.10%较低范围内.功率为56 k W时,粉末松装密度最好,为2.686 g/cm3,松装密度比为60.63%,符合激光3D打印用TC4钛合金粉末松装密度比要求.     

选区激光熔化用高强合金钢粉末制备及其成形性研究

目的 研究真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备球形24CrNiMoY高强钢粉末并验证其激光3D打印性能。方法 阐明不同雾化气压对粉末形貌、流动性等粉体特征的影响,分析选区激光熔化技术快速成形合金钢样品的微观组织和力学性能。结果 在9.0 MPa雾化气压下制备的粉末球形度最佳,粉末松装密度达到4.89 g/cm³,流动性能为21.4 s/(50 g),粉末含氧量0.023%,空心球率＜3%,粉末的微观组织主要是马氏体。经过激光工艺参数调控,SLM成形合金钢试样的激光熔池内存在两个明显不同的微区:激光熔化区(LMZ)和热影响区(HAZ)。LMZ主要是马氏体组织,HAZ主要为下贝氏体组织。合金钢试样的平均显微硬度为(402±5.7)HV0.2,其抗拉强度达到(1 246±12) MPa,断后伸长率为(11.6±0.5)%。结论 VIGA方法制备的 24CrNiMoY高强钢粉末满足SLM技术使用要求,具有良好的激光3D打印成形性。     

Microstructures and Mechanical Properties of Rapidly Solidified Mg-Al-Zn-MM Alloys

Mg-Al-Zn-M M （misch metal） alloy powders were manufactured by inert gas atomization and the characteristics of alloy powders were investigated.In spite of the low fluidity and easy oxidation of the magnesium melt,the spherical powder was made successfully with the improved three piece nozzle systems of gas atomization unit. It was found that most of the solidified powders with particles size of less than 50μm in diameter were single crystal and the solidification structure of rapidly solidified powders showed a typical dendritic morphology because of supercooling prior to nucleation.The spacing of secondary denrite arms was deceasing as the size of powders was decreasing.The rapidly solidified powders were consolidated by vacuum hot extrusion and the effects of misch metal addition to AZ91 on mechanical properties of extruded bars were also examined.During extrusion of the rapidly solidified powders,their dendritic structure was broken into fragments and remained as grains of about 3μm in size.The Mg-Al-Ce intermetallic compounds formed in the interdendritic regions of powders were finely broken,too.The tensile strength and ductility obtained in as-extruded Mg-9 wt pct Al-1 wt pct Zn-3 wt pct MM alloy wereσ-（T.S.） =383 MPa andε=10.6%,respectively.All of these improvements on mechanical properties were resulted from the refined microstructure and second-phase dispersions.     

EIGA法制备激光3D打印用TA15钛合金粉末

采用电极感应熔炼气雾化(EIGA)法制备了激光3D打印用TA15钛合金粉末,研究了熔炼功率对粉末收得率、粒径分布、粉末形貌、松装密度和流动性等特征的影响。结果表明,随着感应熔炼功率增大,粉末收得率和平均粒径减小,当熔炼功率为65kW时,粉末收得率超过62%,中值粒径D_(50)小于100μm,松装密度为2.731g/cm3,流动性为22.46s/50g。对粒径50~180μm的粉末采用激光3D打印,激光直接沉积成形的TA15钛合金样品表面无宏观裂纹和气孔等缺陷,金相组织为细晶网篮组织,制备的TA15钛合金粉末具有良好的可打印性。     

碳化钨粉末对聚晶金刚石复合片钻头胎体组织与力学性能的影响

以铸造碳化钨粉末混合镍粉作为骨架粉末,采用无压浸渍工艺制备了聚晶金刚石复合片（PDC）钻头胎体材料。研究了碳化钨的粉末粒形、粒度及质量分数对PDC钻头胎体的微观组织和力学性能的影响。结果表明,碳化钨的粉末粒形、粒度及质量分数是影响胎体微观组织和力学性能的重要因素。与破碎碳化钨相比,粉末粒度适中的球形碳化钨作为骨架制备的胎体组织更均匀、更致密,胎体的力学性能明显提高。采用150~180 μm的球形碳化钨混合13wt%的镍粉作为骨架粉末制备的胎体力学性能优于石油天然气行业标准SY/T 5217—2000,其硬度、冲击韧性和抗弯强度分别为HRC 34、6.7 J/cm2和820 MPa。      

软磁合金粉末特性对金属软磁粉芯的影响

软磁合金粉末作为制备金属软磁粉芯的原材料,是决定磁粉芯性能的关键因素之一。本文综述了软磁合金粉末的合金成分、形貌、粒度以及粉末纯度对软磁粉芯性能的影响。分析结果表明,铁硅铝磁粉芯具有最佳性价比,采用气雾化法生产的球形粉末具有最佳的软磁特性,软磁粉末越细,纯度越高,所制备的磁粉芯软磁性能越好。     

颗粒整形对碳化硅陶瓷密封材料成型及烧结性能的影响

采用球磨对SiC粉体颗粒进行整形,并借助反应烧结制备SiC陶瓷密封材料,考察了颗粒整形对反应烧结SiC陶瓷成型、烧结性能、显微结构和力学性能的影响规律。结果表明,整形后的SiC颗粒的球形度高,粒径分布更为均匀;整形SiC粉体的振实密度和素坯密度明显提高,烧结体的显微结构更加均匀,主晶相为6H-SiC和Si,分布均匀,残炭很少;颗粒整形明显改善SiC陶瓷的成型性能及力学性能,当压力为15MPa时,整形后的SiC素坯密度为2.08g/cm~3,烧结体密度为3.06g/cm~3,抗弯强度和断裂韧性分别达到456MPa和3.87MPa·m1/2。     

大豆蛋白喷涂液雾化粒子场实验

目的研究大豆蛋白喷涂液雾化场的粒度分布,及喷涂过程中喷涂参数对大豆蛋白液雾化液滴粒径的影响,从而在蔬菜复合纸覆膜成型过程中选择最优喷涂参数。方法利用激光粒度仪测量不同喷涂参数下大豆蛋白液喷涂雾化场的粒度分布,并通过数据分析软件Origin研究喷涂参数对大豆蛋白液喷涂雾化粒度的影响。结果喷涂参数相同时,喷涂雾化场中随着轴向距离的增加,大豆蛋白液液滴粒径先显著减小后趋于稳定;喷涂雾化场中同一轴向位置随着径向距离的增加,大豆蛋白液液滴粒径呈减小趋势。在喷涂雾化场同一测量点,随着喷涂气压的增大,大豆蛋白液液滴粒径逐渐减小;喷涂液压对大豆蛋白液液滴粒径没有显著影响。结论喷涂气压为0.2 MPa,喷涂液压为0.16 MPa,喷涂雾化场轴向30 cm平面内,大豆蛋白液雾化液滴粒径较小且均匀。     

雾化介质对SnAgCu系无铅焊锡雾化粉末特性的影响

实验利用自行设计的超音速雾化制粉装置,研究了不同雾化介质对SnAgCu系无铅焊锡粉末有效雾化率、粒度分布及球形度的影响.结果表明:在一定雾化条件下,氦气雾化粉末具有最高的有效雾化率、良好的粒度分布,且球形度最好;氮气雾化的粉末具有较好的综合性能;与氦气、氮气相比,氩气雾化粉末综合性能较差;空气雾化粉末雾化率较高,但粉末较粗、表面粗糙.     

Powder preparation during ball milling and laser additive manufacturing of aluminum matrix nanocomposites: Powder properties,processability and mechanical property

The additive manufacturing method of laser powder bed fusion (LPBF) has a great potential in producing high-performance metal matrix nanocomposite components. However, nanocomposite powder feasible for LPBF is still limited in availability. In this work, AlSi10Mg powder containing 2 wt% TiB₂ nanoparticles was prepared by ball milling of the constituent powder to meet the following two criteria: (i) a uniform dispersion of nanoparticles on the surface of the micro powder and (ii) a high flowability of the produced nanocomposite powder. The evolution of the powder properties with the milling dose was studied. The results indicated that with the increase of milling dose, the nano-TiB₂ particles were dispersed uniformly but the Al matrix gradually underwent plastic deformation. Under optimized milling conditions, the aluminum matrix nanocomposite powder showed a small mean particle size, narrow size distribution, smooth surface, and a spherical shape with uniformly dispersed nanoparticles. These properties are beneficial for a good LPBF processability. During LPBF process, a favorable forming quality of the optimized nanocomposite powder was evident. A mechanical characterization demonstrated an outstanding tensile strength of ～ 450 MPa and excellent ductility of ～ 7.2 % for the built parts.