高品级金刚石生产的四大技术支撑

经过40多年的不懈探索，终于盼来了高品级全刚石生产技术跨入世界先进行列的这一天，从而结束中国只能生产中、低品位金刚石的历史。本文将从高压腔体大型化、六面顶高压腔体结构创新、粉末触媒，以及温压控制技术智能化等四大支撑技术进行简要阐述。指出，高品级金刚石生产技术不仅是一个系统工程，而且还应是一个精细工程。在高品级金刚石生产技术体系中，它们既是一个独立的技术体系，但又不是孤立的，正是由于这些独立优势的综合效应，方使我们的高品级金刚石生产技术取得重大突破。为此，可用以下模式来概括： 超高压设备的大型化＋高压腔体结构的“两面砧”化＋原料（触媒与碳素）的粉末化＋温度、压力控制的智能化=高品级金刚石产品。     

粗颗粒聚晶金刚石复合片显微结构的分析

利用扫描电镜、光学影像仪等分析检测仪器,在不损伤被检样品的物理性能、状态和内部结构的条件下,从聚晶金刚石层与基体的界面结构,微观的均匀性以及金刚石层D—D键的结合情况等方面定性判断PDC性能的优劣。研究发现：金刚石和硬质合金界面结构为非平面连接时,其性能优于传统的平面结合型;PDC材料聚晶金刚石层中金刚石在空间相连形成D-D结合立体网络状结构,这是PDC材料力学性能优异的主要原因,且D—D键越多,复合片性能越好。     

用铁基烧结助剂制备金刚石聚晶的研究

通过高温高压下金刚石再生长烧结方法，采用细粒度金刚石微粉作原料，铁基金属微粉作烧结助剂，在六面顶超高压设备上进行了金刚石聚晶的制备。研究了铁基金属和金刚石微粉体系再生长烧结的温度压力条件，并通过高倍光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X—ray衍射、Raman光谱等测试手段对金刚石聚晶样品进行了内部成分和微观形貌分析。研究结果表明，在5．8GPa，1550℃条件下制备的PCD材料内部比较均匀致密。X—ray衍射和Raman光谱测试结果表明，在更高的温度条件下制备的样品内部有少量的石墨化。另外，样品内部还有部分碳化铁的存在。因此，我们认为，用Fe基烧结助剂制备的PCD材料内部除存在金刚石的自成键外，还有金刚石与金刚石之间通过铁碳键把金刚石烧结在一起的一种机制。     

超硬纳微米 PVD 涂层技术在刀具领域的应用及研究进展

介绍了物理气相沉积(PVD)技术的原理、特点和真空蒸镀、溅射镀和离子镀之间的优缺点,从二元涂层、多元涂层、多层涂层和纳米多层复合涂层等4种类别上介绍了PVD涂层技术在切削刀具上的广泛应用。在查阅和整理大量文献资料的基础上,也结合笔者多年从事PVD技术的研究与应用心得,从提高切削刀具的寿命这一重要角度出发,阐述了国内外超硬纳微米PVD涂层技术在切削刀具应用领域的研究进展,并对多元涂层、多层涂层及涂层的纳米化也进行了较为详细地论述。切削刀具表面采用物理气相沉积涂层技术能使刀具获得优异的综合性能,从而显著提高切削刀具的使用寿命,降低生产成本,大幅提高机械加工效率。最后展望了物理气相沉积涂层技术未来将在超硬切削(包括模具钢、淬硬钢等硬度超过HRC55以上的铣削加工)、难加工材料切削(包括高温合金、钛合金、不锈钢等)、石墨和碳纤维等复合材料加工和有色金属的高速切削加工(包括铝合金、铜合金、镍等)的广泛应用。     

超硬耐磨的纳米级金刚石镀膜，用于多种材质模具镀层

滤质阴极真空镀膜简称FCVA技术是一种国际上先进的镀膜技术。利用滤质阴极真空镀膜(FCVA)技术生产的纳米级非晶金刚石薄膜最薄可以达到2纳米，金刚石结构SP3的含量超过80％。这样的薄膜具有天然金刚石的许多优异特性：它生成的薄膜具有超硬、耐磨、高绝缘、高导热率、摩擦系数低、膜层均匀、致密度高、耐腐蚀和附着力高等特点，薄膜还具有无色透明，对材质的光学特性基本不产生影响的优点。     

多芯MgB2超导线材的挤压制备技术及微观结构研究

为了提高多芯MgB2超导线材中芯丝相互之间的结合强度和超导芯丝的致密度,将传统的热挤压技术引入到MgB2线材制备过程中。采用挤压工艺制备180芯导体结构的多芯MgB2/Nb/Cu超导线材,Φ64mm的复合包套通过单道次挤压工艺加工到Φ20 mm。挤压后的线材通过冷拉拔和中间退火热处理最终加工到Φ0.81 mm。对加工不同阶段的复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB2超导芯丝分布良好,Nb阻隔层厚度分布较为均匀,无破损现象。通过该工艺已成功制备出百米量级长度的多芯MgB2超导线材。该技术为MgB2超导长线的制备提供了新途径。     

19芯MgB2/NbCu/Monel超导线材的制备及性能研究

为了提高多芯MgB₂超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,实验中采用强度较高的梦乃尔合金(Monel 400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(in situ PIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB₂超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉拔、轧制和中间退火热处理相结合的方法从Φ25 mm加工到Φ1.0 mm。对加工过程不同阶段的多芯复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB₂芯丝分布较为规整,Nb阻隔层表面较为光滑,未出现明显破损现象。最终Φ1.0 mm的多芯线材中MgB₂超导芯丝的平均直径约为100 μm。热处理后MgB₂线材的抗拉强度和屈服强度分别达到396 MPa和200 MPa。MgB₂线材的临界电流密度在4.2 K、4 T时达到1.23×10₅ A.cm_-2。     

The development of high-strength superductile hardmetals and tools based on these materials under ultrahigh isostatic pressure

This work was designed to study compressibility behavior of nanopowders of various materials under ultrahigh cold isostatic pressing (CIP) in pure hydrostatic conditions. The results indicate that creation of hardmetals for large-size tools by high-pressure consolidation of nanoparticles is not a very promising approach. An alternative technique for producing hardmetals with the disperse substructure of carbide grains at ultrahigh pressure (CIP) in pure hydrostatic conditions has been developed. The new hardmetals thus obtained have dual properties of high strength and unique superductility under compression. The large-size tools based on these alloys have commercially demonstrated a record-breaking impact resistance an order of magnitude higher than that of the currently available standard hard-alloy tools.     

Ultrasonic and hardness measurements for ultrahigh pressure prepared WB ceramics

The Vickers hardness of pressure synthesized WB compacts was measured using a diamond indentation method. Under the applied load of 4.9 N, our test gave a maximum Vickers hardness of 30.1 GPa for WB compacts. The hardness of WC-8 wt.% Co composites was also measured under the same load for comparison, which was found to be much lower than that of WB. The Young's modulus, bulk modulus, and shear modulus of WB and WC-8 wt.% Co were further investigated by ultrasonic measurements. The results suggest that WB might be a promising hard alloy material for industrial applications.     

Sintering study of injection molded W-8%Ni-2%Cu compacts from mixed powders by thermoanalytical techniques

Heavy alloy parts from W-8%Ni-2%Cu powder mix were fabricated by MIM using a feedstock with 50 vol.% binder. The binder was removed by solvent de-binding followed by thermal de-binding. Sintering of the heavy alloy brown parts was investigated by employing various thermoanalytical techniques such as DIL, TGA and DTA up to 1460 °C. During sintering, the evolved gases were analyzed in a mass spectrometer which was coupled to the dilatometer. Thermal analysis helps to understand the sintering process regarding phase transformation, melting of alloy matrix and chemical reactions. From these thermoanalytical measurements, a kinetic analysis was made. High sintered density (> 99%) and fine-grained homogeneous microstructures were achieved by rate controlled sintering as confirmed by metallographic analysis.     

超高压熔渗烧结法制备金刚石/铜复合材料

采用超高压熔渗法制备金刚石/铜复合材料,研究了烧结温度、烧结压力及保温时间等因素对复合材料成分、界面状态和热导率的影响,利用XRD、SEM对金刚石/铜复合材料的相组成和微观形貌进行分析。结果表明:复合材料的相对密度随着烧结温度、烧结压力及金刚石颗粒粒径的增大而增加,且熔渗合金的复合材料的热导率高于熔渗铜的复合材料的热导率。当金刚石粒径为200μm,熔渗烧结温度在1300℃,压力为5 GPa,保温5 min时,得到最高的热导率,为870 W/(m·K)。     

一步常压烧结制备AlON陶瓷材料

为提高AlON陶瓷材料的力学性能、降低成本,以廉价Al和Al_2O_3粉为原料,利用常压烧结方法一步原位合成了AlON陶瓷材料.研究了成分配比和烧结助剂对材料的物相组成、密度、抗弯强度和显微组织的影响.结果表明:Al与Al_2O_3的最佳质量配比为13:87.未添加烧结助剂时,材料的最高烧结密度为2.74 g/cm~3,抗弯强度为246 MPa.添加烧结助剂(SiO_2-Y_2O_3-CaF_2)以后,材料的最高烧结密度提高到3.62 g/cm~3、抗弯强度提高到321 MPa,超过热压烧结制备AlON陶瓷材料的性能.     

HPVP-GTAW电弧力及焊接质量分析

分别以3种不同材质铝合金平板材料为试验对象,研究分析了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中电弧力的变化及其对焊缝成形特征和接头力学性能的影响.结果表明,与常规变极性氩弧焊工艺相比,脉冲方波电流的加入使得HPVP-GTAW电弧力显著增加,同时焊缝熔透率大幅提高,接头力学性能得到明显改善和提高;保持脉冲电流幅值和占空比基本不变,在10～80 kHz范围内,脉冲电流频率对焊接过程产生了重要影响,频率为40 kHz时,HPVP-GTAW电弧力和焊缝熔透率均达到最大,分别约为常规变极性焊接电弧的1.9倍和1.7倍.     

超高温度梯度快速定向凝固的Cu-Mn合金胞晶间距

利用5kW CW CO2激光器对Cu-31.4%Mn合金进行了一系列表面重熔实验, 就激光束扫描速度对重熔区微观组织生长方向的影响和超高温度梯度快速定向凝固条件下胞晶间距选择规律进行了研究. 实验结果表明 熔池中微观组织的生长方向强烈地受激光工艺参数(激光输出功率和扫描速度)的影响. 通过采用本实验的工艺, 实现了与Bridgman法类似的超高温度梯度快速定向凝固, 其温度梯度可高达106K/m, 速度可高达24.1mm/s. Cu-31.4%Mn在超高温度梯度快速凝固条件下的胞晶间距存在一个分布范围.随生长速度的增大, 胞晶间距减小. 胞晶间距与生长速度的关系为 λmax=1.25v-0.61b, λmin=4.47v-0.52b, λ-=9.09v-0.62b. 实验结果与快速凝固条件下枝晶生长模型(Hunt-Lu模型)吻合.     

Fabrication of Ultra-fine Grain Tungsten by Combining Spark Plasma Sintering with Resistance Sintering under Ultra High Pressure

采用放电等离子烧结(SPS)和超高压力通电烧结(RSUHP)2种快速烧结新方法,对纳米钨粉的致密化行为进行研究。结果表明,采用SPS工艺于1600℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度达97.8%的试样,但晶粒粗化明显;而采用RSUHP方法获得的试样,烧结过程中晶粒几乎不长大,但致密度较低,颗粒间结合较差。将2种方法结合,充分利用SPS的清洁效应和RSUHP的晶粒细化效果,先用SPS在1400℃下预烧结,再由RSUHP二次烧结完成最终致密化,获得平均晶粒尺寸小于400nm,相对密度大于99%的超细晶粒的钨块体材料。烧结过程无需添加任何晶粒长大抑制剂。     

超高应变率激光冲击不同厚度Al7050合金的层裂研究

本文分析不同工艺参数（工艺1和工艺2）激光冲击不同厚度Al7050合金的层裂特性,研究Al7050合金的层裂机理和层裂阈值。采用光子多普勒测速（PDV）系统和扫描电镜（SEM）,分析工艺1激光冲击0.33mm厚Al7050合金的自由面质点速度和自由面层裂断口形貌。采用超声波无损检测、光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）,分析工艺2激光冲击5mm厚Al7050合金的层裂大小、层裂厚度和层裂断口形貌。研究结果表明基于PDV测试数据,获得激光冲击0.33 mm厚Al7050合金的层裂强度和激光冲击应变率。0.33 mm厚Al7050合金的自由面断口形貌被详细分析。随着连续激光冲击次数增加,5 mm厚Al7050合金的层裂大小增加,层裂厚度范围为343 μm到364 μm。层裂机理为微空洞的韧性断裂和直裂纹的脆性断裂的混合断裂。单点连续5次激光冲击为5 mm厚Al7050合金的层裂阈值。与基体材料相比,单点连续5次激光冲击5 mm厚Al7050合金的表层显微硬度提高,而自由面附近的显微硬度降低。研究结果不仅为激光冲击强化铝合金的层裂行为研究提供重要见解,而且为激光冲击强化工业应用避免层裂提供基础研究。     

Vacuum-sealed casting process under pressure

I t is of great im portance to investigate the casting processes forhigh precision thin wallferrous m etalparts because the processes are helpful in reducing energy consum ption,saving raw m aterials and decreasing m achine weight.To achieve these objectives,m any casting m ethods have been developed.Vacuum -sealed m olding process,the V-processforshort,iswidely used to m ake iron castingswith relatively thin wall,high precision and sm ooth surface [1-4]. H owever,the process cannotbe used to …