高密度铁基粉末冶金零部件制造原料的研究

温压粉末原料是采用温压成形技术制造高密度粉末冶金零件的基础和温压工艺的技术核心。高价格的进口温压粉末制约了我国高密度铁基粉末冶金零件的开发与应用,因此,必须开发出符合我国国情的温压粉末原料体系。作者根据我国资源特点,采用鞍钢产水雾化铁粉、水雾化低合金钢粉和攀枝花钢铁公司产转炉烟尘铁粉为原料,进行了制备相应体系的温压粉末原料和温压工艺参数优化的研究。以水雾化铁粉为原料设计制造的Fe-1.5Ni-0.5Mo-0.5Cu-0.6C粉末经637MPa压制,温压密度为7.46g/cm~3;压坯的回弹率为0.03％.在1150℃烧结40 min后,收缩率为0.025％。而以转炉烟尘铁粉设计制造的Fe-1.5Ni-0.5Mo-0.5Cu-0.6C粉末经686 MPa压制,压坯密度达7.35g/cm~3;以Fe-1.5Ni-0.5Mo水雾化合金钢粉为原料制造的Fe-1.5Ni-0.5Mo-1.5Cu-0.8C粉末在686 MPa时压制密度为7.35g/cm~3。这些粉末原料的设计为我国高强度铁基粉末冶金零部件的制造创造了条件。     

铁基粉末温模压制技术的研究

温压工艺是一种能以较低成本制备高密度铁基粉末冶金零部件的新技术，但该技术在工业化应用中，需要昂贵的设备投入及改造费用，限制了其大规模应用。论文作者利用具有优异室温润滑性能的润滑剂，以经过退火和未退火处理的雾化铁粉配制的、材质为Fe-2Ni-1.5Cu-0．5C的2种混合粉末为原料，研究制备高密度粉末冶金材料的常规压制和温模压制工艺。结果显示，粉末中较理想的润滑剂含量范围为0．1％～0．3％（质量分数），此时，润滑剂含量对压制效果影响不明显。在压制压力为763MPa、模具温度为100℃的条件下，含0．1％润滑剂的2种粉末压坯密度分别达到7．50g／cm^3和7．43g／cm^3，对应的脱模压力为34MPa和42MPa，与传统温压效果相接近，而采用传统的室温压制也可以获得7．36g／cm^3的压坯密度。     

温压法处理转炉污泥铁粉

对转炉污泥铁粉进行了系统的温压试验。研究了温度、压制压力、石墨量、润滑剂量对污泥铁粉温压制品性能的影响。结果表明,用正匀试验方法优选出的温压工艺可使零件生坯密度达7．20g/cm^3,烧结件密度达7．12g/cm^3,压溃强度达406．1MPa。     

温压工艺对爪极用铁基软磁材料显微组织及磁性能的影响北大核心

采用粉末冶金工艺制备爪极用铁基软磁材料,并用XRD、密度、SEM和磁性能测试等方法研究温压工艺对其显微组织和磁性能的影响。结果表明:在140℃、800 MPa的条件下对水雾化铁粉进行压制,密度可达7.31 g/cm^3,再经过1 250℃真空烧结后密度达到7.42 g/cm^3,饱和磁化强度为205.5 Am^2/kg,矫顽力为7.98 A/m。压坯表面形貌光滑,孔隙明显减少,基本上不存在大范围密集存在的连通型孔隙。     

温压粉末的制备及其温压行为

温压工艺是一项以较低的成本制造高性能的铁基P/M结构零件的新技术,在很大程度上,温压用粉末原料的制备和新型润滑剂的开发是该技术的核心,特别是开发出质优价廉的温压粉末有助于我国温压技术乃至粉末冶金技术的发展,利用从转炉烟尘中回收的铁粉为基础原料和设计出的一种新型聚合物润滑剂所制备的温压用粉末,当粉末和模具的加热温度分别为110,130℃时,在735 MPa进行压制可获得7.35 g/cm~3的压坯密度。     

超声振动对纯铁粉压坯密度的影响

为提高粉末冶金制品的密度,提出超声粉末压制的新方法,以纯铁粉为原料进行压制实验,研究超声振动对粉末冶金制品密度的影响。研究结果表明:超声振动能促进粉末颗粒内部的运动与重排,降低粉末颗粒与模壁之间的摩擦,同时也有利于降低粉末塑性变形阶段的冷焊与加工硬化程度;与常规压制相比,超声压制的压坯密度提高0.1～0.3 g/cm3,轴向最大密度差降低0.16 g/cm3,孔隙率降低4.3%;随着压制力提高与压制时间增加,超声振动对提高压坯密度的效果更明显,粉末压坯密度进一步提高。     

粉末冶金工艺对纯铁软磁材料性能的影响

利用粉末冶金技术制备纯铁软磁材料,在不同温度和压力下将不同粒径铁粉压制成生坯,并在保护气氛下进行烧结。结果表明:不同粒径铁粉混合有助于压坯密度的增加,适宜的压制温度可以有效地促进粉末流动,避免大尺寸孔洞的形成,优化组织。140℃、800 MPa温压条件下雾化铁粉压坯密度最高可达7.35 g·cm-3。对比常温压制,温压压坯烧结后孔洞分布均匀。烧结体密度随温度的升高而上升,雾化铁粉压坯在1250℃烧结后密度最高可达7.47 g·cm-3。在一定范围内,软磁材料磁性能与密度成正比,混粉压制试样的密度接近理论值,但在混合铁粉中,较细的铁粉夹杂于粗粉中,阻碍磁畴壁移动,造成饱和磁化强度（M_s）偏小、矫顽力（H_c）偏大的现象,M_s为205.51 emu·g-1,Hc为7.9780 Oe。     

用于常规粉末冶金工艺的生坯切削加工

生坯切削加工的好处已众所周知，如切削刀具的寿命较长，能够用可烧结硬化粉末制作形状复杂的零件等。零件生坯强度高可防止在运送过程中生坯开裂与损坏。但是，用常规粉末冶金工艺不易达到所要求的高生坯强度(约大于20MPa)。因此，生坯切削加工尚未得到广泛应用。用魁北克金属粉末公司(QMP)新开发的高生坯强度(high green strength，简称HGS)聚合物润滑剂。正在消除使用生坯切削加工的限制。这种润滑剂的一个杰出特性是其对温度的敏感性。在压制温度55℃下整个坯件就能获得高生坯强度，这用冷压很容易达到。若将零件生坯压制到密度6．8g／cm^3，随后经固化处理。甚至可将生坯强度增高到48MPa左右。这样高的生坯强度使得用常规粉末冶金工艺制造的零件都能进行生坯切削加工。本文介绍了用正时链轮进行生坯切削加工试验的一些结果。使用的材料是由QMP ATOMET 4601与HGS润滑剂组成的可烧结硬化的粉末混合料。先用冷压将链轮压制到密度约6．8g／cm^3，再对用压制的生坯与经固化处理的生坯进行切削加工(在齿的中间车槽)。结果表明，HGS润滑剂，特别是固化处理后，可赋予生坯足够高的强度，以进行装卡与切削加工作业。切削加工表面光滑且棱边完好。由可烧结硬化粉末制作的可生坯切削加工的链轮，能省掉热处理，大大延长刀具寿命以及改善尺寸公差。     

420不锈钢粉末温压成形工艺

对420不锈钢粉末进行温压,探索温压工艺参数对压坯密度的影响,并对温压与室温模压（添加0．7％硬脂酸锌作润滑剂）后压坯的密度和弹性后效进行比较。实验结果表明：最佳粉末加热温度为90℃,最佳模具温度为120℃,最佳润滑剂含量为0．7％（质量分数）。在该工艺条件下,当压制压力为784MPa时,压坯密度达到6．86g／cm^3：经1130℃烧结后样品密度略有下降,为6．83g／cm^3,硬度为HRC33。温压压坯密度比室温模压的提高约0．2g／cm^3,温压后压坯弹性后效较室温模压小。     

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%。     

Fe-0.5Mn-0.5C预混合钢粉性能及粘结剂作用机制

设计4种不同有机粘结剂,分别对合金元素Mn、石墨进行粘结处理,制备Fe-0.5Mn-0.5C预混合钢粉。研究4种粘结剂对预混合钢粉合金元素与石墨的粘结率、预混合钢粉的流动性、松装密度、压坯密度的影响。并通过对粉末表面基团的表征,研究高分子粘结剂与铁基体间的相互作用方式。结果表明:以丙烯酸类树脂制备的预混合钢粉工艺性能最好,其流动速率为24.3 s/50 g松装密度为24.3 s/50 g,在600 MPa压力下的压坯密度为3.03~3.23 g/cm3粘结剂中的极性基团与铁基粉末通过氢键作用相吸附。     

致密化工艺对氧化钛粉末及等离子喷涂涂层性能影响研究

采用喷雾干燥法制备了一种球形氧化钛团聚粉末, 并通过高温烧结及感应等离子球化工艺对团聚粉末进行 致密化处理。 利用扫描电子显微镜 (SEM)、 霍尔流速计和粉末颗粒强度仪对粉末性能进行了表征, 研究了不同致 密化处理工艺对粉末颗粒强度、 松装密度及流动性的影响。 采用大气等离子喷涂 (APS) 工艺制备了氧化钛涂层, 并对涂层的微观组织进行研究。 研究结果表明, 高温烧结工艺及等离子球化工艺均可有效提升氧化钛团聚粉末 的致密度, 经过高温烧结工艺后氧化钛粉末内部的细小颗粒呈现烧结熔融的趋势, 而采用等离子球化处理后的 团聚粉末直接形成了致密球体结构。 相比于高温烧结工艺, 等离子球化工艺对氧化钛粉末的致密化效应更为明 显, 粉末的颗粒强度可达 187.86 MPa, 松装密度可由 0.79 g/cm3 提升至 1.69 g/cm3, 流动性由 163.22 s/50g 加快 至 100.27 s/50g。 该粉末经过大气等离子喷涂沉积形成的氧化钛涂层孔隙率为 2.8 %, 与未经致密化工艺处理的氧 化钛团聚粉末相比, 制备的涂层致密化水平有了较大程度的提升, 涂层的平均显微硬度值由 434.18 HV0.3 提升至 744.37 HV0.3, 涂层的结合强度均值由 11.07 MPa 提升至 29.93 MPa。     

Al2O3细粉对MgO系浇注料性能的影响

本文研究了Al2O3细粉的加入对MgO系浇注料性能的影响。在110℃×24h烘干,1500℃×3h烧成制度下,通过改变基质中Al2O3细粉的加入量,对材料物理性能和力学性能进行测试。结果表明：3％～5％Al2O3细粉的加入能显著改善MgO系浇注料的综合烧结性能：显气孔率15％～17％;体积密度3．01～3．03g／cm^3;耐压强度和抗折强度分别高达85～92MPa和12．4—14．5MPa;当Al2O3细粉的加入量大于5％时,由于材料线变化率和显气孔率的过度增大,引起材料结构的松散,导致材料强度的降低和抗渣性能的下降如：显气孔率大于20％;体积密度小于2．90g／cm^3;耐压强度和抗折强度则分别小于70MPa和10MPa。     

Feasibility of Reducing the Porosity of Steels Made from Partially Alloyed Iron Powder

Studies of the effect of the extrusion and sintering regimes on the pore structure of steel 45N4D2M, made from partially alloyed iron powder, showed that the porosity of the powder products can be reduced to below 10% by pre-sintering the extruded products at 700–850°C to remove work-hardening that occurs during the first extrusion and then extruding the product again at 400–600 MPa to additionally compact it to a relative density of 0.90–0.93. Within the investigated density range (0.81–0.93), a decrease in porosity is accompanied by a monotonic increase in all of the mechanical properties of sintered steel 45N4D2M: a 1% reduction in porosity makes it possible to increase σ_u and σ_0.2 by 30 MPa, increase σ_b by 65 MPa, increase δ by 0.1 %, increase KC by 2.3 J/cm, and increase hardness by 10 HB. It was established that, other conditions (chemical composition, the structure of the metallic matrix) being equal, the properties of the sintered steel are determined mainly by the final porosity and are independent of the parameters of the compaction operation in which they are obtained.     

铁粉预还原—硫化亚铁脱除高酸性硫酸铁溶液中的砷

焙烧氰化法提金尾渣经酸浸后产出大量酸性硫酸铁溶液,因其中含有较高的砷而限制了其高值化利用。采用铁粉预还原—硫化亚铁脱砷对溶液中的砷进行脱除研究。结果表明,溶液中砷的存在形式及分布与溶液体系电位密切相关,铁粉可以有效降低溶液电位,经铁粉预还原后硫酸铁溶液中的砷可用硫化亚铁有效脱除。当铁粉添加量为溶液中铁含量的0.6倍,溶液加入36.6g/L的FeS,搅拌30min,可使溶液中砷含量由0.253g/L降低至4.79mg/L。空气对脱砷过程有不利影响。     

高致密度低氧含量3D打印用球形钼粉的制备研究

本文通过"等离子球化+氢还原"的方法制备了高致密度低氧含量的3D打印用球形钼粉,分析了球形钼粉的特性。通过优化等离子过程中的功率、送粉量和气体流量参数,制备了高致密度球形钼粉;并且采用氢气还原球形钼粉,降低其氧含量。试验结果表明:与原始粉末相比,制备的3D打印用球形钼粉的松比从2.3 g/cm~3提高到6.01 g/cm~3;流动性从35 s/50 g提高到10.5 s/50 g;氧含量降低到270 ppm。     

低氧冶金级钽粉的生产工艺及产品性能

对低氧冶金级钽粉的生产工艺及产品性能进行了分析。通过钠还原氟钽酸钾的生产工艺得到的钽粉(FTa-1)是由许多原生粒子(又称一次粒子)结合组成、高比表面积空间网状结构的多孔团聚体,松装密度最小,比表面积最大,相应的氧含量也最高。经过氢化制粉得到的钽粉(FTa-2、FTa-3),经过高温烧结实现了致密化,颗粒形貌单一,是高纯的实心颗粒粉末,其松装密度大,比表面积较小,相应的氧含量也低。FTa-2、FTa-3钽粉比较适合于医用多孔钽的及3D打印的应用。     

转炉炉尘铁粉的改性研究

采用腐蚀球磨法＋二次氢还原工艺技术将转炉炉尘铁粉改性为附加值高的粉末冶金用铁粉。通过扫描电镜、原子吸收光谱仪、碳硫直读程控分析仪、化学分析法等对改性前后铁粉的理化指标及形貌进行表征。研究了各种直径磨球配比、料球比、腐蚀介质、搅拌球磨时间及氢还原过程对改性铁粉形貌、纯度、松装密度的影响，得到改性的较佳工艺条件。结果为：炉尘铁粉细化，表面粗糙，铁粉纯度可达到99.47％，松装密度可在3.6—2．3g／cm^3范围内调整。     

用攀钢氧化铁鳞制取还原铁粉及铁粉性能的试验研究

叙述了用攀枝花钢铁公司的轧钢铁鳞制取还原铁粉的研究结果。还原铁粉中含有微量钒、钛等有益合金元素,含铁量达98.93%,并具有良好的物理工艺性能,压坯密度为7.17g/cm3(压制压力784Mpa)。本研究对攀钢资源的综合利用,发展优质铁粉具有重要意义。