粉末挤压流变学研究(一)——螺杆挤压输运流变过程探讨

详细分析了螺杆挤压过程中粉末／粘结剂混和料的相转变过程,即在挤压过程中实现喂料由固体变为熔体的熔融过程。采用实验观察总结基础上优化出的简化几何模型,建立了一种称为拖曳迁移过程的熔融机理。通过对这种喂料由固相到熔体的相转变过程的机理分析,推导出了极具代表性的单螺杆挤压机内喂料挤压输运的流变学基本方程——固体床分布函数Ｘ（Ｚ）的数学表达式。本文采用的简化几何模型再求解复杂物理问题的方法及其结果,对粉末挤压技术的研究和挤压工艺参数的制定具有指导意义和重要参考价值。     

铝合金熔体在强化相间的流动行为与压力浸渗过程动力学

本文描述了铝合金熔体在压力驱动下浸渗不同几何形貌强化相过程中的微观流动行为；提出了在挤压条件下，熔体在强化相预成形块间隙中单向浸渗的流体动力学模型并阐述了浸渗过程的动力学特征。讨论了压力在熔体浸渗强化相间隙过程中的影响；阐述了熔体微观流动对熔体动态浸渗强化相间隙及浸渗质量的影响。     

粉末挤压流变学研究（二）：圆型口模内流变行为的分析

详细讨论了粉末与粘结剂混炼后形成的喂料在圆形口模内的挤出过程,可以将其分为入口区的收敛流动,全展流区的轴向层流,出口区的匀速运动与膨胀行为。探讨了不同流变区域的流动机理和特点,分析了喂料熔体在圆型口区域内流变过程中表现出的一系列流变学特性,重点研究了直接影响挤出物品质的全展流出内熔体的流动行为。通过对全展流区内的流变行为与特点的分析与概括,建立了简化实用的物理模型,并在此基础上通过严密的数学推导,     

大长径比超细WC-Co圆棒PIM充模过程的数值模拟

基于计算流体动力学的粉末-粘结剂双流体模型,采用CFX商业软件对大长径比超细WC/l0Co粉末注射成形(PIM)充模过程进行数值模拟.结果表明:数值模拟结果与实际充模过程相一致,其假设条件和参数设置具有合理性,双流体模型具有可行性;粉末与粘结剂的温度分布一致,喂料熔体最低温度(≥330 K)高于粘结剂的玻璃化温度,不发...     

大气等离子喷涂莫来石粉末及制备涂层的结构表征

喷雾造粒制备莫来石粉末,采用大气等离子设备对造粒粉末进行等离子球化和涂层制备.利用激光粒度分布仪对粉末粒度分布进行测试;扫描电镜和X射线衍射仪分别表征了粉末和涂层的相组成和微观形貌.结果表明:喷雾造粒和等离子球化后的莫来石粉末粒径为正态分布;造粒的莫来石粉末主要由晶态莫来石和SiO2相组成;等离子球化后,粉末中出现玻璃态非晶相;等离子球化过程中,较小粒径粉末表面基本上完全熔融,较大粒径粉末的表面为部分熔融;同时,制备的莫来石涂层具有良好的微观形貌和较高的显微硬度;涂层经热处理后,非晶相转变为晶态莫来石,并且有部分石英相析出.     

硬质合金增塑粉末螺杆挤压成形

探讨了用于硬质合金粉末螺杆挤压成形技术的新粘结剂制备及挤压棒的组织形貌。新粘结剂由几种低分子量组元与1种热塑性弹性体高分子组元构成。采用溶剂溶解与加热熔融相结合的办法制备粘结剂。室温下，用合适的剪切力搅拌，能很快将粘结剂与YG8粉末混合均匀，制得组成均一的料浆式挤压用喂料。用扫描电子显微镜观察了挤压毛坯的微观组织及脱脂试样的组织结构与缺陷。用热重(TG)与微分热重(DTG)方法研究了热脱脂机理与动力学，发现了三维扩散控制热脱脂的速率。在脱脂的第1阶段，低分子量组元被脱除掉，挤压毛坯内形成了连通毛细孔。在脱脂的第2阶段，剩下的高分子量组元被完全脱除；第2阶段的热脱脂能以较快的升温速率进行。制备出了φ20mm的硬质合金挤压棒。     

快速凝固高硅铝合金粉末的热挤压过程

通过分析快速凝固高硅铝合金末在热挤压过程中的密度、微观组织和相结构的变化，对粉末热挤压成形机理进行了探讨，结果表明，快速凝固高硅铝合金粉末热压过程分为2个阶段，即填充挤压阶段和稳态渡动阶段，粉末生坯的致密化主要有在第一阶段完成，粉末颗粒中初晶Si相受到加热长大和挤压破碎两方面的综合作用，最终得到的挤压材料中的Si颗粒与原始粉末相比没有明显的相比，合金的相组成在挤压前后 有发生变化，快速凝固合 组织结构特征基本得以保留。     

纳米Al_2O_3-13％TiO_2粉末及其等离子喷涂涂层的相变

将商用纳米Al_2O_3与TiO_2粉末混合制浆,通过喷雾造粒技术重构成大颗粒纳米Al_2O_3-13％T102团聚粉体,然后采用不同加热温度进行烧结,制备用于热喷涂的纳米喂料。采用等离子喷涂技术沉积形成纳米涂层。利用XRD和SEM对纳米粉末和涂层的形貌、显微结构和晶相进行表征。结果表明,在烧结过程中纳米氧化铝没有发生相变,而纳米氧化钛则由锐钛矿相转变为金红石相;在等离子喷涂过程中,部分a—Al_2O_3发生熔化转变为y—Al_2O_3,且转变量与喷涂工艺参数有关;而TiO_2相只在较低喷涂工艺参数下存在衍射峰,在较高喷涂工艺参数下则以z—A1203＂Ti02固溶体存在;涂层在热处理过程中会发生y．A1203向a—A1203的转变,且有Ti02相析出。     

Ti-6Al-4V合金喂料临界粉末装载量的研究

研究了4种不同蜡基粘结剂配方下钛合金喂料的临界固体粉末含量,并测试了临界固体粉末含量下喂料的流变学参数。实验结果表明:1#喂料(100%PW)、2#喂料(95%PW+5%SA)、3#喂料(70%PW+25%PE+5%SA)、4#喂料(60%PW+35%PE+5%SA)的临界粉末装载量(vol.%)分别为:70%,71.53%,72.24%,73.02%;经流变学分析,临界粉末装载量下喂料仍呈假塑性流体,但其流动指数n值较小,在0.2以下,不利于成形。     

金属粉末注射成型模具流道中熔体的流动分析

介绍了金属粉末喂料熔体在注射成型模具流道中的流变规律.根据熔体流变学方程从理论上推导出圆形流道以及夹缝流道中喂料熔体的流速、体积流率、压力降与喂料的材料参数以及流道几何参数之间的关系.分析了圆形流道和夹缝流道的最大流速和平均流速以及压力降的比值.为金属粉末注射成型模具流道的设计提供理论指导.     

掺钨钴粉的特征研究

研究了钨掺杂对Co－W粉末结构和形貌的影响，钨掺杂是在制备Co－W合金粉的前驱体的过程中实现的。用X-射线衍射分析粉末的相成分，通过扫描电镜观察粉末的微观结构。实验结果表明，Co中固溶的W阻止钴由面心立方结构向密排六方结构转变；W含量增加时，粉末中会析出Co3W相；W阻碍Co－W粉末间的烧结，W含量越大，Co－W粉的粒度就越小。     

用熔体金属制取粉末的方法(Ⅰ)

制取金属和氧化物的粉末采用下列几种力法:由固态制取金属粉末包括机械粉碎和固体金属盐的还原等方法;由液态制取粉末包括化学反应沉淀,析出和熔体金属雾化等方法;由气态制取粉末包括在真空,低压下的蒸发,凝缩和化合物的热分解等方法,而本专利也包括在这些方法之内,是把熔体金     

加钴超细WC粉加工工艺研究

以高钴含量（10％－15％wt）的、经注塑成型来制造复杂毛坯用的WC－Co热塑性喂料为例,评估了超细WC粉末的加工工艺性能。考察了VC、Cr3C2抑制剂和烧结温度对WC－（10％－15％wt）Co材料的显微组织、硬度和断裂韧性的影响。在最优化工艺条件下已生产出断裂韧性和硬度分别为10－13MPam^1/2和1500－1900kg/mm^2的高质量WC－Co材料。大致确定了用于粉末注塑成型（PIM）的、超细WC－6％Co热塑性喂料的临界粉末负载及流动性。模腔压力与所用筒动力（总压力）的关系图证明超细WC－Co喂料对于复杂几何形状压坯的制造具有足够的注塑性。     

注射成形钛合金喂料装载量及流变特性研究

以Ti-6Al-4V合金粉末为原料,选用石蜡70%(质量分数)、低密度聚乙烯25%和硬脂酸5%为粘结剂配方制备了注射成型喂料。通过实验确定了喂料的临界固体粉末含量为74.14vol.%;采用毛细管流变仪测定了喂料的流变参数,通过线性回归分析,计算出非牛顿指数n和粘流活化能Ea。结果表明,本实验制备喂料的n值和Ea值都较小,而且喂料在140,150,160℃下的综合流变学因子αSTV值相差不大。     

碳热还原法合成TiC-SiC复合粉末及其生长机理

以硅溶胶、炭黑和TiO2为原料,采用碳热还原法合成TiC-SiC复合粉末.研究反应温度和TiO2添加量对合成TiC-SiC复合粉末的物相组成和显微形貌的影响;对反应过程进行热力学分析和计算,探讨TiC-SiC复合粉末的生长机理.结果表明:TiC-SiC复合粉末适宜的合成条件为在1 600℃保温1 h;在反应过程中,TiC先于SiC形成,TiC的形成抑制了SiC颗粒的生长;当复合粉末中TiC的含量(质量分数)为10%左右时,SiC的合成过程由气-固(V-S)机理反应转变为气-固机理和气-气机理共同反应;复合粉末主要由球状颗粒、短棒状颗粒以及少量晶须组成;随着复合粉末中TiC含量的增加,SiC晶须的生长受到抑制,其形貌逐步由长纤维状向短棒状和颗粒状过渡.     

喷雾干燥-氢还原制备W-50Cu纳米复合粉末过程中的相转变

采用溶胶-喷雾干燥、煅烧和氢还原工艺制备了纳米级、W-50%Cu(质量分数,下同)复合粉末,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)研究了粉末制备过程中的相演变.非晶态喷雾干燥前驱体经煅烧形成复合氧化物粉末,其形貌和相结构随煅烧温度而变化.煅烧后的复合氧化物粉末在还原过程中经过了一系列复杂的相转变,其相转变过程分为3个阶段:在350℃,粉末主要由Cu、Cu2O、WO3、W相组成;在450℃还原后粉末由Cu、Cu2O、WO3和WO2相组成;在550℃以上还原时,铜的氧化物全部变成Cu相,WO3和WO2渐渐变成W相,其中WO2一直在750℃仍保持稳定.一系列的XRD分析结果表明,还原后的W-Cu纳米复合粉末由W(Cu)超饱和固溶体新相和Cu相组成,其晶粒尺寸分别为33 nm和63 nm.     

注射成形97W—2Ni—1Fe重合金的研究

制备了几种不同粉末装载量的９７Ｗ－２Ｎｉ－１Ｆｅ重合金注射成形喂料,对这些喂料的流变学行为进行了研究,测量了烧结后产品的力学性能和烧结过程中的收缩。研究结果表明喂料的流变行为可用假塑性体来描述,注射成形所得合金的力学性能优于传统压制／烧结所得合金,当粉末装载量（体积分数,％）为４７时合金力学性能最好。成形坯在烧结过程中的收缩基本各向同性,产品的尺寸偏差小。     

钨基合金系挤压喂料粘度与流变特性研究

为了获得有利于成形的粘结剂优化配方,对相同粉末装载量的4种粘结剂体系的93W-Ni-Fe 粉末増塑挤压成形喂料粘度和流变行为进行了研究。采用英国AR2000EX旋转流变仪对钨基合金系挤压料在不同温度、不同剪切速率下的粘度进行测算。结果表明：对于不同粘结剂组成的喂料A、B、C和D中,A的粘度较低,流动性能较好,喂料D流变性能最不稳定;根据剪切速率与粘度的关系曲线可测算出130 ℃时喂料A、B、C的剪切稀化指数分别为0.048,–0.869和–1.717;由温度与粘度的关系曲线可测算出剪切速率为11.07 s-1时,喂料A、B、C的粘流活化能分别为8.524、8.107和31.310 kJ·mol-1;经模拟计算可得在130 ℃和11.07 s-1速率下A、B、C 3种喂料的流动性指数分别为7.2×10-6,4.8×10-6, 1.1×10-6,A喂料的综合流变学性能最好。     

改性平面流铸粉末化过程的数值模拟

在传统平面流铸技术的上,研究出一种新的粉末制取技术－－改性平面流铸粉末化技术。将改性平面流铸粉末化工艺过程分为平面液流的形成、平面液流的破碎和金属粉末的形成3个主要阶段,对这3个阶段建立了完整的数学模型,并对Sn60Pb40合金粉末化过程进行了数值计算。计算了平面液流形成过程动态熔潭中熔融金属液的温度场和流场,以及所得金属粉末的尺寸,计算结果与实验结果相吻合。考察了喷嘴几何尺寸、雾化气氛气体密度等主要工艺参数对改性平面流铸粉末化工艺的影响。     

碳化钨颗粒尺寸对超音速火焰喷涂WC-Co涂层形成的影响

通过探讨WC颗粒对扁平粒子厚度及喷涂后WC颗粒尺寸变化的影响，研究了超音速火焰喷涂过程中WC－Co深层的沉积过程。使用具有不同WC尺寸的四种WC-Co粉末，采用JET－KOTE喷枪系统喷制了WC－Co涂层。结果发现涂层中WC颗粒的大小主要取决于原始粉末中WC的尺寸．在粉末穿越火焰的过程中，大多数WC处于固态；WC-Co涂层的沉积涉及固液两相离子的扁平化，而不是象在优化条件下金属或陶瓷材料喷涂过程中仅存在单一液相的情况。很明显WC-Co粉末中的WC的大小对涂层的形成影响很大、在超音速火焰喷涂条件下当液固粒子碰撞到已形成的涂层表面上时，其中的大颗粒WC粒子容易被反弹脱落。基于实验结果，提出了计算由液相聚积固相形成的波固两相颗粒碰撞到表面时形成扁平粒子的厚度的模型。