添加镍包覆石墨对铁基固体自润滑复合材料性能的影响

研究了利用粉末冶金法制备添加镍包覆石墨的铁基固体自润滑复合材料的力学性能及摩擦学性能,结果表明:以Fe-Ni-Cu-Mo成分作为基体的含石墨材料中,当石墨含量为0.9%(质量分数)时其力学性能达到最佳值.添加镍包覆石墨复合材料的力学性能和摩擦学性能明显优于添加未包覆石墨的复合材料.随着镍包覆石墨含量的增加,复合材料的力学性能不断降低,摩擦系数也随之降低,磨损率呈现先降低后又逐渐升高的趋势,当镍包覆石墨含量为3.36%时磨损率降为最低,获得了良好的综合性能.所研制的添加镍包覆石墨的铁基固体自润滑复合材料已经在多家钢厂得到了应用.     

热压青铜-石墨的组织与性能

研究结果表明,热压青铜-石墨材料是一种无孔隙、多相组织的材料,它既具有优良的减摩性能,又具有高的机械性质和加工性能。     

热压镍铬钼合金的研究

本论文研究了通过粉末冶金热压工艺制备镍铬钼合金的力学性能。结果表明:随着热压温度的提高,力学性能也提高。经过热压的镍铬钼合金材料具有较高的致密度,但是原料中使用的金属钼粉在热压过程中未能被充分固溶,合金的断口主要是以解理断口特征为主     

放电等离子烧结制备镍掺杂石墨-铜复合材料组织性能研究

通过超声波分散结合行星球磨对复合粉末进行混料，利用放电等离子烧结技术（SPS）制备镍掺杂石墨-铜复合材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、硬度计和摩擦磨损试验机等方法，研究了不同镍掺杂含量对石墨-铜复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:通过该工艺制备石墨-铜复合材料石墨均匀分散于铜基体，并与铜基体形成良好的界面结合。随着镍掺杂含量的增加，石墨-铜复合材料相对密度和硬度逐渐增加。当镍掺杂含量（指质量分数）为7.0%时，石墨-铜复合材料相对密度为95.2%，HV_0.5硬度为53.4，摩擦系数相对较低，磨损表面较光滑，此时综合性能较好。      

新型热压烧结工艺与模具选材

结合热压烧结工艺参数,分析了传统石墨模具在加工复杂形状刀头时存在服役次数低的现状,设计了新型SSP104烧结机应用镍基合金GH4169的热压烧结试验。结果表明,镍基合金GH4169在烧结温度820～840℃,烧结压强180～200 bar的新型SSP104烧结机上服役,单个阴模服役次数均超过2 500个,远超目标值。验证了GH4169在SSP104烧结机上使用的可行性。     

Mo含量对粉末冶金方法制备Ni-8Cr-6Al合金力学及摩擦学性能的影响北大核心

利用粉末冶金方法制备不同Mo含量的Ni-8Cr-6Al合金,通过SEM、XRD等测试手段研究Mo含量对其力学及摩擦学性能的影响。结果表明:Ni-8Cr-6Al-xMo合金试样中都生成了Al2O3,组织形态都较均匀致密;随Mo含量提高,合金的密度、硬度及室温压缩性能提高,Ni-8Cr-6Al-4Mo合金在宽温域内具有优异的力学性能并在高温下具有良好的摩擦学性能。Mo含量过高时,合金在高温(400℃及以上)摩擦过程中形成了Mo2C相,会产生钉扎作用,使摩擦阶段生成的MoO2、NiO等润滑相无法形成连续膜,降低了合金的摩擦性能。     

电流密度对镀铜石墨-铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响

本文基于MZL-200H型高速载流摩擦磨损试验机,研究了电流强度变化对镀铜石墨-铜复合材料摩擦学性能的影响规律,通过磨损表面分析,揭示复合材料的损伤机制。研究表明：采用化学镀可以有效改善石墨与铜基体的界面接触能力,表现出石墨相没有出现团聚现象,而是均匀分布在相互连通的连续铜基体中;复合材料的摩擦因数和磨损率相比纯铜有明显的降低,其中摩擦因数随电流的增加而降低,磨损率随电流的增加而升高;随着电流的增大,磨损表面出现大量的电弧烧蚀坑,且坑内还附着一层密集细小的熔融重凝的铜颗粒,磨痕的宽度和深度有明显的提升;复合材料的损伤机制主要以熔融和电弧侵蚀为主,同时伴随磨粒磨损,黏着磨损和氧化磨损。     

添加铜对ZA12合金摩擦磨损性能的影响

研究铜对ＺＡ１２合金组织结构的作用,探讨铜对合金摩擦磨损性能的影响。随着铜添加量的变化,摩擦磨损性能有显著的改变。     

热压烧结法制备石墨/铜铬自润滑复合材料的组织性能

将机械合金化所制得的铜铬合金粉末,采用热压烧结法制备成石墨/铜铬复合材料,并着重分析了其组织性能。结果表明,随着铬含量的增加,复合材料的相对密度和电导率逐渐降低,硬度逐渐升高,抗弯强度先升后降且于铬含量为1%时达到最大。其中含1%Cr和2%C复合材料的相对密度为99.82%,电导率为85.57%IACS,硬度为HBS 69.34,抗弯强度为330MPa。与常规冷压烧结法相比,热压烧结法所制备复合材料的晶粒更加细小,增强相分布更加均匀,故其综合性能更加优异。     

添加镍对6-6-3锡青铜-石墨材料性能的影响

研究了添加合金元素Ni对6-6-3锡青铜-石墨材料物理机械及摩擦磨损性能的影响。结果表明:添加Ni可以改善6-6-3锡青铜石墨材料的性能,加入(0.5～2.0)％Ni使材料的压溃强度K值比常规材料的K值提高1倍以上;加入1％Ni的试样,其摩擦系数μ值最小,磨损量仅为常规材料的1/7。含Ni量对试样的弹性后效值影响不大。     

薄壁金刚石钻头热压弹性石墨模具设计

根据材料热膨胀特性并结合热压特点，分析了钻头胎体、钢体和石墨模具在热压中的行为，给出了影响热压金刚石钻头胎体结合强度乃至于导致其开裂的主要因素。在此基础上，改进设计了新型石墨模具。推荐了模具设计的二个主要参数。     

热等静压成形2A12铝合金粉末的数值模拟研究

采用热等静压(HIP)技术成形复杂结构的2A12铝合金粉末零件,基于MSC.MARC软件的Shima模型,使用2A12铝合金材料参数实现成形过程的数值模拟。模拟结果表明,特征结构狭缝处粉末体的相对密度呈现梯度分布,侧面的粉末体相对密度分布均匀;石墨模具基本没有变形。实验结果表明,石墨和铝粉末发生了界面反应,型腔内壁存在凹坑和凸起缺陷;粉末试样的规定塑性延伸强度和抗拉强度分别为179 MPa和316 MPa;断口形貌显示试样断裂起源于粉末界面连接处,由金相显微照片分析材料已经完全致密。     

热等静压原位合成SiC–TiC复相陶瓷的微观组织与性能研究

采用纳米级β-SiC粉末、Si粉末、C粉末以及微米级TiH_2粉末为原料,利用热等静压原位合成工艺制备了SiC–TiC复相陶瓷,研究了不同原位合成反应和烧结工艺对复相陶瓷微观组织及力学性能的影响。结果表明:以SiC、TiH_2、C粉末为原料的原位合成反应,无明显副反应发生,更有益于制备成分符合预期、致密度良好且性能优秀的SiC–TiC复相陶瓷。在1600℃,120 MPa,4 h等静压烧结工艺下原位合成得到的体积分数为SiC–32%TiC复相陶瓷具有最好的致密度、硬度、三点弯曲强度以及良好的断裂韧性,分别达到98.7%、21.2 GPa、428 MPa和5.5 MPa·m1/2。提高热等静压压力有助于提高材料的烧结扩散活性,从而提高材料的致密度,有益于力学性能的提升。     

热等静压近净成形数值模拟的研究进展

热等静压近净成形工艺具有材料利用率高、坯料组织均匀性好的突出优势,是镍基粉末高温合金、粉末钛合金等复杂形状部件的重要成形工艺。介绍了热等静压近净成形的工艺特点和生产流程、热等静压近净成形技术在国内外的发展和应用以及粉末热等静压致密化的微观模型和宏观模型,通过对比分析不同模型的热等静压数值模拟和试验验证结果,总结了不同模型的优缺点,分析了影响数值模拟准确性的因素。     

热等静压法制备大尺寸铝基碳化硼复合材料及性能研究

采用热等静压法制备铝基碳化硼复合材料(Al-B4C)板材,测试板材的密度和抗拉强度,并观察复合材料的微观组织和拉伸断口形貌。结果表明,Al-31%B4C(质量分数)板材的尺寸为3 mm×200 mm×5000 mm;Al-31%B4C复合材料的相对密度大于99.69%,抗拉强度大于300 MPa,断后延伸率大于3%,B4C颗粒均匀分布在基体中,并与基体紧密结合;Al-B4C复合材料板材的力学性能符合工程用中子吸收材料的要求。比较含不同质量分数B4C颗粒(10%、15%、20%、25%、30%、31%、35%、40%)的Al-B4C复合材料性能,当B4C质量分数为10%~40%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的密度和相对密度均逐渐降低;当B4C质量分数为10%~35%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的抗拉强度逐渐增大,断后延伸率逐渐降低。     

热等静压工艺参数对2A12粉末铝合金性能的影响研究

对2A12铝合金粉末在不同的热等静压工艺参数下压制后的性能进行了初步的研究。结果表明:圆柱形试样的径向尺寸收缩要大于轴向尺寸的收缩;热等静压温度过高,会对零件的性能产生强烈的削弱作用,并且在其后的热处理过程中使微观组织产生裂纹和缺陷;通过调整热等静压工艺参数,可以改善材料的微观组织和力学性能。     

Investigation of corrosion and wear properties of Fe based metal matrix composites consolidated by sintering and hot isostatic pressing

Abstract

Many industrial applications, e.g. processing of polymers, suffer from high costs caused by corrosion and wear. Particularly the combination of both increases the requirements for the materials used. Corrosion resistant cold work steels were developed to withstand the combined attack. Resistance is achieved by a sufficient content of chromium in the metal matrix and by carbides dispersed in a martensitic matrix. A further gain in wear resistance is possible by adding hard phases to the steel to produce a particulate reinforced metal matrix composite (MMC). The common consolidation process for such MMCs is hot isostatic pressing, but they can also be processed by solid state or liquid phase sintering. This work focuses on detailed investigations of the properties in dependence on the processing route. The results show that the resulting corrosion and wear resistance depend not only on the processing method, but also on the incorporated hard phases in combination with the manufacturing method. In addition, the unreinforced metal matrices were compared to the MMC.     

AZO靶材热压致密化过程中晶粒生长规律研究

分别以98:2(质量比)的ZnO–Al_2O_3混合粉体和预处理粉体为原料,在不同热压温度、压力、保温时间下,采用原位热压工艺制备铝掺杂氧化锌(Al-doped ZnO,AZO)靶材。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察靶材晶粒形貌、阿基米德法测定试样密度、X射线衍射仪分析物相组成以及晶粒大小,四探针测试电阻率,研究靶材热压致密化过程中的晶粒生长规律及细晶高密靶材的制备工艺。结果表明:热压温度为900℃时,晶粒尺寸与原料粉体接近,颗粒之间只形成烧结颈,扩散反应不完全,掺杂替位效应弱,电阻率为0.284W×cm;热压温度上升至1000℃时,ZnO蒸发凝聚形成众多小颗粒导致衍射峰宽化,颗粒之间逐渐结合紧密,Al原子替位效应增强,电阻率降低至0.093W×cm;在热压温度为1100~1150℃时,靶材相对密度不断上升,体系中形成众多的岛状细晶,电阻率下降至1.5′10~(-4)W×cm;在温度1100℃时,随着压力的升高,靶材相对密度从15 MPa时的88.00%上升到35 MPa时的95.60%,晶粒尺寸略有减小;在热压温度1150℃时,随着保温时间的延长,晶粒尺寸生长有限,靶材的反致密化现象与晶粒生长无关。煅烧混合粉体在热压温度1150℃,压力18 MPa,保温时间90 min时,靶材相对密度最高达96.28%,电阻率低至1.6′10~(-4)W×cm,扫描电子显微镜观察晶粒细小,满足溅射靶材的性能要求。     

机械球磨与烧结W基材料的组织与性能

采用机械球磨与热压工艺制备了W-TiC、W-Ni、W-CNTs(碳纳米管)和W-Ni-CNTs 4种W基材料。研究结果表明,机械球磨能显著降低复合粉的晶粒尺寸和增加晶格畸变。经机械球磨后热压的样品中W-TiC的致密度最好,密度达到18.36g/cm3;W-Ni和W-CNTs的密度分别为17.97g/cm3和18.23g/cm3,具有较好的致密性;W-Ni-CNTs样品密度为15.84g/cm3,致密度略低。微观组织分析表明:添加TiC粒子可以显著改善材料的烧结行为,但晶粒较大;添加少量Ni制备的样品,不仅致密度高,而且晶粒较小;添加CNTs可以改善W的烧结行为,同时能够抑制晶粒长大和对W晶界起到强化作用;同时添加Ni和CNTs样品的致密度较低,需要对Ni和CNTs的添加量及烧结工艺条件进一步优化。结合微观组织分析与显微硬度测试结果,发现W烧结体的显微硬度不仅和材料密度有关,而且和W晶粒大小及掺杂相有关。