挤出式3D打印工艺制备WC-10Co硬质合金的显微结构与力学性能

传统方法制备复杂构件的硬质合金产品难度大,成本高,影响了硬质合金的持续发展。采用挤出式3D打印成形硬质合金打印样,经溶剂脱脂、热脱脂和气压烧结制备WC-10Co硬质合金样品,研究打印参数、脱脂工艺和烧结温度对样品的显微组织与力学性能的影响。结果表明,采用不同的喷嘴尺寸,可调节打印样的表面粗糙度与尺寸精度,使用溶剂-热脱脂两步法脱脂后脱脂坯形状与尺寸稳定,烧结后该合金的组织分布均匀,在1 450℃烧结后合金硬度为87.3 HRA,抗弯强度超过3 500 MPa,性能媲美常规粉末冶金方法制备的合金。     

高导热氮化铝陶瓷的粉末注射成形技术

氮化铝(AlN)陶瓷具有热导率高、热膨胀系数低、电阻率高等特性以及良好的力学性能,被认为是新一代高性能陶瓷基片和封装的首选材料,为了满足微电子技术发展对微型复杂形状高导热陶瓷零部件用量日益增加的需求,该文作者研究利用粉末注射成形技术制备高导热AlN陶瓷零部件.该技术以AlN粉末为原料,加入5%Y2O3为烧结助剂;选用蜡基粘结剂体系(PW+PP+SA),确定粉末装载量为62%(体积分数),注射温度为160～170℃,注射压力为90～100 MPa;采用溶剂脱脂+热脱脂工艺脱脂;在1850℃流动氮气氛中烧结.所制备出的AIN陶瓷热导率达232.4 W/(m·K).     

WC-10Co-1TaC硬质合金异形刀片注射成形与合金性能的研究

采用粉末注射成形工艺制备了合金成分为WC-10Co-1TaC的硬质合金抗弯试样和可转位异形刀片。采用电子扫描显微镜、光学显微镜、万能电子力学试验机、钴磁测量仪等对样品的形貌、组织以及力学性能进行研究分析。研究结果表明:采用溶剂脱脂+热脱脂的脱脂方式,可以很好地控制脱脂过程产生的开裂、变形;理想的溶剂脱脂温度为40℃,溶剂体积与样品体积比为7∶1,脱脂时间为6h,脱脂率为50%;理想的热脱脂工艺为:以2℃/min的升温速率从室温升到420℃并保温45min。烧结样品的抗弯强度为2200MPa,硬度(HV30)为1350MPa,矫顽磁力(Hc)为10.7kA/m,钴磁(Com)为9.4,达到制品的性能要求。     

高强度氧化钪陶瓷的制备技术研究

采用纯度4N以上(纯度99.99%)的Sc_2O_3为原料,分别通过真空烧结、热压烧结、热压预烧结和热等静压烧结相结合的方法制备了Sc_2O_3陶瓷。分别采用阿基米德法、扫描电镜(SEM)和万能试验机等对上述3种方法制备的Sc_2O_3陶瓷的密度、抗压强度和微观形貌进行分析。研究结果表明:通过真空烧结制备的Sc_2O_3陶瓷密度高达3.80 g·cm-3,抗压强度为460 MPa;利用热压烧结制备的Sc_2O_3陶瓷密度为3.72 g·cm-3,抗压强度为1100 MPa;通过热压预烧结和热等静压烧结相结合制备的Sc_2O_3陶瓷密度为3.84 g·cm-3,抗压强度高达1900MPa。在提高Sc_2O_3陶瓷密度的前提下,减小烧结体的晶粒可以显著提高其抗压强度。因此,采用热压预烧结和热等静压烧结相结合制备的Sc_2O_3陶瓷可以满足特殊使用的要求。     

FeAl金属间化合物粉末注射成形工艺研究

通过机械合金化制备Fe-48at%Al金属间化合物粉末,分别按照33%、40%和50%的粉末装载量(体积分数)进行注射成形,成形坯经溶剂脱脂和热脱脂以及1 200℃真空烧结,得到FeAl金属间化合物.重点研究粉末装载量对喂料混炼、注射成形温度及压力、脱脂率及烧结组织和力学性能的影响.结果表明,机械合金化FeAl粉末由于具有不规则形状和层片结构,其注射成形喂料流动性较差;在使用高粉末装载量时应提高注射温度和压力,且溶剂脱脂率较低(7 h后为94.3%),需进一步延长脱脂时间;FeAl金属间化合物烧结试样的相对密度和抗弯强度均随粉末装载量增大而提高,当粉末装载最为50%,注射温度和注射压力分别为154℃和4.0 MPa时,材料的相对密度为92%,抗弯强度达587 MPa.     

难熔金属注射成形的研究

采用金属粉末注射成形技术成功制得了形状复杂的纯钨和纯钼零件。粉末注射成形工艺为：粉末装载量为52%,注射温度为165℃,注射压力为65 MPa,溶剂脱脂＋热脱脂两步脱脂法,经2300℃氢气气氛烧结,钨烧结样品的密度可达18.26 g.cm^-3,相对密度为94.61%;经1900℃氢气气氛烧结,钼烧结样品的密度为9.7 g.cm^-3,相对密度达95.09%,制品尺寸精度控制在±0.3%以内。同时,通过实验对比研究了掺加少量的稀土氧化物（La2O3,Y2O3）对注射成形钨和钼制品性能的影响。实验结果表明：稀土元素氧化物的添加,提高了注射成形钨和钼制品烧结后的密度,明显细化了烧结后样品的晶粒,稀土氧化物作为第二相粒子弥散分布于晶界处,提高了注射成形钨和钼制品的强度。     

Si_3N_4-SiC复相陶瓷材料的制备及性能研究

以薄带连铸用陶瓷侧封板为研究对象,探讨了以氮化硅和碳化硅为主要原料,采用陶瓷制备工艺,烧成中进行埋粉处理,制备了试验用Si_3N_4-SiC复相陶瓷样品,并对烧成样品的抗折强度、抗热震性能以及组成和结构进行了测试和分析。结果表明,最佳试样中氮化硅质量分数为50%,碳化硅质量分数为30%,1 480℃进行烧成,室温抗折强度为53.20 MPa,经30次热震后抗折强度增加65.15%。样品内部主要为碳化硅、氮化硅及莫来石相,样品显微结构显示其内部孔隙较多,主要以玻璃相和莫来石相为结合相。     

脱脂与烧结工艺对WC-6Co-1TaC硬质合金显微结构与性能的影响

采用“溶剂脱脂+烧结”方法制备WC-6Co-1TaC硬质合金;研究了在同一烧结工艺下不同溶剂脱脂率对合金显微结构与性能的影响;以及在相同或相近的溶剂脱脂率下不同烧结工艺对合金显微结构与性能的影响;实验结果表明:高的溶剂脱脂率有利于获得更高性能的合金,溶剂脱脂率为41%的脱脂坯经烧结工艺A后较脱脂率为38%的试样抗弯强度提高16%,渗碳程度减轻,孔隙减小;烧结时在低温热脱脂阶段延长保温时间有利于残余粘结剂的排除和高温阶段通过进一步延长抽真空时间净化炉内气氛可以减轻渗碳程度从而提高合金性能。溶剂脱脂率为41%经烧结工艺B后制备的合金较经烧结工艺A制备的合金强度提高17%,达1684 MPa。     

表面处理对316L不锈钢粉末注射成型性能的影响

以聚乙二醇/环氧树脂(PEG-EP)为粉末表面改性剂，聚甲醛系树脂(POM)为粘结剂体系，混炼制备316L不锈钢粉末注射成型喂料，并通过硝酸催化脱脂后烧结得到316L烧结样品。通过傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、接触角测量仪、旋转流变仪、万能材料试验机、金相显微镜、碳硫分析仪、显微硬度计等研究了PEG-EP对316L不锈钢粉末的包覆效果以及PEG-EP表面处理对316L不锈钢粉末注射成型喂料和烧结样品性能的影响。结果表明，PEG-EP成功包覆在316L粉末表面，改善了316L不锈钢粉末与聚甲醛的界面相容性，提高了喂料流动的性能、生坯的力学性能和烧结样品的力学性能及硬度。当添加PEG-EP质量分数为0.662%、粉末装载量(体积分数)为63%时，316L注射生坯的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度分别为10.57 MPa、8.38%、21.24 N·(mm²)^-1；烧结样品晶粒尺寸为50.8μm，最大抗拉强度和维氏硬度为688 MPa和HV 151，烧结样品的综合性能最佳。     

注射成形硬质合金制品的缺陷及性能分析

采用粉末注射成形工艺制备硬质合金,系统研究采用2种具有相同组元和不同配比的石蜡基粘结剂时,注射成形、溶剂脱脂、热脱脂-烧结等各工序的缺陷成因及影响因素.研究结果表明:粘结剂组成对注射缺陷、溶剂脱脂缺陷与溶剂脱脂率有很大影响,从而对最终的烧结合金性能和显微组织结构产生重大影响.通过采用降低热脱脂温度和缩短热脱脂时间,并在1 410℃时进行气压烧结的2种热脱脂-烧结工艺,可解决合金碳含量偏低的问题并提高合金致密化程度,制备出性能优异的YGl0X硬质合金.其抗弯强度分别达到2 723 MPa和2 370 MPa,比传统模压-烧结法制备的硬质合金提高670～1 023 MPa.     

粉末装载量对金属注射成形17-4PH不锈钢力学性能的影响

在硝酸气氛下对注射成形17-4PH不锈钢坯体中的粘结剂成分POM(polyformaldehyde,聚甲醛)进行催化脱脂,然后在真空烧结炉中进行热脱脂和烧结,研究粉末装载量和催化脱脂时间对催化脱脂率的影响,以及粉末装载量对烧结不锈钢的显微组织、致密度与抗拉强度的影响。结果表明:烧结不锈钢的显微组织为以奥氏体为主和少量铁素体共同组成的复合组织。随粉末装载量从55.1%增加至65.7%,催化脱脂率从7.8%降低到5.2%,但烧结密度从7.56 g/cm~3增加到7.66 g/cm~3,烧结不锈钢的抗拉强度从1 076 MPa提高到1 204 MPa;130℃下随催化脱脂保温时间从30延长至90 min,催化脱脂率从4.9%增加至6.7%,在90~150 min时间段内催化脱脂率稳定在6.7%左右。粉末装载量为65.7%的注射喂料经过90 min催化脱脂,可完全脱除粘结剂中的POM,催化脱脂率达到6.72%,注射坯形成完整的连通孔道。     

以钙长石为主晶相的全固废陶瓷组分及性能优化研究

以炉渣、煤矸石和大理石锯泥三类固废为陶瓷原料,采用传统陶瓷烧结工艺制备了大理石锯泥掺量为10%～50%的建筑陶瓷样品,测试了样品烧结过程中的物理性能,并结合XRD测试分析了样品的晶相变化规律。研究表明,当陶瓷形成以钙长石为主晶相时,其具有最低的烧成温度和最优的力学性能。本实验中,当在硅铝比约为2.6且ω(Fe_2O_3)5.5%的条件下,主晶相为钙长石相的最佳钙硅比范围为0.34～0.55,此时锯泥掺量为20%～30%,煤矸石和炉渣总掺量为70%～80%,陶瓷的烧成温度为1 150～1 170℃,抗折强度达到66.49～73.22 MPa。     

纯钼注射成形工艺的研究

研究了纯钼注射成形工艺过程,包括钼粉的预处理、混料、脱脂和烧结工艺.研究表明,球磨后的粉末装载量可以达到50%,经适当的注射工艺、直接热脱脂和烧结工艺,得到了无缺陷的烧结坯,烧结坯的密度随烧结温度的升高而增大,在烧结温度为1850℃,烧结时间为120min时,达到最大值9.70g/m3,抗拉强度为200MPa,硬度为193HV10.     

工艺参数对热等静压制备的3Y-TZP陶瓷性能的影响

对常压预烧结(1.350℃×4 h)后的3Y-TZP陶瓷试样进行热等静压烧结,系统研究烧结温度和压力对陶瓷的烧结性能、力学性能以及相组成的影响.结果表明,在高温、高压下对3Y-TZP陶瓷进行热等静压烧结,温度比压力的影响更显著.从而得到一个最佳的热等静压烧结制度:1300℃×1 h,压力150 MPa,此时试样达到最佳力学性能,HV和Kic分别为14.2 MPa和17.7 MPa·m1/2.用XRD和SEM分析3Y-TZP陶瓷的组织结构发现,烧结后3Y-TZP陶瓷中ZrO2几乎全部以四方相形式存在,且ZrO2平均晶粒尺寸在l～3μm之间,主要的断裂模式是沿晶断裂,并伴随有少量的穿晶断裂.     

3D冷打印钨镍铁合金零件的研究

以军标钨粉、镍粉和铁粉为原料,利用3D冷打印技术制备90W-Ni-Fe合金零件。研究了粘结剂含量和固相含量对金属浆料粘度的影响,并对素坯的组织均匀性进行分析;通过TG-DTA曲线对脱脂烧结工艺进行优化,并分析了烧结体的形貌、金相组织和密度。结果表明:粘结剂添加量为4%、固相含量为70%～75%的W-Ni-Fe浆料,最适合3D冷打印;素坯垂直方向组织均匀性较好,金属颗粒较为均匀地填充在PVB构成的三维网状结构中,固相颗粒分布均匀且无明显的沉降现象;打印过程中,素坯厚度非线性增长,宽度不稳定,浆料固化速度仍有待提高。素坯脱脂后在1 440℃下烧结2h,获得密度为16.26g/cm~3的烧结体,致密度高达94.83%。     

高比重钨合金注射成形工艺研究

对高比重钨合金的注射成形工艺进行了研究,包括粉末的预处理,喂料制备、注射、脱脂和烧结工艺,并对材料的微观组织和机械性能进行了分析。研究表明:预处理后粉末的装载量可以达到58%,经过适当的注射工艺及热脱脂烧结工艺后,可以得到无缺陷的烧结坯。在一定的烧结温度范围内,烧结坯的密度、硬度等性能指标随着烧结温度的升高而增大。对95WNiFe材料而言,当烧结温度为1 450℃,烧结时间为120 min时,其密度可达18.02 g/cm~3,硬度为29 HRC,抗拉强度为792 MPa,屈服强度为612 MPa,延伸率为10%。     

Ti/TiH_2注射成形的催化脱脂及烧结工艺

为解决钛的加工难题和降低加工成本,利用价格低廉的TiH_2粉与球形Ti粉混合,得到不同质量配比的Ti/TiH_2复合Ti粉,与聚甲醛基黏结剂混炼后研究金属注射成形的催化脱脂以及烧结工艺。在催化脱脂工艺研究中,通过对比4组注射坯在不同脱脂温度和时间下的脱脂率,确定最佳催化脱脂温度为120℃,脱脂时间为5 h。在该条件下,4组注射坯脱脂率都超过85%,达到预期催化脱脂目标。在烧结工艺研究中,通过研究了4组脱脂坯在不同烧结温度下的收缩率、致密度和抗拉强度,确定最佳的烧结温度为1 250℃。在1 250℃、2 h真空烧结的条件下,随复合钛粉中TiH_2比例增加,烧结试样综合力学性能下降。其中Ti和TiH_2质量配比为4:1的烧结样品综合力学性能较好,抗拉强度为649 MPa、硬度为241 HV,伸长率为6.9%,且TiH_2粉可以有效降低成本,具有很好的工业化应用前景,对钛和钛合金的广泛应用具有重要意义。     

复合烧结助剂中TiO_2对α-Al_2O_3陶瓷支撑体的性能影响

以α-Al_2O_3为骨料,采用挤压形制备单管式α-Al_2O_3陶瓷支撑体。主要研究烧结助剂TiO_2及其添加量对α-Al_2O_3陶瓷管支撑体性能的影响。分析了α-Al_2O_3陶瓷支撑体中TiO_2对支撑体烧结温度、晶相组成和微观形貌等的影响。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对成品进行表征。研究表明:TiO_2作为一种主要烧结助剂,明显促进支撑体烧结和致密性。当TiO_2的添加量为3.0%时,制备出的氧化铝支撑体样品的抗折强度为70.75 MPa,孔隙率为31.58%,纯水通量达到5 489.64 L/m2·h·MPa,酸/碱腐蚀重量损失率为1.88/1.60%。     

制备工艺对碳化硼陶瓷性能的影响

以活性炭和碳化硅为烧结助剂,采用真空热压工艺,制备了碳化硼陶瓷材料.研究了真空热压工艺、烧结助剂对碳化硼陶瓷性能及断口的影响,结果表明,以活性炭和碳化硅为烧结助剂的碳化硼陶瓷随热压压力增加,开口孔隙度减小,相对密度和抗弯强度增加.添加活性炭的碳化硼陶瓷在热压压力为35MPa下,开口孔隙度有最小值(1.7%),相对密度(91.7%)和抗弯强度(277.6MPa)达最大值;以碳化硅为烧结助剂的碳化硼陶瓷在热压压力为30MPa下,开口孔隙度有最小值(0.66%),相对密度(91.9%)和抗弯强度(173.6MPa)达最大值.添加活性炭的碳化硼陶瓷随保温时间由30min增加到90min,开口孔隙度逐渐减小而相对密度逐渐增加(90min时分别达到0.19%、99.6%),抗弯强度先增加后减小,在保温时间为60min时抗弯强度达到最大值(351.7MPa).在相同的真空热压工艺下,添加活性炭的碳化硼陶瓷与添加碳化硅的碳化硼陶瓷相比,其开口孔隙度低,抗弯强度高.初步探讨了真空热压工艺以及添加剂促进碳化硼陶瓷烧结的机理.     

碳含量及烧结温度对MIM 4340合金钢组织及力学性能的影响

采用注射成形工艺制备4340低合金钢,研究碳含量与烧结温度及热处理工艺对合金钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:通过添加德国巴斯夫还原型羰基铁粉(CN)及改进型羰基铁粉(OM)的方式,分别配制不同碳含量的混合粉末,并经1 280～1 320℃保温2 h烧结后,质量分数为0.50%碳含量的样品最接近标准碳含量。烧结密度随碳含量的升高先减小后增大,随烧结温度升高而增大。烧结态显微组织由铁素体(α-Fe)、珠光体(铁素体+渗碳体Fe_3C)和贝氏体组成,抗拉强度和伸长率为762.16～1 032.03 MPa和5.25%～8.62%。0.50%碳含量、1 300℃烧结态4340合金钢样品经850℃保温0.5 h油冷及400℃保温2 h回火热处理后得到最佳力学性能,抗拉强度和伸长率达到1 510.24 MPa和4.30%,硬度为40.0 HRC。