粉末烧结制备的生物医用多孔钛合金的力学性能

钛及钛合金由于具有优秀的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度等特性,而被应用于生物医学方面.然而,与人骨相比,钛合金的杨氏模量较高,可达100 GPa～110 GPa,而人骨的杨氏模量只有10 GPa～30 GPa.此外,人骨的拉伸强度、压缩强度和抗弯强度都比钛及钛合金低得多.这些力学性能上的差异使得植入件和骨的界面处成为体内负修复和骨治疗时的裂纹源.如果将钛及钛合金的杨氏模量降低到与人骨的相近,那么这些问题就不存在了.降低钛及钛合金的杨氏模量有2种途径：①是合金化;②是制备多孔材料.本研究将从这2点出发开发低模量的钛合金.     

烧结温度对多孔Inconel625合金性能的影响

Inconel625有着优异的耐蚀性与高温力学性能,被广泛用于航空航天、石油化工、核工业等领域。多孔材料有着轻质化与优良的透过性能常被用于过滤材料。本文旨在制备出耐蚀性良好的过滤材料,利用粉末冶金技术制备出兼具Inconel625合金本身特性与功能特性的多孔Inconel625合金。实验采用100~200μm粒度的合金粉末,通过模压-气氛烧结的工艺制备了多孔Inconel625合金,并对不同烧结温度下的合金做了形貌表征与性能评价。结果表明,在1240℃烧结温度下合金烧结颈发育良好,孔隙球化率高,此时透气度满足服役性能需求,可作为高温气液过滤材料使用,该温度下合金剪切性能达到最优,最大剪切力为51.0KN,也为后续进一步的研究提供了参考依据。     

烧结金属多孔材料研究进展

烧结金属多孔材料兼具金属材料和多孔材料的特性,具有机械强度高、可焊接、抗腐蚀、耐高温、易加工等优点,呈现出功能性强、应用面广、新品种不断涌现、使用空间不断拓展的现象.近年来,金属多孔材料的研究较为活跃,形成了多学科并存的制备技术体系,开发出了一系列新的材质、新型孔结构及物理化学性能的金属多孔材料,并且很快进入了实际应用.随着现代工业的进步,金属多孔材料正朝着高性能、多功能化方向发展,具体体现在孔结构的梯度化、孔径的微细化、材质的合金化复合化、制备与应用研究一体化等等,是新材料家族中特别具有生命力的一类可持续发展的材料.     

烧结金属多孔材料研究进展

烧结金属多孔材料兼具金属材料和多孔材料的特性,具有机械强度高、可焊接、抗腐蚀、耐高温、易加工等优点,呈现出功能性强、应用面广、新品种不断涌现、使用空间不断拓展的现象.近年来,金属多孔材料的研究较为活跃,形成了多学科并存的制备技术体系,开发出了一系列新的材质、新型孔结构及物理化学性能的金属多孔材料,并且很快进入了实际应用.随着现代工业的进步,金属多孔材料正朝着高性能、多功能化方向发展,具体体现在孔结构的梯度化、孔径的微细化、材质的合金化复合化、制备与应用研究一体化等等,是新材料家族中特别具有生命力的一类可持续发展的材料.     

定向多孔GH3536微观结构控制及其力学性能

以GH3536高温合金粉末为原料,通过添加稳定剂制得稳定的浆料,采用定向冷冻成型制备了定向多孔高温合金。结果表明：添加0.4~1wt.%的瓜尔豆胶或者1~3wt.%的羧甲基纤维素钠作为稳定剂可制备稳定的浆料;随着浆料固相含量从10vol.%增加到30vol.%,定向孔径从308μm减少到198μm,壁厚从 81μm增加到223μm,其轴向压缩强度从10.72MPa增加到75.02MPa,径向压缩强度从9.2MPa增加到78.49MPa;采用固相含量10~30vol.%的浆料制备的定向多孔高温合金是一种塑性材料,固相含量越高其吸能能力越好。     

过滤用粉末烧结梯度多孔材料

梯度多孔材料具有高过滤精度大透气系数的特点,作为过滤器大大降低了压降,从而降低了生产成本。粉末烧结是制备过滤用梯度多孔材料的主要工艺方法。本文综述了国内外过滤用梯度多孔材料的现状,包括其分类、表征以及常用的梯度成型技术和粉末烧结技术,对比了过滤用梯度多孔材料的经济优势。同时,也表述了其中存在的问题和一些解决方法。     

连续梯度不锈钢多孔材料烧结变形分析

采用模压成形工艺制备连续梯度不锈钢多孔材料。试验对所制备的不同厚度连续梯度不锈钢多孔试样的收缩率及微观形貌进行了分析。结果表明：通过烧结试样的几何轮廓证实连续梯度多孔试样烧结后发生变形——相邻梯度层烧结应力的不同造成圆柱状试样烧结后变成圆台状;烧结过程中连续梯度多孔试样相邻梯度层间力的作用能够促进粉末烧结,对试样的烧结收缩产生影响,并且,粉末粒度越小,这种影响越明显;选择合适的级配粉末以及梯度层间合理的粉末体积或质量搭配,通过不同梯度层间烧结应力的相互抑制作用,可以实现同步收缩烧结,有效解决连续梯度不锈钢多孔材料烧结过程中出现的变形、开裂问题。     

烧结FeCrAl纤维多孔材料的吸声特性

采用Φ20 μm FeCrAl纤维制备纤维多孔材料,孔隙度大于85%.在常声压与高声压条件下分别对烧结FeCrAl纤维多孔材料进行吸声性能检测.结果表明,在常声压下,材料的吸声特性随孔隙度的增加而提高,但是对于高频的吸收,孔隙度过高或过低都不利于吸收.厚度越大,材料的吸声性能越好.增加空腔可以提高材料在低频的吸声性能;在高声压条件下(100～140 dB),该材料的吸声特性不随声压级的变化而变化,各参数对吸声性能的影响规律与在常声压条件下的规律一致.频率在2.5～6.4 kHz之间,声压级为120 dB条件下,孔隙度为94%、20 mm厚的FeCrAl纤维多孔材料吸声系数达到90%.     

原位反应烧结制备高强度多孔莫来石支撑体

以粘土矿物和工业氧化铝为原料,通过高温原位反应烧结工艺制备了高强度多孔莫来石支撑体.研究发现针状结构莫来石晶须的原位生成,使多孔莫来石支撑体具有较高的机械性能和良好的孔结构,孔隙率在34.1%时,其抗折强度达到110.7 MPa.开孔孔隙率随烧成温度的升高而降低,平均孔径和孔径分布及三点抗折强度则随烧成温度的升高而增大.高温下,硅铝酸盐熔融相的存在是针状莫来石晶须形成的必要条件,长石的存在起到熔融助剂的作用,为针状莫来石的形成提供了一个液相环境.     

烧结金属多孔材料力学性能的研究进展

本文概述了烧结金属多孔材料在功能应用和基础结构理论两方面力学性能的研究进展.其中功能应用的研究包括在吸能材料、生物材料、过滤材料3个领域中如何解决在各自功能应用中的力学问题:基础结构理论的研究包括密度、孔隙率、孔结构等对弹性模量、屈服强度、疲劳极限的影响.     

粉末冶金多孔材料

粉末冶金多孔材料,也称多孔烧结材料,由金属或合金粉末经成形、烧结工艺而制成。常用的金属或合金有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物等。粉末冶金多孔材料具有孔径和孔隙度均可控制、导热、导电、可焊接和加工、高的比强度、冲击韧性、能量吸收性能、化学活性、阻波性能、独特的光学性能、良好的透过性、选择性的渗透与吸附性、止振性能等一系列优异的性能。在气体和液体过滤、高温燃气的净化过滤、熔融金属的过滤、固体催化、缓冲器及吸震器、电极材料、屏蔽材料、流体分布装置、热交换器、加热器、散热器、结构材料、生物材料等领域得到广泛应用。     

Fe-N粉末冶金材料的组织与性能

对纯铁粉进行气体渗氮处理得到Fe-N粉，再利用冷等静压和真空烧结技术制备了Fe-N粉末冶金材料，利用XRD的方法分析了烧结前的Fe-N粉与烧结后Fe-N块体材料的成分与结构。结果表明，Fe-N粉的主要组成相为Fe4N，还存在少量的Fe3N和单质铁；而烧结后块体材料的主要组成相为单质铁，仅存在少量Fe-N相，表明烧结过程中产生脱氮，烧结后Fe-N块体材料比铁基粉末冶金材料的硬度高了0．4倍，耐磨性能高了1．8倍，其耐蚀性提高了1倍。     

Mechanical Properties of Lightweight Porous Magnesium Processed Through Powder Metallurgy

Porous magnesium (Mg) samples with various overall porosities (28.4 ± 1.8%, 35.5 ± 2.5%, 45.4 ± 1.9%, and 62.4 ± 2.2%) were processed through powder metallurgy and characterized to study their mechanical properties. Different porosities were obtained by utilizing different mass fractions of space holder camphene. Camphene was removed by sublimation before sintering and contributed to processing porous Mg with high purity and small average pore size. The average pore size increased from 5.2 µm to 15.1 µm with increase of the porosity from 28.4 ± 1.8% to 62.4 ± 2.2%. Compressive strain–stress data showed that the strain hardening rate, yield strength, and ultimate compressive strength decreased with increase of the porosity. The theoretical yield strength of porous Mg obtained using the Gibson–Ashby model agreed with experimental data.     

粉末冶金制备ZL402合金组织及性能研究

采用粉末冶金法制备ZL402合金,研究了烧结温度、压制力和成分对材料的组织、密度和硬度的影响。结果表明,当烧结温度为530℃时,组织变得致密,孔隙率明显减少,硬度最大;并且随着压制力的增加,颗粒间距缩小,试样的硬度和密度也增大;随着Zn含量的减少和Mg含量的增加,材料的孔隙减小,密度减小,而硬度却增加。     

铸造法与粉末冶金法制备DT300钢组织和性能对比

采用粉末冶金的方法制备DT300低合金高强度钢,研究了烧结温度、粉末粒度对粉末冶金制备DT300钢的影响,并将其显微组织及性能与铸造制得的DT300钢进行对比分析。结果表明,真空气雾化制得的25μm的粉体经冷等静压机280 MPa保压1 200 s后,在真空烧结炉中进行烧结,烧结温度1 250℃,保温1 200 min,最终获得致密度达99.12%的DT300钢。经920℃×1 h油淬+300℃×2 h回火热处理后其抗拉强度达到1 850 MPa,冲击功95 J,硬度65 HRC。粉末冶金法和铸造法生产的DT300钢性能不相上下,但是粉末冶金可以大大减少后续机加工量,节约金属材料,提高劳动生产率。因此在薄壁和精密件的生产上可以用粉末冶金法替代铸造法。     

快速凝固/粉末冶金AZ91镁合金的组织及性能

采用快速凝固／粉末冶金法制备AZ91镁合金，研究了不同挤压比对AZ91镁合金室温力学性能及显微组织结构的影响。结果表明：热挤压后的密度已接近理论值：挤压棒材的抗拉强度和伸长率分别为383．23MPa和9．4％；随着挤压比的增加，晶粒变得细小；合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率提高；热挤压态AZ91镁合金室温拉伸时呈现韧性断裂特征。     

粉末冶金Cu-Zr合金的微结构及性能研究

采用高纯、高速N2(99.999%)流作为介质淬火处理在真空下固溶的粉末冶金Cu-Zr合金,然后时效处理.用HV、HB、XRD、TEM、SEM、EDS等来表征不同状态下的合金组织性能.结果表明:随着固溶时间的增加,合金的布氏硬度(HB)和导电率减小,而显微硬度(HV)增加:铜锆合金时效析出Cu2Zr,时效处理时间小于12 h时,合金的HB和导电率增加而HV减小,时效处理时间大于12 h时,合金的HB和HV减小而导电率增加,沉淀相长大.     

Magnesium Powder Metallurgy: Process and Materials Opportunities

The major efforts in magnesium alloy development for automotive applications have concentrated on creep resistant alloys produced by permanent mould and high-pressure die casting routes. While large components, such as crankcases, will never be produced by powder metallurgy, there are smaller components in and around the powertrain which could be fabricated from powder precursors. This article will explore the potential of some of the more recent powder compaction developments, and discuss the alloy development strategies that emerge for magnesium-based components as a consequence of these process developments. In particular, the viability of direct powder extrusion of semi-finished product, using conventional extrusion or equal channel angular processing, combined with T6 heat treatments, will be considered. This article was presented at Materials Science & Technology 2007, Automotive and Ground Vehicles symposium held September 16-20, 2007, in Detroit, MI.     

Influence of Ti Powder Characteristics on the Mechanical Properties of Porous Ti Using Space Holder Technique

Porous Ti samples were fabricated by powder metallurgy technique using three kinds of Ti powder and the space holder of polymethyl methacrylate.The final morphological features and mechanical properties were described.Results show that there is only a-Ti phase in porous Ti samples.After sintering,the oxygen content of three porous Ti is increased from the range of 0.34–0.63 wt% to 0.95–1.3 wt%.The porous Ti prepared from the uneven powders with an average particle size of(22.75±11.09) lm presents the largest micro-pore size,grain size,and oxygen content,which lead to the lowest strength and Young's modulus.     

快速凝固/粉末冶金Mg-6wt%Zn热挤压合金的微观组织与力学性能研究

采用雾化-双辊急冷法制备出快速凝固Mg-6wt%Zn合金薄片及片状粉末,随后通过热挤压工艺制备了RS/PM Mg-6Zn镁合金棒材,并对热挤压合金的微观组织、物相种类及室温、高温力学性能进行了研究。结果表明,经过热挤压后,快速凝固Mg-6Zn合金的微观组织进一步细化,晶粒尺寸为1～2μm,同时合金中析出大量的细小弥散相,并具有较高的位错密度,合金的相组成为α-Mg和Mg51Zn20及少量的Mg2Zn3相,与快速凝固状态下相似。室温下,合金的抗压强度接近300 MPa。但随着温度的升高,合金的强度大幅度降低,其主要原因是高温变形过程中发生了大范围的动态再结晶。