粉末冶金的優(yōu)點精選(九篇)

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第1篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關鍵詞】：粉末冶金；材料；分類；應用

0.引言

所謂的粉末冶金材料指的是用幾種金屬粉末或者金屬與非金屬粉末為原料，通過配比、壓制成型以及燒結等特殊工藝制成的各類材料的總稱，而這種與熔煉和鑄造明顯不同的工藝也被統稱為粉末冶金法。因其生產流程與陶瓷制品比較類似，所以又被稱為金屬陶瓷法。就目前而言，粉末冶金法不單是用來制取某些特殊材料的方法，也是一種優(yōu)質的少切屑或者無切屑方法，且其具有材料利用率高、生產效率高，節(jié)省占地面積及機床等優(yōu)點。然而粉末冶金法也并非萬能之法，其無論是金屬粉末還是模具都有著較高的成本，且制品的形狀和大小都受到一定的限制。

1.粉末冶金材料的主要分類

1.1傳統的粉末冶金材料

第一，鐵基粉末冶金材料。作為最傳統也是最基本的粉末冶金材料，其在汽車制造行業(yè)的應用最為普遍，并隨著經濟的迅猛發(fā)展，汽車工業(yè)的不斷擴大，鐵基粉末冶金材料的應用范圍也就變得越來越廣闊，因此其需求量也越來越大。與此同時，鐵基粉末冶金材料對其他行業(yè)來說也非常重要。

第二，銅基粉末冶金材料。眾所周知，經過燒結銅基制作的零件抗腐蝕性相對來說比較好，且其表面光滑沒有磁性干擾。用來做銅基粉末冶金材料的主要材料有：燒結的青銅材質、黃銅材質以及銅鎳合金材料等，此外還有少量的具有彌散性的強化銅等材質。在現代，銅基粉末冶金材料主要備用到電工器件、機械設備零件等各個制造類領域中，同時也對過濾器、催化劑以及電刷等有一定的作用。

第三，難熔金屬材料。因這類材料的熔點、硬度、強度都比較高，因此其主要成分為難熔性的金屬及金屬合金復合材料，主要被應用國防、航空航天以及和研究領域等。

第四，硬質合金材料。所謂合金材料指的是由一種或者幾種難熔性的金屬經過碳化之后形成的硬質材料的總稱。其主要是由金屬粘結劑進行粘合之后，再用粉末冶金技術制作而成。因這類硬質合金材料具有高熔點、高硬度、高強度，所以常被用到切削領域。

第五，粉末冶金電工材料。在現代工業(yè)中，這種材料主要應用于儀表和電氣領域，尤其是各類分斷和接通電路重點額電接觸元件和電阻焊用的電極上。近幾年，隨著國內無線電技術的迅速發(fā)展，電阻器件的應用范圍也越來越廣泛，其主要材質就是這類材料。此外，粉末冶金電動材料對真空技術領域中的電力管陰極和電加熱元件也有著重要的作用。

第六，摩擦材料。顧名思義，這類材料具有很強的摩擦磨損性能，可以用于制造摩擦離合器以及制動器的摩擦部分。利用其摩擦磨損性較強的特點，有效實現各個元件之間動力的阻斷性和傳遞性，以此實現運動物體的及時減速和停止運動等。

第七，減摩材料。與摩擦材料相反，這類材料則具有較低的摩擦系數以及較高的耐磨性，其可以是金屬材質也可以是由非金屬材質構成。通常情況下，建模材料主要是由教導強度的金屬基體和具有減摩成分的劑構成。因粉末冶金法在一定程度上能夠對金屬材料的基體和減摩成分進行有效調整和控制，此外，這類減摩材料還具有較強的自性能，這就使得其在金屬鑄造領域和塑料減摩材料領域中發(fā)揮著重要作用。

1.2現代先進粉末冶金材料

第一，信息領域中的粉末冶金材料。在這里主要指的是軟磁材料，通常情況下，其又可以分為鐵氧體軟磁材料和金屬軟磁材料兩種，最大區(qū)別是前者出現較早，且只能通過粉末冶金燒結法獲取。因其在燒結過程中，軟磁材料有著較強的飽和磁化性能和較高的導磁率，所以被各個磁行業(yè)廣泛應用。

第二，能源領域中的粉末冶金材料。顧名思義，這種能源材料指的是在不斷的發(fā)展過程中，能夠對促進新能源建立和發(fā)展具有重要作用的材料，其能夠滿足各種新能源的不同需求。能源領域中的粉末冶金材料不僅僅是當今社會新能源發(fā)展的關鍵組成部分，還是新能源材料發(fā)展的重要前提和基礎。就目前而言，電池、氫能、太陽能等方面成為新能源材料發(fā)展的主要方向，并隨著技術的不斷進步，這類材料的應用范圍也變得越來越廣闊。

第三，生物領域中的粉末冶金材料。最近幾年以來，國內的生物研究領域取得了較大的進步，生物研究逐漸對我國的經濟發(fā)展及產業(yè)結構調整有著越來越重要的影響，為此國家對于生物研究領域所取得的重大突破也給予了高度關注，特別是生物材料研究方面。在醫(yī)學領域中，生物材料能夠有效改善人們的健康狀況，大大提高了人們的生活質量。

2.粉末冶金材料的應用研究

2.1在機械合金方面的應用

機械合金主要應用的是粉末冶金技術中的高性能球磨技術。其應用原理為：在高能球磨的基礎之上，有效利用了金屬粉末混合物的變形和易斷裂特性，逐步調整金屬粉末原子之間的距離，并最終形成合金粉末。所謂機械合金指的就是在固態(tài)形式下進行的固態(tài)反應，從而科學實現了合金化，而在這種狀態(tài)下形成的合金不會收到物質熔點及蒸汽壓力等因素的影響，進而表現出較強的穩(wěn)定性。

2.2在干燥噴霧方面的應用

所謂的煩躁噴霧指的是運用霧化器將呈現出一定濃度的原料液轉變成一種具有噴射性能的霧狀液滴的形式，之后再經過一系列的接觸熱空氣程序將霧狀液滴迅速轉化成干燥劑，這就是粉粒狀干燥噴霧的制作過程。通常情況下，制作干燥噴霧需要經過四個基本階段，依次是料液霧化、熱干燥、蒸發(fā)干燥、分離四個流程。更為重要的是，在粉末的制作過程中，還可以依據不同的需求對粉粒形狀、大小進行相應的規(guī)定。

3.結語

上文系統的總結了粉末冶金材料的種類，并對其應用領域進行了分析研究。從中不難看出，相對普通材料來說粉末冶金材料無論是從性能上還是獲取上，都有著無法比擬的強大優(yōu)勢，這也是目前這類材料應用廣泛的原因之一。未來，隨著經濟的發(fā)展及科技的進步，粉末冶金材料將會發(fā)揮出越來越重要的作用。

【參考文獻】

[1]張憲銘，張江峰.標準：粉末冶金材料的分類和牌號[J].世界有色金屬，2009（05）.

第2篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關鍵詞】粉末冶金；球磨粉末；Ti-45Al-5Nb合金

【中圖分類號】TH 【文獻標識碼】A

【文章編號】1007-4309（2013）07-0055-1.5

TiAl金屬間化合物具有低密度、高強度、優(yōu)異的高溫抗蠕變和抗氧化性等優(yōu)點，在航空航天以及汽車工業(yè)等領域具有廣泛的應用前景。高Nb含量TiAl合金保持了TiAl合金上述一系列優(yōu)點，同時高含量難熔元素Nb的加入提高了合金的熔點及有序溫度，降低了擴散系數，改善了高溫抗氧化性能，被視為最具有開發(fā)潛力的新一代高溫結構材料之一。然而，該合金存在嚴重的室溫脆性，斷裂韌性和裂紋擴展抗力也很低，且該合金屬于難塑性加工材料。這些缺點阻礙著該合金的廣泛應用。目前，該合金制備的工藝主要是鑄錠冶金，該工藝存在成分偏析和組織粗大等缺點，且成本高，工序復雜。近年來，粉末冶金制備技術引起廣泛關注。與鑄態(tài)合金相比，粉末冶金合金的組織更均勻細小，而且，由于粉末冶金工藝可以實現近凈成形，從而避免對合金的后續(xù)塑性加工，成為國內外學者制備TiAl基合金廣泛關注的工藝。本文采用元素粉末冶金法制備高Nb-TiAl合金，對組織性能進行了研究。

一、實驗

將平均顆粒尺寸小于48μm的高純Ti、Al粉以及平均顆粒尺寸小于45μm的高純Nb粉，按Ti-45Al-5Nb（at.%）成分配比，在行星式球磨機中進行機械球磨，球磨參數為：球料質量比為20∶1，轉速為400r/min，球磨罐和磨球材料均為不銹鋼，球磨時充高純氬氣保護，球磨時間為8h。隨后，利用真空熱壓燒結系統對球磨獲得的Ti/Al/Nb復合粉末進行反應燒結，燒結工藝參數為：燒結溫度分別為1250℃、1300℃、1350℃，壓制力為40MPa，保溫保壓時間為2h，整個燒結過程中真空度不低于10-2Pa，最后得到Φ60×13mm的三種燒結塊體材料。

應用XRD分析材料物相組成，利用光學顯微鏡（OM）和配有能譜（EDS）分析系統的場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡Hitachi S4700（SEM）觀測粉末的顆粒形貌演變、燒結塊體試樣組織。為選擇典型粉末形貌，球磨粉末試樣首先在燒杯中用酒精分散振蕩，用滴管滴到鋼制載物臺，風干使酒精揮發(fā)制得粉末掃描樣品。

二、實驗結果與分析

1.球磨粉末特性

圖1為復合粉末隨球磨時間增長形貌演變的掃描和背散射圖像。從中可以看出，球磨時間累計至4h，Ti、Al顆粒均為明顯片狀形貌，部分片狀顆粒已發(fā)生破碎和粘合。隨時間進一步延長，片狀顆粒不斷破碎，8h時片狀顆粒破碎基本完成，形成了大量的碎小顆粒。通過背散射圖像對比可以發(fā)現，Ti和Al的粉末顆粒在變形過程中形成明顯的片狀結構，而Nb元素顆粒則更多以碎小顆粒存在，并粘附在其他兩種粉末上。這是由于Ti和Al的塑性比Nb較好，特別是低溫環(huán)境下Nb有很嚴重的脆性。在巨大外力的快速作用下應力集中嚴重，從而直接破碎成細小顆粒。

圖1 不同球磨時間下Ti-45Al-5Nb粉末形貌（BSE）

（a）4h；（b）6h；（c）（d）8h

Ti-45Al-5Nb復合粉末經8h球磨得到的XRD分析結果如圖2所示。從圖中可以發(fā)現，復合粉末中并未產生新相，說明機械球磨過程中Ti、Al、Nb三種元素粉末僅實現機械結合，并未發(fā)生合金化反應。在球磨過程中，由于采用間隙球磨方式，粉末和罐體的溫度得到很好的控制，這也限制三種元素之間的擴散速度，而且粉末的能量不足以推動Ti、Al元素之間的擴散反應，另外，Nb元素在低溫環(huán)境中的擴散系數非常低，基本不考慮其反應。利用XRD結果計算復合粉末中三種元素的平均晶粒尺寸為19.7nm，三種粉末的晶粒均得到明顯的細化。

2.燒結坯物相分析

利用X射線衍射儀分析三種燒結坯所得結果如圖3所示。從圖譜可以看出，三種燒結溫度下合金中單質元素相完全消失，表明Nb元素完全固溶于TiAl合金中。同時，三種合金新生成的物相均以γ-TiAl為主，α2-Ti3Al次之，同時都有少量的B2相形成。對比發(fā)現，隨著燒結溫度提升，α2相含量有所減少，γ相含量增加。另外，1300℃和1350℃燒結合金的衍射峰相對于1250℃燒結合金向左有小角度偏移。這可能是由于Nb元素在更高燒結溫度下擴散更加充分，其分布更加均勻，使三種物相的晶格常數變化引起的。

圖2 Ti-45Al-5Nb合金燒結XRD圖譜

三、結論

1.采用元素粉末+機械球磨工藝制備Ti-45Al-5Nb復合粉末，充分的細化和均勻了三種元素粉末，Ti、Al粉末發(fā)生塑性變形成細小片狀，而Nb則破碎成細小顆粒。經過8h球磨可以得到較好的復合粉末。經過球磨的復合粉末未發(fā)生合金化反應。

2.采用真空熱壓燒結工藝制備高致密的Ti-45Al-5Nb合金材料，在1250℃和1300℃燒結得到細小的近γ組織，在1350℃燒結得到的是近片層組織，同時三種燒結坯組織中均有B2相顆粒生成。

【參考文獻】

[1]APPEL F，OEHRING M，WAGNER R.Novel design concepts for gamma-based titanium aluminide alloys[J].Intermetallics，2000，8.

[2]DUAN Qin-qi，LUAN Qing-dong，LIU Jing，et al.Microstructure and mechanical properties of directionally solidified High Nb containing TiAl alloys[J].Materials & Design，2010，31（7）.

[3]王衍行，等.高Nb-TiAl合金粉的制備及其特性[J].航空材料學報，2007，27（5）.

[4]LIU B.，LIU Y，ZHANG W，et al.Hot deformation behavior of TiAl alloys prepared by blended elemental powders[J].Intermetallics，2011，19（2）.

[5]胡連喜，王爾德.粉末冶金難變形材料熱靜液擠壓技術進展[J].中國材料進展，2011，30（7）.

第3篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關鍵詞】材料成型；控制工程；金屬材料

1機械加工成型

現在的金屬材料加工成型，主要是使用機械加工，加工機械的關鍵部位是加工刀具，現在使用的刀具很多是金剛石成分的刀具[1]。使用這種刀具對鋁基復合材料進行加工比較廣泛，鋁基復合材料使用金剛石刀具加工主要可以分成三種，分別是鉆銷形式、銑銷形式和車銷形式。鉆銷形式使用的是鑲鉆麻花鉆頭，對鋁基復合材料加工，一般情況下使用B4C顆粒鉆銷，而且在加工的過程中還需要添加切銷液，這種液體可以增加鋁基復合材料的強度。銑銷形式使用材料有2.0%的粘接劑，還要8.5%的端面銑刀，這樣的加工方法能強化鋁基復合材料。車銷形式主要使用刀具是硬合金刀具，而且在使用這種加工模式中還需要添加乳化劑，使用這種液體的目的是起到冷卻效果。

2擠壓和鍛模塑性成型

金屬材料在實際成型加工時，可以在模具的表面涂抹一層劑，所選用的壓力成型方法里要能有效控制壓力，以減小在制造時產生的摩擦系數[2]。有研究表明，使用有效壓力和涂抹劑，能夠使加工過程中擠壓壓力減少至少35%。擠壓力的減少能減少對模具的損傷，減少對金屬塑性的削弱，還能防止金屬變形中抵抗力減弱，從而有效提高成型效率。除了使用上述方法進行加工，還可以在金屬基材料中增加適量的增強顆粒，降低其可塑性，增強金屬材料的變形抗力，再在加工過程中增加一定的溫度，使增強顆粒和金屬材質加快融合，加強金屬基材料的可塑性[3]。一般來說，在金屬基材質中使用增強顆粒會影響擠壓的速度，如果在加工的材料中使用的增強顆粒較多，加工時就要嚴格控制擠壓速度。如果擠壓速度過快，很容易造成材料成型以后便面出現橫向裂紋?？傊?，在使用擠壓和鍛模塑性成型技術對金屬基材質加工的過程中，不僅需要在模具上涂抹劑，還需要控制加工中擠壓的速度，提高相應的溫度，并對這些技術嚴格控制，只有這樣，才能夠保證加工的質量。

3鑄造成型

使用復合材料的加工成型技術中，最常用的一種方法就是使用鑄造成型技術。實際加工過程中，對金屬復合型材料添加增強顆粒以后，這樣的情況下熔體粘度會有增強，同時流動性也會增強，在加上增加增強顆粒的過程中會使用熔體的方法使其融合在一起，同時因為經過高溫作用會產生一些化學反應，這種時候會改變金屬材質的基礎性質。為了控制金屬材質基本性能，在熔化金屬材質過程中要對溫度嚴格控制，同時在保溫時間上也要采用嚴格控制方法。在高溫情況下對增強顆粒的添加容易發(fā)生界面反應，比如在添加的增強顆粒是碳化硅顆粒容易出現這種現象。出現界面反應以后熔體的粘度會增強，會出現難以澆筑現象，而且還會影響到材質本質。解決問題的方法是使用精煉法，同時還要添加一定量的變質添加劑，使用這種方法在鍛造成型是不適合使用在添加了增強顆粒的鋁基復合材料中。

4粉末冶金成型

粉末冶金成型技術使用最為早，因此這項技術在實際經驗比較豐富，該技術使用在成型制造主要是對金屬基復合材料使用，還可以對顆粒復合材料零部件和制造晶須中使用。同時粉末冶金技術在后期也使用在一些尺寸較小，造型比較簡單，或者是一些高精密要求的零部件生產加工中。使用粉末冶金技術加工零部件，有著很多方面的優(yōu)點：（1）成型的組織細密；（2）產品加工成型以后增強相分布均衡；（3）成型以后增加相可調節(jié)；（4）界面的反應減少。隨著不斷對該技術的研究，現在可以把粉末冶金技術使用到更多成型加工中。比如自行車架加工，管材加工、自行車零部件加工等。使用粉末冶金技術加工的產品有著較強的耐磨性。在加工時使用該技術在汽車的產品生產，飛機零部件生產和航天器材零部件生產。

第4篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關鍵詞】冷作模具鋼；性能；熱處理

1、引言

目前狀況下，世界上主要存在著三種通用的冷作模具鋼，具體情況見表1。

就我國而言，目前狀況下所使用的冷作模具鋼大多數都為低合金工具鋼CrWMn、高碳高鉻鋼Cr12和Cr12MoV等傳統的典型鋼種。CrWMn鋼具有較高的淬透性，經過淬火之后，鋼體發(fā)生耳朵變形程度相對較小，但是，它仍然存在著一定缺陷，突出表現在韌性與變形要求之上，并不能對市場上各種模具進行有效的滿足；Cr12型鋼最大的優(yōu)點便是具有較高的耐磨性，然而它的碳化物的均勻性相對較弱，當在尺寸較大時，反復鐓拔收效不大，并促使其變形的方向性和強韌性出現一定程度的降低。

2、高韌性高耐磨性冷作模具鋼

對于Cr12型冷作模具鋼來說，其突出特點表現為耐磨性高，但是，相比較于其它的冷作模具鋼，它在韌性與抗回火軟化能力方面表現出一定的不足。雖然基體鋼與低碳高速鋼能夠在一定程度上彌補Cr12型冷作模具鋼在韌性方面的不足，但是其耐磨性仍然不是很高，不能滿足所有的市場的需求。為了對這一問題進行有效的解決，各個國家都作出了積極探索。近幾年來，已經研發(fā)出了一套約含8％鉻、鉬、釩的韌性較高的耐磨性冷作模具鋼，這種模具鋼的碳、鉻含量與Cr12型模具鋼相比較低，因此，在這種模具鋼之中對鎢、鉬和釩的含量進行一定程度的增加，通過這種辦法來對其二次硬化能力與耐磨性進行有效的提高。這種類型的鋼具有較高的淬火溫度，一般情況下，在1040℃到1160℃之前，這樣一來，就能夠對剛的碳化物偏析進行改善，并對鋼的韌性進行有效的保證。這種類型的模具鋼與Cr12Mo1V1鋼、Cr12型鋼相比，具有一定的優(yōu)越性，首先，它的耐磨性高于Cr12Mo1V1鋼。其次，它的韌性和抗回火軟化能力則高于Cr12型鋼。代表鋼號有美國的VascoDie（8Cr8Mo2V2Si）、VascoWear（8Cr8Mo2V2WSi）、日本的TCD（Cr8V2MoTi）、QCM8（8Cr8Mo2VSi）、DC53（Cr8Mo2VSi）、瑞典的ASSAB88及我國開發(fā)的7Cr7Mo2V2Si（LD　鋼）、9Cr6W3Mo2V2（GM鋼）和ER5等。

3、火焰淬火冷作模具鋼

為了滿足市場上對于冷作模具鋼的高需求，國外已經開發(fā)出了與火焰淬火工藝需要具有較高適應度的專用冷作模具鋼。目前狀況下，它已經在制造剪切、沖壓和冷鐓等冷作模具中有了十分廣泛的作用。這類鋼具有諸多的特點，主要表現在以下幾個方面：①模具鋼具有較為優(yōu)越的淬透性，能夠在比較寬泛的溫度范圍內進行淬火。而如果溫度達到了100℃到250℃之間，在這種條件下進行淬火，空冷之后，能夠使其表面硬度以及心部硬度得到明顯的增加；②運用這類模具，在很大程度上便利了使用火焰噴嘴對模具施以局部加熱淬火作業(yè)，可在機加工完成后采用氧乙炔噴槍或專用加熱器對模具的工作部位加熱并空冷淬火后直接使用。對于冷沖壓模具來說，一般情況下，只有當溫度達到了150℃到200℃時，在對其進行淬火，這種條件之下使得淬火之后工件的變形程度相對較小，并且能夠對堆焊修復工藝進行有效的利用，除此之外，它還具有著相對較好的機械加工性能。

4、空冷微變形模具鋼

對于空冷微變形模具鋼來說，其優(yōu)點主要表現在較低的合金元素含量（Me5%）、高淬透性與高淬硬性。通過對這種鋼進行有效的使用，100mm的工件就可以進行空冷淬透，一般情況下，在淬火之后，工件的硬度能夠達到62～64HRC之間。除此之外，這類鋼熱處理變形小、工藝簡便、淬火溫度低和強韌性好，并有適當的耐磨性。在淬火結束之后，一般情況下，對其進行一定程度的低溫回火，這樣就可以對內應力進行有效的消除。而對于工作動載荷較高，要求韌性較高的模具，則采用高溫淬火和高溫回火工藝。目前狀況下，這種空冷微變形模具鋼已經在重負荷、高精度冷作模具的制作當中有了十分廣泛的運用。主要代表性鋼號有：美國ASTM標準鋼號A4（Mn2CrMo）、A6（7Mn2CrMo）；日本的大同特殊鋼公司的G04、日本日立金屬公司的ACD37鋼等。

5、粉末冶金冷作模具材料

通過對粉末冶金方法進行有效的使用，可以使用水霧化法對鋼水進行一定程度的霧化，并使之成為細小的鋼粉末，然后運用一定的辦法使這些細小的鋼粉末進行快速的凝固，可以生產出用傳統冶金方法難以生產的超高碳、高合金（尤其是高釩含量）、高耐磨性的模具鋼，使鋼中含有更多的硬質碳化物VC。目前狀況下，經過相關機構與學者的積極探索，國外已經研制出了多種粉末冶金冷作模具鋼，主要的代表性鋼號有：美國研制的CPM15V是CPM10V的改進，而CPM440VM和Suprator是CPM440V的改進。

第5篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

【關鍵詞】 激光 焊接技術 現狀 應用

激光焊接已逐漸受到人們關注，激光焊接技術擁有高精度、高質量、低變形、高速度和高效率的特點。1970年以后，隨著金屬鋁等焊接物質的研制成功，激光焊接技術在其他領域中也得到推廣和應用。尤其是在制造業(yè)，冶金業(yè)以及生物醫(yī)學方面應用較為廣泛。后來，隨著航天技術的發(fā)展，激光焊接技術逐漸被應用到了航天領域。

1 國內外焊接技術中激光焊接技術的研究現狀

1.1 國外激光焊接技術的研究現狀

目前國外的激光焊接技術已比較成熟，以美國為首的發(fā)達國家非常注重激光焊接技術的發(fā)展狀況。將激光焊接技術列入國家的發(fā)展計劃當中，并投入大量資金用于激光焊接技術的研究與人員的培訓。發(fā)展過程中也注意傳統產業(yè)的優(yōu)勢，做到激光焊接技術與傳統產業(yè)相結合。由于發(fā)展比較早，目前發(fā)達國家的激光焊接技術存在很多優(yōu)勢，主要有，熱影響區(qū)極小，而且焊接過程中無熱損傷的現象，焊接速度比一般的烙焊要快10-100倍。焊接點極小，最大程度的避免了雜質的污染和腐蝕程度，此外，焊點的抗裂性能也非常高。

1.3 國內激光焊接技術的研究現狀

國內焊接技術由于起步比較晚，發(fā)展也相對緩慢。近年來，由于政策的要求以及環(huán)保的需要，激光技術才逐漸被廣泛應用。對激光焊接的研究也主要集中在激光焊接的形成機理、檢測、分析、控制等。一些高校也逐漸開展激光焊接的相關課程，比如通過分析超細粒鋼的焊接性及激光焊接的特點，進行了400MPa和800MPa種超細晶粒鋼的激光焊接試驗。目前國內對于高強度的激光焊接焊性方面的研究還存在很多不足的地方，缺少很多相關數據，還需要培訓更多的專業(yè)人員進行深入研究。

2 焊接技術中激光焊接技術的應用

隨著激光焊接技術的逐漸成熟，其應用領域也不斷擴大。但是由于激光焊接設備的成本和維修費用比較高，除了一些大批量生產或者規(guī)模零件焊接的行業(yè)，激光焊接技術很少應用。歐美的激光焊接技術主要應用于金屬加工業(yè)和汽車制造業(yè)，而亞洲地區(qū)的激光焊接技術較多的應用于半導體工業(yè)和電器工業(yè)。

2.1 制造業(yè)的應用

在國外，激光焊接技術在轎車制造中應用十分廣泛，并以比較高的速度增長。日本在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應堆中蒸汽發(fā)生器細管的維修；激光焊接技術在造船中也比較普遍，傳統焊接工藝中的焊后變形是造船業(yè)面臨的主要問題，而激光焊接由于具有焊后熱影響區(qū)小、熱損傷小、焊后抗裂性能高的特點，焊后基本沒有明顯的變形；由于采用激光焊接，一定程度上減輕了船身的重量，在造船業(yè)中發(fā)揮了很重要的作用。

2.2 冶金行業(yè)的應用

現如今，越來越多的粉末冶金材料走向市場，它與其他零件的連接問題逐漸顯現出來，使粉末冶金的應用受到限制。而激光焊接技術由于結合強度低、焊接輕度高以及很好的耐高溫性為粉末冶金材料的發(fā)展開辟了新的道路。

2.3 汽車工業(yè)的應用

汽車工業(yè)作為發(fā)達國家的重要經濟來源一直就是各國研究的重點。激光焊接技術在提高車身強度的同時也大大減輕了車身重量，降低了汽車的生產成本。目前激光焊接技術在很多中高檔汽車中已廣泛使用。

2.4 電子工業(yè)的應用

由于激光焊接技術在焊接過程中對機械的損傷程度較小而且大都可以避免，特別符合電子行業(yè)的要求。激光技術的高精度、無污染、熱影響區(qū)小等優(yōu)點也使得激光焊接技術在電子工業(yè)中得到廣泛的應用。目前，激光焊接技術已經逐漸被運用到電子工業(yè)中，例如，很多商家均利用激光焊接工藝生產重傳感器。但激光消融、激光電鍍等原理方面還在研究當中。

2.5 生物醫(yī)學的應用

1970年以后，有關生物組織的激光焊接開始出現，主要應用于血管和輸卵管的焊接。隨著激光焊接優(yōu)越性逐漸被研究人員發(fā)現，各種生物組織的激光焊接逐漸得到推廣。激光焊接在生物醫(yī)學中呈現出不同的焊接優(yōu)勢。主要有，手術部位吻合速度快。而且愈合過程中沒有異物反應，修復后的組織能夠按照原來的生長特點來生長。研究人員也在進一步研究激光焊機焊接在生物醫(yī)學領域的應用。

2.6 航空航天領域的應用

以美國為首的發(fā)達國家在20世紀70年代初涉激光焊接技術在航空航天領域的應用。他們培訓了專業(yè)的研究人員，對航天工業(yè)中的各種容器及輕量級結構立項，開展了長達7年多年的激光焊接應用研究。新的研究成果取代了原有的鉚釗一，提高了機身的強度，減輕了機身的重量。我國在航空航天領域的激光焊接技術也是比較先進的，開始對航天領域中所用的各種合金進行激光焊接技術的研究，并取得了很好的成果，而且已逐漸投入使用。激光焊接由于很高的精密度以及可靠性，使其在該領域應用中顯現的優(yōu)勢明顯強于其它方法的焊接技術。

2.7 塑料加工中的應用

國外對于塑料加工中的激光焊接已經處于領先水平，而我國仍處于研究開發(fā)階段。激光焊接熱損傷小的優(yōu)點使其在塑料加工方面的優(yōu)勢突出。焊接過程中激光束大多能夠通過不同層次的材料，而且更容易通過熱傳導被吸收成為焊接區(qū)域。塑料加工中的激光焊接比傳統的焊接工藝污染程度更小，質量更好，也為激光焊接技術的應用提供了更廣闊的前景。

3 結語

21世紀以后，隨著激光焊接技術耐高溫、熱損傷小、抗裂性能好等優(yōu)點逐漸顯現，激光焊接技術的研究領域也將越來越廣泛。研究人員對于焊接技術中的激光焊接研究也在實踐中逐漸進步。激光焊接技術發(fā)展到目前，已有逐漸取代傳統焊接技術的趨勢。

參考文獻：

[1]郎旭元，張元鐘.激光技術在汽車工業(yè)中的應用[J].機械工程師，2006（06）.

第6篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

受電弓接觸壓力滑板接觸導線城市軌道交通以電能為驅動力，采用輪軌運轉方式，具有安全、快捷、準時、舒適、運量大、無污染、占地少等鮮明的特點，是城市公共交通的一個重要組成部分。電力機車、電動車輛從接觸網接觸導線或導電軌受取電流的裝置稱為受流器，是軌道交通車輛與固定供電裝置之間唯一的電連接環(huán)節(jié)，受流器性能優(yōu)劣直接影響電力機車或電動車輛的工作狀態(tài)。隨著機車運行速度的不斷提高，對受流器性能的要求也越來越高。

受電弓是受流器中的一種，屬于上部受流，與其他受流器相比，具有較好的受流質量。受電弓安裝在機車或動車車頂上，受電弓弓頭的滑板與接觸線接觸，相對滑動，從接觸網上取下電流，輸送給電力機車，這一過程稱之為受流。受電弓與接觸網可靠地接觸是保證高速受流的重要條件。

受流質量是指負荷電流通過接觸線和受電弓滑板接觸面的流暢程度。影響受流質量的因素很多，下面就接觸壓力、滑板材料、接觸線材質三個主要方面加以分析。

一、弓網接觸壓力

受電弓和接觸線之間必須有一定的接觸壓力，才能保證牽引電流的順利流通。弓網實際接觸壓力由三部分組成：受電弓升弓系統施加于滑板，使之向上的垂直力為靜態(tài)接觸壓力；接觸網沿線各點的剛度不同，接觸懸掛本身存在彈性差異，抬升力不同，運行中上下振動，從而產生交變的動態(tài)接觸壓力；受電弓在運行中受空氣流作用產生的一個隨速度增加而迅速增加的空氣電動力，使接觸壓力增加。

1.靜態(tài)接觸壓力與靜特性

額定靜態(tài)接觸壓力是指在靜止狀態(tài)下，受電弓弓頭滑板在工作高度范圍內對接觸網導線的壓力，它與工作高度之間的關系稱為受電弓的靜特性。受電弓滑板沿接觸導線滑動，若接觸壓力太小，則接觸電阻增大且易跳動，使供電時斷時續(xù)，導致接觸不良甚至引起火花或電?。蝗艚佑|壓力太大，增加滑板和導線的磨損，縮短使用壽命。因此，要求受電弓的機械結構能保證滑板在工作高度范圍內具有相同的接觸壓力。

2.動特性

機車運行時，受電弓是隨著接觸導線高度的變化而上下運動的。當運動速度不大時，接觸壓力可視為基本按靜特性曲線變化，但隨著車速的增高，受電弓上下運動的慣性力、氣體動態(tài)分力、列車運動產生的干擾力等動態(tài)參數直接決定受流質量。

在動能相等的情況下，把受電弓運動系統的質量歸化到滑板上，該質量稱為歸化質量。它與受電弓提升高度的關系稱為受電弓的動特性。為了在動態(tài)情況下取得較穩(wěn)定的接觸壓力，就要設法盡量減少歸化質量，特別是減輕上部結構質量，弓頭部分一般采用較輕的鋁合金材料。

3.空氣電動力

當列車速度達到250km/h及以上時，高速氣流產生的空氣動力對列車部件的影響也越來越大，并且空氣阻力占到了總阻力的75%―80%，直接制約列車的行進速度，良好的受電弓空氣動力性能是保證弓網系統具有良好穩(wěn)定性和跟隨性的重要因素，目前對空氣動力學性能的研究主要有實驗研究法和模型模擬試驗法。

4.弓網接觸壓力簡析

弓網接觸壓力能直觀的反映受電弓滑板和接觸線間的接觸情況，它必須符合規(guī)律，在一定范圍內波動。上述三種作用力的合力，如果過大，接觸線的抬升量會超過范圍，使接觸線局部彎曲，引起接觸線疲勞損傷，同時使接觸導線和集電頭接觸板的磨耗加大，縮短其使用壽命，嚴重時會引起斷線等弓網事故。如果接觸壓力太小，會使弓網接觸不良，增加離線率，拉弧現象嚴重，供電時斷時續(xù)，燒損接觸線。

二、滑板的質量和機電性能對受流質量的影響

1.受電弓滑板的性能要求

受電弓的滑板是電力機車上重要的集電元件，它安裝在受電弓的最上部，直接與接觸導線接觸，在滑動狀態(tài)下從接觸導線上獲得100―1000A的電流，為機車供應電力。隨著車速的不斷提高，對受電弓滑板的綜合性能也提出了越來越高的要求。列車高速運行，一方面，滑板表面摩擦產生的熱量大大增加，致使滑板表面升溫，引起滑板表面狀況惡化；另一方面，當滑板遇到接觸網上的“硬點”時會產生階躍式的沖擊，造成瞬間離線拉弧現象，在接觸點處產生3000℃以上的高溫，導致接觸點軟化甚至熔融，電燒蝕嚴重致使滑板表面質量下降，摩擦因數增加，磨損加劇。為此，滑板的性能必須滿足以下要求：

（1）電阻率低，耐弧性強，接觸電阻要?。?/p>

（2）熔點高，導熱性能良好；

（3）力學性能好，能承受一定的沖擊載荷，彈性好，機械強度高；

（4）與銅或銅合金接觸線之間摩擦系數低，對接觸導線及滑板自身的磨耗??；

（5）質輕，便于實現輕量化和標準化。

2.受電弓滑板材質分類及應用

（1）純金屬滑板

鋼、銅等純金屬滑板機械強度高，取材方便，使用壽命長，成本低，引發(fā)故障概率低，但對接觸網導線磨耗大，現已不使用。

（2）粉末冶金滑板

粉末冶金滑板分銅基和鐵基兩類。銅基粉末冶金滑板機械強度較好，表面硬度適中，滑板和導線的磨耗比較匹配。針對粉末冶金材質較少，含油較低的缺點，我國研制了機械復合式銅基粉末冶金滑板。這種滑板可隨時提供，大大的降低結對接觸導線的磨耗，同時其自身的耐磨性也比較好，表面硬度稍高，不易出現斷裂、不均勻磨損現象。自身含有材料，能減輕對接觸導線的磨損；但由于其表面硬度遠高于銅線硬度，對銅導線的磨耗也是比較大的。

（3）碳滑板

碳滑板對導線磨耗低，可延長導線的使用壽命，但機械強度低，易出現斷裂、掉塊，引發(fā)弓網事故概率大，使用壽命短，適用范圍受到限制。

（4）浸金屬碳滑板

浸金屬碳滑板分為整體式和組裝式兩類，具有較好的電學性能，基本解決了碳滑板機械強度低的問題，耐磨性能大為提高，能根本解決導線磨耗太快的問題；但抗沖擊力不足，易出現掉塊，使用過程中需要整形，價格過高，維護成本也較高。

（5）碳-銅復合材料滑板

碳-銅復合材料滑板是以硬質金屬粉作為碳增強體，經燒結等工序而制成。碳粉表面依次進行化學鍍、電鍍銅的方法，使碳粉粒子具有良好的導電性，且可通過控制電鍍時間來控制鍍層厚度，使碳粉在做復合填料方面有了更為廣泛的應用前景。

目前，銅合金接觸導線已達70%以上，要求受電弓滑板材料必須與銅合金接觸導線相匹配。開發(fā)研制銅系金屬基體與碳系劑比例合適的高強度、高沖擊韌性、低電阻系數、低磨耗比的新型碳滑板材料是我國電力機車受電弓滑板材料的發(fā)展方向。

三、接觸線材質對受流質量的影響

接觸網導線也稱為電車線，其材質、工藝及性能、接觸線截面積的選擇等應滿足牽引供電計算的要求。

1.接觸線的性能要求

具有較小的電阻率、較大的導電能力；要有良好的抗磨損性能，使用壽命長；要有高強度的機械性和較強的抗張能力。

2.接觸線按材質分類及應用

接觸線按照材質主要分為銅接觸線、鋼鋁接觸線和銅合金接觸線。

我國電氣化鐵路建設初期，采用的是銅接觸線，TCG-110、TCG-100用于站場正線和區(qū)間，TCG-85主要用于站場側線。

為了減少有色金屬銅的使用量，我國研制使用了以鋁代銅的鋼鋁接觸線。鋼鋁接觸線是由導電性能較好的鋁和機械強度較高的鋼滾壓冷軋而成，剛的部分用于保證應有的機械性能和耐磨性能，鋁的部分用于導流。我國采用的鋼鋁接觸線有GLCA100/215、GLCB80/173以及內包鋼的GLCN型鋼鋁接觸線。鋼鋁接觸線具有很好的機械強度，不容易斷線，安全性能好，并且具有價格便宜、材料來源廣泛的優(yōu)點。

銅合金線以其抗拉強度高、耐高溫性能好的優(yōu)勢逐漸被業(yè)內人士所認可，目前地鐵中常采用CTHA―110型、CTHB―120型銀銅合金接觸線，鎂銅合金接觸線也有使用。

四、結論

受電弓滑板、接觸網導線及弓網彈性系統之間的相互作用，影響電力機車運營速度和安全可靠性，速度越高，弓網關系越不穩(wěn)定。為提高受流質量，要從接觸網和受電弓的具體設計參數入手，從結構上保證受電弓與接觸網有良好的彈性接觸并有適合的接觸壓力；并盡量采用輕質材料，降低弓頭歸化質量，保證良好的弓網動力學特性；建立受電弓――接觸網系統模型，分析參數及其相互關系是提高弓網供電質量的必修課題。

參考文獻：

[1]王寧，單圣熊.受電弓與接觸網接觸壓力分析.電氣化鐵道，2000，（2）.

第7篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

斷裂力學是專門研究含裂紋構件中裂紋的平衡、擴展和失穩(wěn)規(guī)律的學科，是工業(yè)革命以來在無數次災難性事故的總結中逐步產生和發(fā)展起來的.如今，斷裂力學已成為解決抗斷設計、合理選材、預測構件疲勞壽命、制定合理的質量驗收標準以及防止斷裂事故發(fā)生的重要工具之一.然而，目前的斷裂分析與設計仍囿于經典的二維斷裂理論和經驗方法的框架，僅能獲得比較可靠的線彈性斷裂力學應力強度因子K.

裂紋擴展屬于典型的強不連續(xù)問題，一直是工程力學分析的熱點、重點和難點問題.裂紋萌生并不意味著構件的破壞，但其擴展卻對整個結構的失穩(wěn)或破壞起著控制作用.因此，對斷裂及其過程的深入研究和分析十分必要和迫切.計算機仿真作為科學探索的第三大支柱，與實驗、理論相并列，但現有的通用有限元軟件（如ANSYS等）均將材料視為“無缺陷的均勻連續(xù)體”，其研究斷裂的普遍做法是將固有裂紋與幾何實體并行建模，為確保新的裂紋線或面與單元邊界始終一致，在裂紋擴展中必須頻繁重分和加密裂尖區(qū)網格，數據的準備工作量巨大，計算效率極低.

根據裂紋面切割和修正網格是過去幾十年主要的斷裂力學計算理論，該方法嚴重限制構件的幾何復雜度.依該方法開發(fā)的專業(yè)軟件有英國的ZenCrack以及美國康奈爾大學的Franc等，前者在進行裂紋擴展分析時必須借助大型商用有限元系統的求解器，對非結構化網格適應性較差；后者以邊界元為理論基礎，在分析大規(guī)模非線性、非均質的復雜問題時效率較低.但這種處理方法的主要“優(yōu)點”是材料撕裂過程“生動形象”，并且能充分利用現有的通用有限元計算平臺，不足之處在于難以直接、高效得到斷裂參量（如K，J和G等）.

無網格法可在一定程度上克服裂尖區(qū)單元細分的缺陷，計算精度有所提高，一度被認為是求解不連續(xù)問題、多尺度問題和極端高梯度問題等的理想計算方法，但仍很難精準模擬新界面和裂紋面的侵入問題，且算法的健壯性和穩(wěn)定性不足，而計算成本往往數倍于有限元法，因而在斷裂工程分析中的應用價值大大降低.最近，以BELYTSCHKO教授為代表的研究組通過富集經典有限元法的位移模式，進而提出擴展有限元法(eXtended Finite Element Method，XFEM)的思想.XFEM保留常規(guī)有限元法的所有優(yōu)點，是迄今為止求解不連續(xù)問題最有效的數值方法之一. XFEM與經典有限元法的最根本區(qū)別在于其使用的網格與結構內部的幾何或物理界面無關，從而克服在裂紋尖端進行高密度網格剖分帶來的困難，實現不需經繁瑣的后處理而直接獲得斷裂力學重要參量的目標.在最新版本的Abaqus軟件中，用戶已可以選擇嘗試XFEM技術研究裂紋擴展過程，充分說明XFEM的有效性與可靠性.然而，XFEM在模擬裂紋擴展時并非十全十美，也存在與無網格法類似的不足，最根本的解決方案仍然是從理論上去掉網格或開發(fā)更健壯的網格生成器.

河海大學章青教授認為，計算力學的發(fā)展必須走向CAE.當前，工程結構的斷裂分析領域還沒有一個基于斷裂力學理論和方法、采用先進裂紋擴展技術、魯棒性高的高效計算機仿真系統，如果市場上能推出一款便捷、有效的高級專業(yè)斷裂失效分析CAE系統，無論是對學術研究還是對工程界都有巨大的吸引力和指標意義.2010年11月，在湖南大學岳麓書院召開的中國科協第223次青年科學家論壇上，我國的科研人員展示一款三維裂紋擴展仿真與分析軟件ALOFX.該軟件以目前最先進、成熟的裂紋擴展算法XFEM為基礎，利用具有完全自主知識產權的虛節(jié)點法(Virtual Node Method, VNM)，變革過去幾十年在裂紋擴展分析中的“根據裂紋面切割網格”技術，使復雜結構中裂紋的高效率、高準確動態(tài)擴展仿真分析成為可能.ALOFX走的是專業(yè)化軟件研發(fā)的道路.相信通過開源程序的合理利用和良好的市場運作，該軟件必將取得成功，并最終實現以點帶面的效果，提振我國自主知識產權CAE軟件發(fā)展的信心和勇氣.

斷裂力學是機械產品設計、制造和評估的下一代設計與校核理論.如果說20世紀下半葉是材料力學設計理論下有限元軟件獨步天下的話，那么21世紀上半葉則是斷裂力學設計理論下疲勞與斷裂力學分析軟件大放異彩的50年.

第8篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

關鍵詞：液滴 均勻 脈沖 射流斷裂

一、緒論

（一）顆粒制備技術發(fā)展現狀

顆?；苽浼夹g無論是在基礎理論研究，還是在氣體霧化、噴射干燥、噴射冷卻、熱噴涂、噴墨打印等具體工業(yè)生產中，都扮演著極為重要的角色。

傳統的微球制備方法包括霧化法、切絲重熔法、乳化法[1]等。這些方法都有各自的特點和局限性。1990年，美國麻省理工學院（MIT）教授Passow博士等一些材料科學專家提出了利用均勻液滴噴射法（Uniform Droplet Spray,UDS）生產粉末的工藝。該工藝保留了傳統粉末冶金工藝的優(yōu)點，克服了傳統工藝下的粉末顆粒尺寸分散、結晶不均勻、性能不一致等缺點。一些采用UDS工藝制造的新型合金粉末已在高科技領域得到應用[2]。

（二）Rayleigh射流失穩(wěn)理論

1879年，英國科學家Rayleigh[3]利用數學模擬的方法分析了非粘性射流(層流)的斷裂現象。當液體從噴嘴流出后，施加適當頻率的微小擾動，由于表面張力的作用，在激振條件下，射流表面會產生表面波，隨著表面波在射流表面的增長，射流就斷裂成均勻液滴[4]。

（三）本文選題意義及主要工作

本文的目標是針對UDS的不足，創(chuàng)新地設計了適用于均勻顆粒制備的流體脈沖噴射（Jet Pulse Spray, JPS）系統，利用脈沖式氣體施加于裝有待處理液體的密閉腔室，形成定量液體射流段，通過合理設置氣壓、脈沖頻率和脈寬等參數，可獲得粒徑分布窄、表面狀況良好的微球，為均勻微球提供了一種設備和工藝簡單的制備方法。

二、流體脈沖噴射系統制粒原理、實驗裝置、材料

（一）流體脈沖噴射系統制粒原理

應用Rayleigh線性不穩(wěn)定理論，現有的射流斷裂技術主要利用壓電激振元件對液束施加擾動，使之分裂成液滴并最終凝固成形。為提高工藝穩(wěn)定性，本文通過旋轉切割的方式，利用周期轉動定量切割連續(xù)氣流，形成定量氣體脈沖，進而擠出定量液體，使之斷裂成均勻顆粒。

（二）流體脈沖噴射系統實驗裝置

壓力氣體由管道中經過剛性聯軸器，再進入氣體脈沖發(fā)生器中。通過氣體脈沖發(fā)生器中闌孔之間的周期通閉，得到正弦定量氣體脈沖。氣體脈沖隨后進入密閉噴射腔，將定量液體從噴嘴擠出，并斷裂成均勻顆粒。密閉噴射腔中損耗的液體通過補液腔進行補充。

（三）實驗材料

因為石蠟具有熔點較低、易于成型、成本低廉等特點，本文選取固體切片石蠟作為研究對象。

三、實驗結果及理論分析

（一）轉速的影響

不使用本系統自由噴射所制得的微粒，結果出現了諸如粒度不均、板結、異型輪廓等典型霧化法缺陷。旋闌轉速在75rpm時制得的微粒，盡管相比不使用本系統在球?；先〉昧溯^明顯的改善，但其粒徑分布十分寬廣，均勻度低。隨著轉速上升，微粒均勻度和球化程度明顯改善，至350rpm時達到最佳值，球粒粒徑亦穩(wěn)定在520μm左右。當轉速進一步上升至450rpm時，球粒粒徑有變大趨勢，與350rpm相比平均粒徑有所提高，均勻度有所下降。由此可見該顆粒制備系統存在最佳匹配轉速，粒徑均勻度與旋闌轉速并非為簡單的單調變化關系。

（二）基于氣壓制粒模型

定量氣體脈沖進入密閉噴射腔后，對腔內液面產生大小為Pgas的氣壓，并與腔內液體壓力Pliquid共同作用，從噴嘴處擠出流速為uj的液束。

經推導可得式微粒的體積為：

式中P0為大氣壓，dN為噴嘴直徑，lN為噴射腔厚度，μ為液體粘度。

（三）氣壓模型預測值與實驗結果比較

理論計算得到的VN是在一個正弦氣體脈沖從噴嘴處擠出的液體總量。根據Rayleigh射流失穩(wěn)理論，射流會斷裂成均勻液滴。假設一個氣體脈沖擠出的液體均勻斷裂成N個液滴，N=1時即為射流沒有發(fā)生斷裂，如圖3所示，與實驗結果偏差較大。當N=10時，模型預測值與實際值較為吻合。但在實現更有效的機電控制和工業(yè)應用，本項目還有待進一步深入研究。

[參考文獻]

[1]Schadler.V,Windhab E.J.,Continuous membrane emulsification by using a membrane system with controlled pore distance, Desalination,2006, 130-135

[2]張海慶.均勻顆粒成型法(UDS)原理及應用,天津冶金,2001, 99(1),39-40.

[3]Rayleigh,On the instabitlity of jets,Proceedings London Mathematic Society, 1879,10(4),4-13.

第9篇：粉末冶金的優(yōu)點范文

關鍵詞:難熔金屬 材料 金屬硅化物

金屬硅化物具有熔點高、硬度高、高溫蠕變強度高、耐磨耐蝕性能優(yōu)異等突出優(yōu)點,是很有發(fā)展?jié)摿Φ氖覝丶案邷亟Y構材料的開發(fā)研究對象。但是,金屬硅化物還存在比較嚴重的室溫脆性和較低的斷裂強度,嚴重影響著其應用前景。因此,要走向工業(yè)化應用,必須對其進行低溫增韌和高溫增強。難熔金屬都具有熔點高、優(yōu)異的高溫抗蠕變性能、低的韌脆轉變溫度(DBTT)等特點,因此在用作高溫結構材料方面無疑具有很大的優(yōu)勢。

1、Mo基固溶體增韌相的應用

鉬是一種典型的難熔金屬,具有熔點高、彈性模量高、良好的塑性和韌性、高溫強度高、熱膨脹系數小等特點,是改善金屬硅化物室溫韌性和高溫強度的理想選擇之一。

多相Mo-Si-B合金因為具有高熔點、理想的抗氧化性和抗蠕變性能、比較好的室溫斷裂韌性等優(yōu)點而成為非常具有吸引力的高溫結構材料,其中比較好的斷裂韌性就是因為材料中存在韌性良好的Mo基固溶體相。Schneibel等研究了分別用電弧熔煉和粉末冶金兩種工藝方法制備的Mo―12Si―8.5B(at.% )原位復合材料。Choe等對利用電弧熔煉工藝制備的Mo―12Si―8.5B原位復合材料的裂紋擴展行為進行了比較系統的研究,結果發(fā)現在800～1200℃范圍內,材料的主要韌化機制為本征韌化,即通過影響裂紋產生的韌化,在這一溫度范圍內,―Mo相的韌性相對有限,增韌的效果也相對較弱。而當溫度到達1300℃以后,材料的主要增韌機制為非本征韌化,即通過影響裂紋擴展產生的韌化,―Mo增韌相的塑性變形、裂紋橋聯、裂紋偏轉以及界面脫粘為主要的增韌機理。研究表明,該材料在1400℃以上表現出了非常好的拉伸延性,并且拉伸延性隨溫度的下降和應變速率的增加而迅速下降,在1400℃和10-4/s的應變速率下,拉伸延伸率為150%,在1350℃和10―4/s的應變速率下降為25%,而在1400℃和10―3/s的應變速率下僅為20%。該材料在1450℃和10-4/s的應變速率下的斷裂模式為沿晶斷裂,說明拉伸延性主要來自于晶界滑移,而不是晶粒變形。位錯運動主要發(fā)生在―Mo相中,少量發(fā)生在Mo3Si相中,而在Mo5SiB2相中幾乎沒有。該材料在1400℃時的高溫強度為500MPa,這主要是因為材料具有―Mo網狀結構,在晶界滑移過程中,延性的―Mo晶粒吸收了滑移應變,減少了在三角晶界形成空腔的趨勢,從而延遲了斷裂過程的發(fā)生。

2、難熔金屬Nb的特性及在金屬硅化物中的應用

難熔金屬Nb具有比較好的韌性,并且其熔點(2472℃)和熱膨脹系數(7.3×10-6K-1)都與Nb5Si3比較相近,因此近年來由Nb增韌Nb5Si3金屬硅化物雙相復合材料得到了廣泛的研究,文獻報道了由脆性Nb5Si3相和韌性Nb粒子組成的復合材料表現出了良好的力學性能平衡。單相Nb5Si3的斷裂韌性(

盡管Nb對金屬硅化物具有一定的增韌作用,但是具有不同組織形貌特征的Nb增韌相所能達到的增韌效果卻差別很大。Soboyejo等人以平均直徑為200 m的Nb粉末、人工擰結的直徑為250 m和750 m的Nb纖維、厚度為200 m的Nb箔片以及平均直徑約44 m的MoSi2粉末為原料,利用熱等靜壓(HIP)工藝制備出分別由Nb顆粒、不同直徑Nb纖維和片狀Nb增韌的MoSi2/Nb復合材料,這幾種材料中Nb增韌相的體積分數均為20%,系統研究了幾種材料的彎曲強度、斷裂韌性和裂紋生長速率。從彎曲強度結果來看,在1100℃以下時,纖維增強復合材料具有最高的高溫強度,并且隨溫度的升高而增加,當溫度超過1100℃以后,幾種材料的強度都隨溫度的升高而降低。從斷裂韌性數值及斷口形貌來看,片狀Nb增韌相具有最佳的增韌效果,其斷裂韌性數值高達16-20MPa.m1/2,Nb增韌相的斷裂模式也只有韌窩斷裂,而顆粒、細纖維和粗纖維增韌的MoSi2/Nb復合材料的斷裂韌性分別為5.7MPa.m1/2、9.1MPa.m1/2和14.1MPa.m1/2,并且斷口中Nb增韌相都發(fā)生了不同程度的解理斷裂。從增韌機理來看,幾種材料也不盡相同,顆粒增韌復合材料主要是連續(xù)的裂紋傾斜和纏結而發(fā)生的裂紋偏轉,而纖維和片狀Nb相增韌復合材料主要是裂紋尖端的鈍化和裂紋搭橋。從裂紋生長速率來看,在粗纖維增韌復合材料中最快,大約比在細纖維增韌復合材料中快一個數量級,比在片狀增韌和顆粒增韌復合材料中快2個數量級。

3、結束語

難熔金屬在金屬硅化物基復合材料中可以有效地減少裂紋產生、抑制裂紋擴展和防止顯微剝落,從而對金屬硅化物起到強有力的支撐作用,大大改善材料的韌性。此外,難熔金屬具有很高的熔點,保證了金屬硅化物基復合材料在高溫下使用時能夠具有較高的強度。因此,難熔金屬增韌金屬硅化物是一種制備具有良好強韌性配合的新型室溫及高溫結構材料的研究方向和熱點。

參考文獻: