金属粉末研究(6篇)

时间：2024-09-22 来源：

金属粉末研究篇1

关键词：高强高导；TiB2Cu基复合材料；研究现状；展望

中图分类号：TB331文献标识码：A

ResearchSituationandProspectsforHighStrengthandHigh

ElectricalConductivityTiB2CuMatrixComposites

HEDaihua，LIUPing，LIUXinkuan，MAFengcang，LIWei，

CHENXiaohong，GUOKuixuan，LIUTing

（SchoolofMaterialsScienceandEngineering，UniversityofShanghaifor

ScienceandTechnology，Shanghai200093，China）

Abstract：TheTiB2Cumatrixcompositeswithexcellentperformancesofhighstrengthandhighelectricconductivityhaveextensiveapplicationprospects.Inthepaper，wefocusonthefabricationtechniquesofTiB2Cumatrixcomposites.Theprospectsforthecompositesarealsopresented.

Keywords：highstrengthandhighelectricconductivity；TiB2Cumatrixcomposites；researchsituation；prospect

0前言

高强度导电材料在航空、航天、电工及电子等行业有着极为广泛的用途，如电车及电力火车架空导线、大容量触头开关、电阻焊电极、电触头、集成电路引线框架等，都需要既具有高导电导热性又具有高强度的耐热稳定性材料[1].铜基复合材料具有高耐热稳定性和高强高导的特点，克服了传统铜合金的某些不足，大大提高了使用温度范围，能较好地满足以上需求，因此，铜基复合材料近年来得到了较大的发展.

利用弥散耐热稳定性好的陶瓷粒子强化铜基体是一种很好的方法.其中TiB2陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、高弹性模量，耐磨性好，热膨胀系数较低和高导电导热等特性，同其他陶瓷增强材料相比，它使金属的导电率、热导率下降量较小，使得TiB2Cu基复合材料具有较高的导电率和高的软化温度，因而TiB2作为铜基增强相的研究，已成为复合材料研究领域的一大热点[23].TiB2Cu基复合材料既具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的高温性能，被认为是极有发展潜力和应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国的高度重视[45].

TiB2增强铜基复合材料的力学性能，主要取决于铜基体、增强体的性能以及增强体与铜基体之间界面的特性.用于制备TiB2Cu基复合材料的传统方法，主要是非原位复合方式，即直接添加陶瓷强化粒子到熔融或粉末基体中，强化相与陶瓷金属基复合材料的合成不是同步完成.但外加的增强颗粒往往比较粗大，增强体与基体润湿性差，颗粒/基体界面反应始终是影响传统搅拌铸造和粉末冶金的技术难题[6].本文主要介绍了目前较有发展前途的、能使第二相弥散分布于基体中、甚至具有纳米级颗粒增强铜基复合材料的原位复合制备方法.

上海有色金属第34卷

第1期何代华，等：高强高导TiB2Cu基复合材料的研究现状及展望

1纳米级颗粒增强铜基复合材料的制备方法1.1机械合金化法

机械合金化法（MA）是Benjamin[7]等于20世纪60年代为解决TiB2Cu基复合材料中的浸润性问题而最先提出的，其原理是利用固态粉末直接形成合金的一种方法，后来为广大学者接受并广泛使用.

Biselli[7]等在1994年利用机械合金化法球磨Cu、Ti和B粉，经适当的热处理制取出TiB2Cu复合材料.X射线衍射和EDS分析表明，球磨粉只有加热到600℃附近才反应生成TiB2，到800℃附近反应完成.TEM观察发现，Cu5%（体积百分比）TiB2合金700℃挤压后在晶粒内部和晶界上分布有5～15nm的TiB2粒子.球磨粉在退火初期，硬度不断增加，到600℃附近达峰值，这是由于Ti和B粉发生反应生成稳定的硼化物所致，更高温度时硬度稍有降低，但降幅很小.西安交通大学董仕节[89]等研究了烧结工艺和TiB2含量对TiB2增强铜基复合材料性能的影响.提出TiB2/Cu复合材料导电率定量计算公式如下[10]：σ=σ01-11+0.87/c（1）σ为铜基复合材料导电率，σ0为基体铜的导电率，c为TiB2体积含量.

李京徽[11]采用机械合金化方法，先球磨制备CuTiB2复合粉末，然后通过压制烧结方法制备CuTiB2复合材料.提出了机械合金化法制备CuTiB2复合材料的合理工艺是：球磨时间60h，压制压力400MPa，烧结温度900℃，保温时间2.5h.

机械合金化法是在固态下实现合金化，不经过气相、液相，不受物质的蒸汽压、熔点等物理特性因素的制约，使过去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化、远离热力学平衡的准稳态、非平衡态及新物质合成等成为可能；增强相与基体具有很好的结合性；增强相颗粒分布均匀，尺寸细小.唯一的缺点是制备过程中可能带入杂质，纯度不够高.

1.2自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成法（SHS）是1967年由前苏联学者Merzhannov等发明的，是利用放热反应使混合体系的反应自发地持续进行，生成金属陶瓷或金属间化合物的一种方法.刘利[12]等采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物特性（温度、燃烧速度及产物等）的影响.研究结果表明，在体系中添加一定的金属钼或铁，明显改善了体系的润湿性；钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀，大大降低了产物孔隙率.同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸.

SHS法制备金属基复合材料有生产过程简单、反应迅速、反应温度高以及易获得复杂相或亚稳定相和应用范围广等特点.但缺点是反应难以控制，产品空隙率高，难以获得高密度的产品，不能严格控制反应过程和产品的性能，所用原料往往可燃、易爆或有毒，需要采取特殊的安全措施.

1.3粉末冶金法

粉末冶金法是生产铜及铜基复合材料结构件、摩擦材料和高导电材料的重要方法[13].制备TiB2Cu一般采用直接混合法和包覆混合法制取[14].主要工艺过程包括：（1）制取复合粉末；（2）复合粉末成型；（3）复合粉末烧结.吴波[1516]等以Cu、Ti、B4C合金粉末为原料，制备了TiB2Cu复合材料，得出最佳工艺参数为：以TiB2理论生成量为5%（质量分数）配料，在800MPa压力下对球磨后的合金粉末进行模压，在1273℃经4.5h保温烧结，经原位反应可获得TiB100弥散增强的铜基复合材料.试样的导电率为：20.2%IACS，硬度（HV）为161.张剑平[6]等采用粉末冶金法制备了TiB2Cu复合材料，研究了真空加热烧结和微波烧结两种不同烧结方式对该复合材料组织和性能的影响.

粉末冶金法是最早用来制造金属基复合材料的方法，虽然有很多优点，如可实现多种类型的复合，充分发挥各组分材料的特性，是一种低成本生产高性能复合材料的工艺技术.但由于基体和增强相在尺寸、形状和物理化学性能上有很多差别，提高TiB2增强相与铜基体的润湿性，提高基体与增强相之间的界面结合强度，从而提高复合材料的综合性能，将依然是TiB2Cu基复合材料的研究方向.

1.4喷射沉积法

喷射沉积法制备TiB2Cu基复合材料，主要包括传统喷射沉积法和反应喷射沉积法.传统喷射沉积法是熔炼好含反应元素的合金后再进行喷射沉积[17].此方法是在铜合金熔体内反应元素间发生化学反应生成弥散粒子，然后利用喷射沉积法使强化粒子均匀分布在铜基体内.反应喷射沉积法是利用液滴与反应气体、注入的粒子或不同合金的液滴间发生原位化学反应合成弥散强化铜合金[1819].在反应喷射沉积过程中，由于液滴的比表面积大和处在高温状态，能使反应元素间在液滴飞行过程中或在沉积后，能在铜基体内部原位合成细小的弥散强化相.喷射沉积法的优点主要是：晶粒细小，无宏观偏析、颗粒均匀分布于基体中；一次性快速复合成坯料，生产工艺简单，效率高.

2高强高导TiB2Cu基复合材料的研究展望随着复合材料技术的发展，原位复合法得到了迅速发展，该材料以其独特的优点，在高强高导电性TiB2Cu基复合材料的制备方面显示出巨大的应用潜力和良好的发展前景.高强度导电TiB2Cu基复合材料是综合性能优良的新兴材料，这类材料在现代国防和民用工业领域有着很大的应用潜力.自20世纪70年代以来，高强度导电铜基材料的开发研究一直非常活跃，除了开发出多种高强度导电铜基复合材料外，还派生和创造出许多新的制备技术，对此类材料的基础理论也开展了广泛的研究.现有的高强度导电TiB2Cu基材料的开发及制备技术还存在诸多难题，我国在这方面的研制与发达国家相比还存在较大差距.因此，借鉴国外经验，今后的研发工作主要着眼于以下几个方面：

（1）对现有制备工艺的研究和改进.如在传统的粉末冶金法中引入由微波加热与基座辐射加热相结合的新型工艺；原位合成技术与粉末冶金技术的综合运用等，由单一的制备方法向几种工艺相复合的方向发展.

（2）TiB2增强相向超细化、纳米化方向发展.纳米增强相尺寸较小，容易聚集，所以可使纳米增强相的表面改性；TiB2纳米粒子与基体的界面相互作用机制，可优化界面结构，充分发挥界面的增强效应；纳米TiB2增强相在铜基体中更加均匀弥散地分布等是研究的热点.

（3）增强相也由单一的TiB2颗粒向复合陶瓷颗粒方面发展.如增加TiB2和Al2O3两相颗粒进行复合增强.

（4）充分发挥材料的设计自由性，探索高性能、低成本和容易大规模生产的TiB2Cu铜基复合材料的制备工艺，推进高强度导电材料的产业化应用，将成为今后研究的重要课题.

3结束语

基于TiB2Cu基复合材料优良的导电性、高强度和耐高温等一系列优异性能，今后围绕其导电性和强度展开研究仍是一个热点，进而简化工艺流程、降低生产成本，逐渐工业化也是今后的研究方向.特别是随着我国高铁系统的发展，TiB2Cu基复合材料的需求缺口很大，所带来的市场经济效益相当可观.

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金属粉末研究篇2

关键词:JH-4整形油;精制矿物油;添加剂;研制;成品油

中图分类号:R622

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)18-0026-02

整形油是粉末冶金行业在整形过程中所使用的一种油。在粉末冶金零件的整形过程中,整形模具受到强大的挤压和摩擦,尤其是现代大型成套设备,自动化程度高,需要承受带冲击性的重负荷,工作温度高、运动速度快,有些设备在露天环境下作业,具有多粉尘、潮湿的环境,易于腐蚀和磨损,在这样恶劣的工作条件下,很容易引起设备尺寸超差而报废。这就对设备的提出了较高的要求,它要求整形油具有适宜的粘度、良好的冷却性、抗磨性、防腐性以及抗烧结性等。

近年来,在我国,人们开始充分认识到整形油在整形过程中的重要作用,加大了对整形油的研究与开发力度。由于国外汽车工业比较发达,在市场上,有各种不同牌号的油供粉末冶金过程使用,国内市场上尽管有上海浦东金环等油厂生产的整形油,但还有相当比例的整形油要从日本进口。随着粉末冶金零件在汽车、摩托车、家电、农机、工程、纺织和办公机械中所占比重的逐年增大以及其应用领域的不断扩大,整形油将会在今后的油市场上占据一定的市场份额。为此,利用我厂所生产的粘度为28～35mm2/s的精制矿物油为基础油,通过加入适量的防锈、极压、抗氧等多种添加剂,调制出质量适合粉末冶金行业,压机压力为5～7t/cm2的整形油产品。

一、JH-4整形油的主要性能

(一)性

性是整形油的一个重要指标。在粉末冶金行业的整形过程中,整形件与模具之间的压力大、速度快、温度高、而且多粉尘。在这样的条件下,要保证粉末冶金整形件的质量、降低生产成本,同时保证整形模具的使用寿命,就要求整形油必须具备优良的性和极压抗磨性能,而粘度和PB值是油品性能和极压抗磨性能的直接体现。

(二)腐蚀性

腐蚀性主要是体现油品对金属是否有腐蚀作用的一种方法。对金属有无腐蚀是JH-4整形油的重要质量指标之一。腐蚀是在氧(或其它腐蚀性物质)和水分同时与金属表面作用时发生的,所以,防止腐蚀的目的在于防止这些物质侵蚀金属表面。

二、调合组分和基础油的性质

选用我厂生产的减三线基础油和减二线基础油或特油装置所副产的抽余油作为调合组分,调合出粘度在28～35mm2/s范围之内的基础油作为所研制整形油的基础油,三种原料油的主要理化性质见表1:

三、添加剂配方

为了满足JH-4整形油对各项理化指标的要求,需要在所选基础油中加入极压抗磨剂、抗氧抗腐剂、防锈添加剂以及清净分散剂。为此,分别对不同种类的添加剂进行了筛选,并进行了复合配方的评选,结果见表2:

从表2评定结果可以看出,16#样品符合标准要求,且加剂量小,添加剂来源可靠、价格低,油品的综合性能好。

四、成品油性质

按照16#样品的配方,在实验室中调制了整形油放大样,并对其进行了理化性能分析,实验结果见表3:

由表3可见,所研制的JH-4整形油的各项理化性能都达到了质量要求。

五、工业放大试验

2007年9月12日,以实验室所提供的配方为基准,在特油调合装置上进行了工业化放大试验,工业化成品的化验分析结果见表4:

六、结论

1.利用我厂生产的粘度为28～35mm2/s的基础油,通过加入适宜、适量的添加剂,可研制并生产出各项理化性能符合暂定指标要求的JH-4整形油产品。

2.所研制的整形油具有良好的性、极压抗磨性以及抗腐蚀性,能够满足粉末冶金行业整形过程的要求。

参考文献

[1]日本出光兴产株式会社,六启昭弘.粉未冶金专用整形油的使用性能[J].高级工程师.

金属粉末研究篇3

关键词：机械合金化；铝基复合材料；纳米尺度

中图分类号：TB383.1文献标识码：A文章编号：1006-8937（2015）26-0072-02

1概述

铝基复合材料具有高比强度和比模量、低热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、较高的高温机械性能以及抗疲劳、耐磨损等优良性能。与钢相比，铝基复合材料的密度仅为钢的三分之一，耐磨性则与铸铁相当；与铝合金相比，导热率与其基本相当，抗拉和抗压强度及弹性模量大幅提高，热膨胀系数有较大幅度的降低。

因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一，在航空航天、汽车、电子和光学仪器、体育用品等领域得到了广泛了应用。

基于进一步提高铝基复合材料机械性能的需求，研究发现，减小增强体颗粒尺寸会增加铝基复合材料的塑性、韧性和强度，因而越来越多小尺寸（约1μm或更小）的增强体被用来制备铝基复合材料。纳米复合材料被定义为在多相固体材料中，其中一个相（一般为增强体）至少有一个方向其尺寸小于100nm。在纳米铝基复合材料的制备中，纳米颗粒的特性给使用液相法的制备工艺带了困难，因而固相法更多的被采用，其中最常见的为机械合金化法。

机械合金化（MA）是一种固态粉加工技术，涉及了粉末在高能球磨机中的冷焊、破碎和再冷焊的过程。

在此过程中，一定量的混合粉末装入容器中并放入研磨介质，然后在预定的时间长度内进行高速搅拌。当粉末中含有塑韧性良好的金属材料时，在球磨过程中需要加工过程控制剂（PCA）来避免其因过度冷焊而结块。在球磨结束后，可得到合金化且混合均匀的粉末。

本文以Al2O3、Al3Ti和CNTs为代表增强体，概述了机械合金化制备相应纳米铝基复合材料的研究进展。

2AlCAl2O3纳米复合材料

纳米复合材料具有两种不同的制备方法。在第一种方法中，氧化铝增强体通过原位化学反应生成，被称为原位复合材料。在第二种方法中，Al2O3颗粒直接加入铝中，再将混合物一起球磨，以产生纳米复合材料。

一般情况下，原位生成复合材料的界面结合更强，机械性能比非原位生成复合材料要好，但在纳米尺度下性能差异几乎不存在。

2.1原位法

在原位制备Al-Al2O3纳米复合材料过程中，最常用的原位反应方程式有：

2Al+3CuO3Cu+Al2O3

2Al+3ZnO3Zn+Al2O3

Xi等人研究了Al含量从20%～85%（wt.）范围内，Al和氧化铜的反应球磨。研究表明，当Al含量仅为20%（wt.），发生完全还原反应，反应产物为铜和均匀分散的氧化铝颗粒分散。但是，随着Al含量的增加，会形成铝-铜金属间化合物，如Cu9Al4，CuAl2和Al（铜）固溶体。

同时，细小而分散的氧化铝颗粒进入到了Al基体内。Wu等人研究结果表明球磨铝和10Wt.%的氧化铜17h后，Al4Cu9相衍射峰开始出现在X射线衍射图上，并且此析出物经过退火后转化为CuAl2相。

增强相的体积分数过大会造成混合粉末的压制困难。当氧化铜含量降低至5Wt.%，增强体包括析出的大小为100～500nmCuAl2和10～50nm的氧化物和碳化物颗粒，Al基体的尺寸大约74nm。依照晶粒尺寸（Hall-Petch）和Orowan强化机制分析了复合材料的强度，表明Hall-Petch强化来源于细晶铝、Orowan强化源于纳米尺度的氧化物和碳化物颗粒。

Durai等人通过球磨铝，氧化铜和ZnO的混合物，球磨后的粉末经过冷压以及高温烧结，制备了Al-Al2O3纳米复合材料。

研究表明，该复合材料中细小的氧化铝颗粒弥散分布在Al（Zn）或Al（Zn）-4Cu的基体中。该材料在经过测试后发现耐磨损性得到改良，相比于未经过球磨直接进行冷压和烧结的复合材料具有更高的硬度和耐磨性。

2.2非原位法

Prabhu等人球磨了铝-氧化铝混合粉末，选用不同尺寸（50nm、150nm和5μm）和体积分数（5、10、20、30和50）的Al2O3。混合粉末在行星式球磨机中经过不同时间的球磨，结果表明，当球磨时间超过20h以后氧化铝增强体能均匀分散到铝基体中。Al-20Vol.%50Al2O3在不同球磨时间后的SEM照片，如图1（a）（b）（c）（d）所示。

不同体积分数的Al-50Al2O3在球磨20h后的X射线能谱元素分布图，如图2所示。通过照片可观察到球磨20h后，氧化铝增强体实现了均匀分布。

3AlCAl3Ti纳米复合材料

相比于其他大多数富铝金属间化合物，Al3Ti因为它具有熔点高（约1623K）、相对低的密度（3.4g/cm3）和较高弹性模量（216GPA）。另外，由于Ti在铝中的低扩散性和溶解度，Al3Ti在高温下会展现出低的粗化速率。因此，Al3Ti存在于Al基体中下可以非常有效地提高铝基复合材料的刚度，室温机械性能和改善的铝基复合材料热稳定性。

Lerf和莫里斯用机械合金化法以铝粉和钛粉为原材料合成了Al-Al3Ti复合材料。球磨后能观察到两金属元素均匀分布，再对混合粉末在873K进行退火后，有Al3Ti金属间化合物产生。0.1～0.5μmAl3Ti颗粒分布于Al基体上，同时因为在球磨过程中加入PCA，纳米尺度（50nm）Al4C3和γ-Al2O3的球状颗粒也存在于铝基体中。Wang和Kao用机械合金化法和高温烧结合成了Al-Al3Ti复合材料，复合材料微观结构表现为平均尺寸约100nm的等轴颗粒状Al3Ti弥散分布在铝基体中，同时在晶粒内和晶界上还存在着纳米尺度的Al2O3和Al4C3颗粒。而且还对Al3Ti含量不同的Al-Al3Ti复合材料的高温变形行为进行了研究。

4AlCCNTs纳米复合材料

碳纳米管因其优异的机械性能使其成为理想的复合材料增强体，在增强材料的刚度和强度同时并实现轻量化。然而碳纳米管固有的物理性质，使其有强烈的团聚倾向，最终造成材料性能不升反降的现象。机械合金化法能较好地解决碳纳米管团聚现象，从而最大程度的发挥其作用。

Morsi和Esawi通过机械合金化法制备了Al-MWCNTs（2～5wt.%）纳米复合材料，并对碳纳米管的分布和铝晶粒尺寸进行了研究，结果表明，球磨能够避免碳纳米管在复合材料中的团聚；在球磨48h的样品中能观察单个的碳纳米管到嵌入在铝基体中；球磨过程中冷焊和破碎的共同作用，细化了铝基体的晶粒。

George等人用球磨合成的Al-CNT（单壁和多壁）复合材料，为了保持CNT的完整性，球磨时间较短，复合粉末再经过冷压、烧结和热挤压。通过测试材料的屈服强度、拉伸强度和弹性模量，结果表明，复合材料具有比基体合金更好的机械性能。性能的提升归结于热失配、剪滞和Orawan机制共同作用的结果。

5展望

纳米相增强铝基复合材料是近年迅速发展起来的一种新型材料，表现出优异的理化和力学性能，机械合金化法在制备纳米铝基复合材料过程中表现出独特的优势，但距离工程化应用仍然存在成本高、制造效率低、可靠性与稳定性有待提高等新材料实用化过程中面临的共性问题，需要进一步攻关并逐一克服。

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金属粉末研究篇4

关键词：漆壁画现代漆材料影响

现代漆材料，在这里是指区别于传统生漆及其漆艺制作用料，近年来出现的用于涂髹功能的各类材料，它包括漆料及髹饰用的配料、填料、嵌料，如各类合成油性漆、水性漆、浮雕漆、色浆、金属粉末材料等。漆壁画，是大型的漆画，它是使漆艺走出瓶盘碗盒等器型传统产业的品种模式，且又发扬近年来漆画的研究成果，成为立足于人民生活、为人民服务的漆艺新产业模式的代表。

艺术的生命力在于大众性，走产业化发展的道路是弘扬漆艺文化的必然选择，也是一个漆画工作者责无旁贷的历史使命。环境艺术的需求为漆壁画等漆艺品种走向人们的生活开拓了一方天地，同时也对相应的制作材料提出了新的要求。

漆艺与人民生活和时代文化息息相关

漆壁画，是漆艺的一种。纵观历史，漆艺的发展经历了起伏坎坷的历程。三皇五帝时代“舜漆食器，衅者十国者。禹作为祭器，国之不服者三十有二”，“墨染其外，朱画其内”的漆器为少数贵人所用，引起众怨。战国及西汉时期有“今富者银口黄耳，中者野王苎器，金错蜀杯”之说，这说明物质文明的进步，使漆器以轻巧、结实、光洁和文采胜于陶器和青铜器，作为日用品在老百姓中普及开来，并达到古代漆器的繁荣鼎盛期。魏晋南北朝后，随着瓷器的成熟和渐臻完美，漆器渐渐收拢在日用品中的地位，向艺术品、装饰品发展。到明清时期，百宝嵌漆艺的出现，使漆器艺术增强了许多装饰匠意。其中虽不乏精品，但总体格调不如从前了。进入21世纪，陶瓷、玻璃、塑料、不锈钢等材料经高科技工艺加工形成各类器具，或华美或价廉，早已替代当年的漆器成为时代性的器皿，生漆的风韵更是鲜为人知了。受越南磨漆画的影响，上世纪80年代独幅漆画作为一种绘画品种在我国得以确认，从此漆画肩负着继承和弘扬传统的重任。20余年过去了，漆画经历着传统与现代两个对立矛盾体的洗礼，艺术家们在实践中将它们不断地相互融合、相互渗透。

现代漆材料的革新为漆壁画制作带来广阔的选择余地

漆壁画是“壁”与漆画相结合的漆艺术，兼工艺和绘画于一体，与我们熟知的丙烯壁画、铜木石材浮雕壁画、沥粉贴金壁画、重彩壁画等壁画艺术品种一样，作为一项大型环境艺术创作活动，正越来越多地出现在人们的生活中，具有了为人民生活服务的大众实用艺术性质。

如今，人们生活中“满壁修漆”的“漆”已不再是传统的生漆，精细化工合成漆因其良好的性能、丰富的表现效果和方便的施工工艺等优势，早已于上世纪50年代后进入了千家万户。漆壁画这种气势磅礴的大型艺术在制作过程中，不同于纯艺术创作，种种非艺术因素的影响和限制是非常明显的，它们影响着漆壁画创作对材料的选择及艺术的表现效果。现代人的审美情趣影响着漆壁画的形式美感和对制作材料的选择。如漆壁画采用怎样的色调和色彩，表现形式是平面还是浮雕，造型是写实还是抽象等。大面积的工程制作影响对材料的选择。现代合成漆自然干燥的特性可避免荫房的使用，另外，巧妙地将堆漆工艺和涂绘相结合可减少大面积磨显工作等。快节奏的生活方式及商业利益也影响着漆壁画的材料运用。如不断变更的环境髹饰装修、不断攀高的国际金价等。

时代的进步牵引着当代艺术创作呈多元化发展。新材料、新工艺的应运而生，使人们可以不必依赖于大自然的造化，这不可避免地吸引着漆壁画工作者们的眼球，活跃和拓展了他们的创作思维空间。现代漆艺制作已是一项各专业交杂渗透，横跨百工的功夫。漆料的变革及新装饰材料的出现正是时代带给漆壁画工作者们的礼物和课题。

1.金属粉末材料在金银地制作中的运用

新型金属粉末材料的出现，为漆壁画大面积金银地髹饰增添了别样的效果。它使金属色彩表现更加丰富，色泽富有变化，细腻亮丽。这些金属粉末材料包括铜金粉、铝银粉及各类云母钛型珠光粉等，又可分为浮型、非浮型、闪光型等。非浮型金属粉末经有机硅等材料包膜处理，以它特有的“闪光效应”得到市场的青睐，它们色泽丰富，价廉，抗氧化性能好。其中数金银色实用性最强，金色系列产品色彩最多，品种有黄铜、红铜、紫铜、亮闪金、亮金黄、黄棕、红棕等等。

（1）合成金属粉末材料的优势

古代，金银作为髹饰材料在漆艺中运用就相当普及，所谓漆艺三色，即指传统漆艺中常见的金、黑、红。早在西周彩绘贴金嵌绿松石的漆觚上，就见金的使用。金即黄金，有金箔、金箔粉、金泥、金片、金丸粉等，表现方法有：描金、晕金、贴金、戗金、嵌金等。真金白银价格昂贵，也有人用铜和铝金属替代金和银的使用。以铜金属制成的铜箔、红铜金粉、黄铜金粉等。但与银一样，铜元素也很不稳定，在一定的光照、湿度或空气中也易氧化发黑，难以长期存放。以铝制成铝箔，铝粉等代替银的使用倒是便宜实惠，但其抗氧化性还是不够。

新型粉末材料用高分子工艺制成，有着不同数目的颗粒，粗细任意挑选，光泽丰富，耐变色性强。现代漆画中不少人开始使用这类材料作金银髹饰。新材料的出现使金银箔满地铺贴为金银地的惯用手法得以改变，用新型粉末材料髹饰为金银地，成为一个可供选择的制作方案。

（2）新材料装饰技巧试验

如果金银粉末材料使用不当，效果灰暗无光泽，或产生花斑及异向光泽，也会令人失望的。我们以亮金黄粉末作试验，采用多种不同的涂饰方法，以观察最理想的平面金属光泽效果。

将亮金黄融于清漆中喷涂，色呈土黄色，平面毫无光泽如同粉浆；将亮金黄融于清漆中刷涂，色金黄，但平面只有对光照射时才发亮，多数角度无光泽；将清漆先刷于底板，用亮金黄粉末浮扫而过，黏附于表面。色金黄，光线下板中粉末粒粒发光，金属闪光效应最好。第三种涂刷方法有时会出现光泽深浅不一，或暗暗的笔刷痕迹。经过反复试验，我们终于摸索出一套避免出现这些问题的涂刷方法。原来这种现象称之为“Flop”，即随角导色效应。这些金属粉末就像一个个小镜子，涂刷过程要使其有序平行排列，才能获得均匀亮丽的反射效果。

金属粉末研究篇5

【关键词】热等静压粉末冶金扩散连接

热等静压（hotisostaticpressing，简称HIP）是粉末冶金领域等静压技术的一个分支，现已成为一种重要的现代材料成型技术。该技术将制品放置到密闭的容器中，以密闭容器中的惰性气体或氮气为传压介质，向制品施加各向同等压力的同时施以高温（加热温度通常为1000～2000℃，工作压力可达200MPa。），使得制品在高温、高压的作用下得以烧结和致密化。

随着热等静压设备性能的不断改进完善，HIP技术现已在硬质合金烧结、钨铝钛等难熔金属及合金的致密化、产品的缺陷修复，大型及异形构件的近净成形，复合材料及异种材料扩散连接等方面得到了广泛应用，已经发展成为一种极其重要的材料现代成型技术。

1热等静压设备的结构

热等静压设备主要由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机控制系统组成。图1为典型热等静压系统的示意图。

高压容器是由无螺纹、底部封闭钢丝缠绕的预应力筒体和钢丝缠绕及预应力框架组成。加热炉提供热等静压所必需的热量，通常为电阻式加热炉，可视不同温度档的要求，采用不同的电阻材料，如最高工作温度为1450℃条件时可用钼丝加热炉，为2000℃条件时可用石墨加热炉。HIP设备通常采用非注入式电动液压压缩机可给热等静压提供高达200MPa的高压气体。真空泵采用旋转叶轮，在产品烧结中用于真空抽吸，同时抽除容器内的氧、水汽和其它杂质。冷却系统采用内外循环回路设计；内循环通过管道内冷却水的流动与压力容器外壳间进行热交换，为了保护冷却系统，冷却水的质量很重要，需采用去离子水，管路也需进行防锈处理；外循环则通过换热器将内循环的热量带出。计算机控制系统实现温度、压力、真空的程序控制，并显示所有工作状态，可编制控制器提供安全可靠的联锁。

2热等静压技术的应用领域

2.1粉末冶金领域

粉末冶金是用粉末作为原材料，经过成形、烧结和后处理将粉末固结成产品的工艺，能生产特殊性能的多孔制件、复合材料、复杂结构件，其产品具有组织成分均匀、力学性能优越的特点。采用热等静压（HIP）进行粉末固结是将粉末采用金属、陶瓷包套（低碳钢、Ni、Mo、玻璃等）或不采用包套置于热等静压设备中，以高压氮气、氩气作传压介质对粉末施加各向均等静压力，在高温高压作用下热等静压炉内的包套软化并收缩，挤压内部粉末使其经历粒子靠近及重排阶段、塑性变形阶段扩散蠕变阶段三个阶段实现制品的致密化。

图2为粉末热等静压固结工艺。粉末填充一般在真空或惰性气体氛围中进行。为了提高填充粉末的密度，包套要不停的振动。为了得到统一的收缩，则需要填充粉末的密度应不低于理论密度的68%，填充后包套要抽真空并密封，这是因为热等静压过程是通过压差来固结被成型粉末和材料的，一旦包套密封不严，气体介质进入包套，将影响粉末的烧结成型。另外，真空密封可以去除空气和水，防止氧化反应和阻碍烧结过程。

热等静压是在高温下对工件施加各向均等静压力，与传统粉末冶金工艺相比有如下优点；

（1）制件密度高。通过金属粉末HIP致密化成形的制件密度分布均匀，可以消除材料内部的孔隙，制造出理论密度的致密体零件。

（2）晶粒细小。包套受到等静压力的作用，可抑制粉末的晶粒快速增长，得到良好晶粒尺寸的制件。

（3）力学性能好。由于通过金属粉末HIP致密化成形的制件晶粒各向同性且均匀细小，能闭合材料内部孔隙和疏松等缺陷，提高材料的性能可提高制件宏观力学性能的均匀性，有助于提高制件的疲劳寿命，增强延展性、抗冲击强度及蠕变性能。

（4）实用范围广。可以对难加工材料（如钛合金、高温合金、钨合金、金属陶瓷等材料）以粉末HIP的方式成形和致密化。

（5）材料利用率高。包套与粉末在HIP过程中均匀变性，可以实现复杂零部件的近净成形，减少昂贵材料的浪费，达到节约成本的目的。

HIP成形能得到全致密的粉末冶金制品，其抗拉强度、延伸率、疲劳强度等力学性能优于烧结制品，因而HIP成形工艺在粉末冶金成形工艺中占有十分重要的地位，在现代工业生产中得到广泛的应用。

高速钢是一种化学成分复杂的高合金钢。在采用传统的熔炼-锻造法生产高速钢时，由于铸锭尺寸大，冷却缓慢、不可避免的产生碳化物偏析。这种偏析组织不仅给锻、轧等热加工造成困难，损害了产品的各种性能，而且限制了合金含量的进一步增加，阻碍了高速钢的发展。HIP技术的问世，使许多高速钢可以采取粉末冶金工艺来制造，从而克服了熔铸钢中碳化物偏析这类缺陷，把粉末冶金技术成功引入了致密钢材和合金钢的生产领域。

硬质合金是粉末冶金产品的代表作，通常采用氢气烧结或者真空烧结进行合金化；相比之下引入HIP技术制备硬质合金具备以下优点；1）残余孔隙几乎完全消除，相对密度达到99.999%；2）制造大型或长径比大的制品时，废品率低，表面缺陷大幅降低，抛光后可得到光洁度极高的表面；3）制品性能大幅度提高。

钛合金因具有高强度、高韧性、抗氧化及耐腐蚀的特性，广泛应用于航天、航空、航母和化工等领域。钛制品的传统制造工艺复杂，二次加工材料损失大。用HIP技术制备的粉末钛合金，不仅简化了熔炼工艺和切削工序，而且合金组织更趋均匀，性能明显改善。

陶瓷材料的特点是熔点高、弹性模量大、硬度高、密度低、热膨胀小及耐磨、耐腐蚀等。通常采用粉末压制成型和烧结或热压，通常制品孔隙度较大，性能较差。HIP工艺提供了生产高性能、高均匀程度、高致密度陶瓷或陶瓷金属复合材料的手段。在加工过程中，由于原料粉末直接进入包套，不再添加传统工艺所需的有机成型剂，所以原材料在整个工艺过程中不受污染，这样生产的材料是一种纯洁的匀质材料，具有均匀的细晶粒和接近100%的密度。而且，等静压技术将高压惰性气体和高温同时作用于产品，能够有效地去除内部空隙，并在整个材料中形成强的冶金结合，极大地解决了陶瓷或陶瓷金属复合材料制备的困难，特别在制备大尺寸、复杂形状的陶瓷材料方面有较大的优势。

另外，HIP工艺能生产基本不需要机加工的近终形部件。一个热等静压的近终形部件，由于可做成最终尺寸或接近最终的制品尺寸，因此用料少。据统计，采用HIP近终成形工艺制得的产品，其材料的利用率一般可达到80%～90%，其价格比常规工艺制得的产品低20%以上，同时显著减少了机加工的时间和成本。HIP近终成形技术中使用的模具已经可以用钢板焊接而成，其形状可以任意变化，部件的设计自由度较大。由于可制作各种异型体及整体部件，减少了焊接的数目，也提高了制品整体的可靠性。HIP近终成形技术可提高原材料的使用率和机加工效率，常用于整体成形许多常规方法难以成形的零件，特别适合于航空航天、船舶、武器设备、核设施、发电设备等关系国计民生的重大应用领域。

CFM国际公司生产的CFM56发动机中有2个挡板通过粉末HIP近净成形，截止2007年12月31日，有17532台CFM56发动机在役，已装备7150架飞机。俄罗斯使用EI1698P镍基高温合金粉末HIP近净成形，为地面涡轮装置生产大尺寸盘型零件，其强度和塑形比铸、锻件提高了10%～15%，近净成形的盘类零件直径可达1100mm（图3）。Bjurstrom等利用HIP近净成形方法成功制造了高压泵体，并将泵的支撑、关口、凸缘等部位与泵体一起整体成形，不仅显著缩短了部件的制造周期，且明显提高了制件的力学性能。瑞典Stephen等将板材焊接拼合成复杂包套的外壳与内部模芯，对APM2218粉末HIP近净成形，成功制造了复杂的蒸汽管路系统。他们还以超级双相不锈钢粉末为原料，采用HIP近净成形技术制备出深海下使用的高压阀体，完全克服了传统铸、锻件的缺陷，综合性能明显提高。法国Baccino等采用HIP近净成形技术制备出镍基高温合金、钛合金、不锈钢类非常复杂的零件，如直升飞机发动机的涡轮轴、叶轮等制件，还制造出尺寸达1m的大型不锈钢件。

我国在粉末HIP近净成形领域的研究工作开展较少，目前主要由北京航空材料研究院、航天材料及工艺研究所、中南大学、北京科技大学、西北有色金属研究院等单位开展了相关研究工作，尚处于研究初期，与国外先进水平相比，还有很大差距。

2.2扩散连接

扩散连接是一种新型的焊接工艺，对于难于焊接的金属以及异种材料之间进行固态连接具有很大的应用价值。热等静压扩散连接是将两种材料表面磨平和抛光后，用某种液体或气体介质在各个方向加力将两种材料紧密地压在一起，然后加热到熔点以下的某个温度，并保温保压一段时间，使材料通过原子间相互扩散实现连接。热等静压扩散连接涉及到的材料可以是金属-金属、金属-非金属、非金属-非金属，在核工业、航天等多个领域方面值得应用推广的一项较好技术。

从上世纪70年代以来，国内外采用热等静压扩散连接的方法对铍/钢，铍/铜合金，铜合金/钢，铜合金/铜合金，铜合金/Al合金连接进行了大量的研究，实现了铍/HR-1不锈钢、Al-Si合金/HR-2不锈钢、Be/CuCrZr合金W/Cu、V-4Cr-4Ti/HR2钢的热等静压扩散连接。

王锡胜等采用热等静压（HIP）技术实现了进行扩散连接，研究表明中间过渡层及连接工艺参数对接头性能存在明显影响。在580℃，140MPa下Be与CuCrZr直接扩散连接以及采用Ti（Be上PVD镀层）/Cu（CuCrZr上PVD镀层）作过渡层的间接扩散连接均达到了较好的连接效果。表面采用Ti镀层的间接扩散连接，可有效阻止Be与Cu形成脆性相。另外，中间层或扩散阻碍层材料对连接成功与否或质量高低有着重要的影响，其选择原则是在设定的温度下，尽可能阻止Be的扩散，减少脆性金属间化合物的生成，同时又能缓和接头的内应力。国内外研究了多种材料作为Be/Cu连接的中间层或阻碍层，如Ag、Ti、Cu、Al、BeCu合金以及复合层Ti/Ni、Ti/Cu、Cr/Cu、Al/Ni/Cu等。

在核聚变反应装置中，偏滤器面对等离子一面的材料要求有很好的耐高温性能和良好的热传导性能。现有的单一材料不能同时满足两种需要，因而设计了W-Cu复合材料。钨具有很高的熔点，可作为面对等离子一侧的耐高温材料，铜具有很好的导热性能，作为基体材料能满足导热和冷却的要求。吴继红等采用热等静压实现了核聚变反应装置中偏滤器面对等离子一面的铜和钨进行连接，焊接性能满足了偏滤器工作需要。

钒合金作为聚变堆结构材料的候选材料，在作为结构材料应用时，须与不锈钢等金属进行连接。冷邦义等以AuNi合金作为过渡层材料，采用热等静压（HIP）方法进行V-4Cr-4Ti/HR2钢扩散连接。

3结语

热等静压设备和工艺日益改善，应用领域不断扩大，目前热等静压技术已广泛应用于航空、航天、能源、运输、电工、电子、化工和冶金等行业。热等静压技术能使粉末冶金件在高温高压的作用下实现全致密化，晶粒细小，大幅度提高制品的宏观力学性能的均匀性，有助于提高制件的疲劳寿命，增强延展性、抗冲击强度及蠕变性能，而且能够实现近净成型，是制备新型材料的重要手段。

对于难以焊接或材料性能相差较大的异种材料，热等静压方法能够通过异种材料间的原子扩散形成性能较为满意的连接接头。因此，热等静压扩散连接是一种可在多个领域推广的技术方法。

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金属粉末研究篇6

关键词：激光熔覆，工艺方法，熔覆材料

1.激光熔覆技术

激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代,美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。1981年英国Rolls.Royce公司成功在喷气发动机叶片上涂覆钴基合金面并显著提高了其耐磨性。由于这一新技术具有巨大的发展潜力，并能产生较大的经济效益，因此，在生产中获得了广泛推广及应用。

激光熔覆技术在目前材料表面改性技术中应用较广泛。激光熔覆是在基体上添加不同成分的材料，利用高能激光束辐照基体，熔覆粉末和基体形成一薄层，这一薄层快速熔化并凝固成形，且基体对熔覆层稀释度极低，因此熔覆层与基体冶金结合良好，可以制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面保护涂层。

2.激光熔覆工艺方法

按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。科技论文。

2.1合金预置法

合金预置法是在基体的表面上通过一些方法将预涂材料置于其上，然后采用高能激光束辐照，涂层表面吸收能量使熔覆部位迅速升温、气化和熔化，激光束离开后，熔覆层与基体呈现良好的冶金结合。

熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。预置法一般包括粘结法和热喷涂法。对于粉末类材料，预置的两种方法都可以。热喷涂主要优点是喷涂效率高、容易控制沉积厚度的均匀性，且与基材接合牢固，这种方法不足之处是粉末利用率低，受工件形状限制和成本相对较高。粘接法是利用粘结剂，在基底材料的表面上，将粉末调和成膏状涂上，这种方法的不足之处在于效率低，很难得到厚度均匀的涂层，可能会妨碍熔化或引起过渡稀释；同时由于沉积层的导热性不好，会消耗更多的能量；通常仅对熔覆面积较小的工件适用，这种方法在实验室里采用。对于丝类合金材料，既可利用预置粘结法，也可利用热喷涂法进行喷涂，但板类合金材料主要利用预置粘结法。科技论文。

2.2合金同步送粉法

合金同步送粉法是将材料直接送入激光工作区，使供料和熔覆同时完成。利用激光作用，把熔覆材料和基体一起熔化，然后冷凝成熔覆层。这种方法可以把激光能量充分利用，大大降低了熔覆层的不均匀性，同时还减少了激光对基体的热作用。合金同步送粉法过程比较简单，而且耗材少，同步送粉法可控性好，在实际应用中是很好的方法。与预置法相比，同步送粉法是激光熔覆技术的发展趋势。

3.激光熔覆材料体系现状

激光熔覆粉末按照材料成分构成不同，主要分为自熔性合金粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。

3.1自熔性合金粉末

自熔性合金粉末指加入具有强烈脱氧和自熔作用的Si、B等元素的合金粉末。目前常用的是Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末。

Ni基合金粉末：这种合金粉末应用广泛，具有合理性价比和良好材料性能，如具有良好的韧性、抗氧化性等性能，因而在激光熔覆材料中被研究的最多、应用的最广。Ni基自熔性合金粉末可分为Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两个合金系列。Ni基自熔性合金粉末主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀的构件,熔覆Ni基的功率密度比铁基要高一些。Ni基合金粉末不足之处是耐高温性能较差。Ni基合金粉末中常用的是Ni60，Ni45。

Co基合金粉末：具有良好耐高温性能，耐磨耐蚀性能也比较强，经常被应用于石化和冶金等领域。另外，钴基粉末合金在熔化时有很好的润湿性，其熔点相比碳化物要低，受热后Co元素最先熔化，与合金凝固时最先形成新物相，得到光滑平整的熔覆涂层，提高熔覆层与基体的结合强度。目前，常用的Co基合金的主要元素是Ni、C、Cr和Fe等，其中Ni元素用来降低Co基合金熔覆层的热膨胀系数,减小合金的熔化温度区间，有效抑制熔覆层开裂现象,提高熔覆层对基体的润湿性。Co基合金粉末不足之处是价格较高。

Fe基合金粉末：Fe基合金作为激光熔覆材料，适用于温度要求不高(温度小于400℃)的耐磨零件，基体多为铸铁和低碳钢,其最大优点是成本低耐磨性强。科技论文。Fe基合金的主要元素是Ni、B、Si及Cr等元素，其中B、Si及Cr元素是用来提高熔覆层的硬度和耐磨性,Ni元素用来提高熔覆层的抗开裂能力。由于铁基合金成本低，经常代替镍基合金使用，与Ni基合金相比，铁基合金作为激光熔覆层的不足之处是熔覆层韧性稍差。

综上，Ni基或Co基合金具有良好的自熔性和抗氧化性，较高的耐蚀性能，Ni基或Co基合金粉末的自熔性比Fe基合金粉末要好，但价格也比Fe基自熔性合金粉末高；Fe基合金粉末虽然比Ni基或Co基合金粉末便宜，但自熔性差，抗氧化能力差。具体使用时，应合理选择自熔性合金粉末。

3.2陶瓷粉末

陶瓷粉末主要有两种：硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,其中用的最多的是氧化物陶瓷粉末。陶瓷粉末作为熔覆层有很多优点，如耐磨耐蚀等性能都比较强，所以陶瓷粉末常被用于制备高性能熔覆层；目前，研究生物陶瓷材料也是一大热门。

激光熔覆金属陶瓷可以通过高能激光束作用，在金属表面熔覆一层陶瓷材料，结合区形成均匀、致密且与基体结合牢固的复合层。陶瓷材料作为熔覆层有耐磨耐蚀的优点，但陶瓷材料作为熔覆层也有不足之处，这种材料与基体的热膨胀系数、弹性模量及导热系数等差别较大,这些性能的不匹配造成熔覆层开裂现象和空洞现象。近年来，用激光的高能量熔覆涂层技术，可以得到高硬度和耐磨损的陶瓷涂层。

3.3复合粉末

复合粉末是指陶瓷材料和金属合金混合在一起的粉末，作为熔覆材料，这种粉末相比金属粉末具有更强的材料特性，在目前材料表面改性方面应用比较广泛。陶瓷材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等硬质材料。复合粉末和不同成分的合金粉末进行机械混合的粉末不同。不同点在于复合粉末中的单个粒子的组成成分，至少要有两种或两种以上不同成分的固相材料，而且不同成分的固相材料有明显的相界面，不同成分的固相组元之间一般为机械结合。利用激光熔覆技术，把复合粉末制备成陶瓷颗粒增强金属基复合涂层,这种熔覆层很好地将合金材料的高强度、高韧性和陶瓷颗粒相优异的耐磨、耐蚀和耐高温等性能结合在一起。

复合粉末能大大提高熔覆层的耐磨性能，应用最多的是钴包碳化钨和镍包碳化钨。在复合粉末中，碳化物颗粒的加入方式有两种：第一种方式是直接加入激光熔池；第二种方式是直接与金属粉末混合成粉末。其中第二种方式是比较有效的，因此用的比较多。

4结论

除自熔性合金粉末、陶瓷粉末和复合粉末外，激光熔覆粉末材料还包括铜基、钛基、铝基、镁基等以及金属间化合物基材料等。这些材料多数是利用合金体系的某些特殊性质使其达到耐磨减摩、耐蚀、导电、抗高温、抗热氧化等多种功能。

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