PDF《C01.粉末冶金》

1 C01.

粉末冶金 分会主席:刘文胜、庄志刚、钟景明、程继贵、肖志瑜、曾克里、马运柱 C01-01 粒径可控的 3D 打印金属粉末―制备、表征与特色平台 聂祚仁,宋晓艳,贺定勇 北京工业大学材料科学与工程学院 随着目前国内金属材料 3D 打印技术的发展,对高端 3D 打印金属粉末的需求越来越紧迫.获得高质量 3D 打印制品的 特种粉末批量制备技术及其精细表征分析方法,是目前金属材料增材制造领域的关键科学技术问题.本报告在概述现有的 3D 打印用金属粉末制备方法的基础上,重点介绍北京工业大学近年来在 3D 打印特种金属粉末材料方面的工作进展.在北 京市 3D 打印科技创新与产业计划的培育下,北京工业大学集中开发出细颗粒球形高活性纯金属、高流动性难熔金属及预合 金、纳米微结构金属/陶瓷复合材料等多种 3D 打印用特种粉末的批量制备新技术,在保证高纯度的基础上,实现了单峰、双峰、小粒径、窄分布等特种粉末的粒度调控.建立了激光吸收率与粉末颗粒表面特征参量及微观组织结构之间的关系模型, 形成了系统的 3D 打印用金属粉末的量化表征分析方法.对应减少表面球化、高致密、均匀晶粒组织等高性能打印制品的要 求,提出了 3D 打印特种金属粉末材料的协同设计原则.基于近年开展的研发工作,北京工业大学已建成 3D 打印纯金属、 预合金、多元合金、金属/陶瓷复合材料等特种粉末批量制备与检测分析高端平台,包括国内首个快速换型的 3D 打印粉末气 雾化制粉平台、高纯预合金棒材熔炼、纳米复合粉原位合成-团聚造粒集成系统、粉末特性全方位量化表征等多种特色设施 装备. 前期研发成果已获得多项授权发明专利, 研制的特种粉末在硬质合金异形制品、 医疗植入等 3D 打印制造中得到应用, 并可望为满足航空、医疗、能源、精密加工等高端领域需求,设计研发特色高质量的 3D 打印金属材料. 关键词:3D 打印;

特种金属粉末;

粒径调控;

气体雾化;

原位合成;

激光吸收率 C01-02 材料与装备 白书欣 国防科技大学 C01-03 钨铜梯度界面的第一性原理设计 梁超平,龚浩然,刘文胜 1.中南大学粉末冶金研究院 2.轻质高强结构材料国家级重点实验室 钨是所有金属元素中熔点最高、蒸汽压最低的元素,同时模量高、抗辐射、耐腐蚀,非常适用于高温、高压、高辐照等 极端服役环境.铜延展性好,导热性和导电性高,机械性能优异.因而,钨与铜合金的连接件被广泛应用于航天、航空、电 子等行业.为了获得更好的性能,研究者希望钨铜有更好的结合的同时又能保持钨与铜的各自的优异性能.由于钨铜两相不 互溶,且钨与铜之间巨大的性能差异,导致钨铜材料中存在严重的安全问题,如铜的热膨胀系数是钨的热膨胀系数的四倍 (αCu≈4αW),铜的强度杨氏模量则仅仅只有钨的三分之一(ECu≈0.3EW).差距巨大的热膨胀系数和杨氏模量导致在受到高热 载荷时钨铜界面上出现残余应力和热应力,最终导致空位的产生和融合,产生大量裂纹,影响材料的寿命和应用,甚至导致 材料直接失效.使用梯度界面能够缓解钨与铜之间的巨大性能差距,是实现钨与铜可靠连接的有效手段,但现阶段的研究工 作都只是为了尽量缩小两者之间的性能差距.为此,梯度层数已经由从

1 层增加到

4 层.针对这一现状,我们从材料的本征 电子结构出发, 利用第一性原理计算开展了钨铜梯度界面设计. 我们首先通过团簇展开预测钨铜之间的固溶体形成能力以及 金属间化合物的稳定性,从而在梯度层中最大化梯度层界面两端的固溶.其次,利用自主开发的德拜模型工具软件计算了钨 铜的物理性能,通过匹配不同梯度层间的强度、热膨胀系数、热导等关键参数,缩小两者之间的性能差距,减小了残余应力 和热应力.同时,我们计算了梯度材料中界面功函数变化规律,得到不同晶体取向梯度材料界面的稳定性.最后,通过线性 优化以上模拟结果,设计出了梯度成分为 W8Cu1 / W7Cu2 / W6Cu3 / Cu6W3 / Cu8W1 的五层钨铜梯度材料,实现了钨铜的高品 质连接. 关键词:钨铜梯度界面;

第一性原理;

强度

2 C01-04 Grain Boundary Wetting and Nanoprecipitation in a Heterogeneous Structured Cu-5at.%Zr Alloy 周登山

1 ,杨超 1,2 ,Ondrej Muránsky1,3 ,张德良 1.东北大学 2.中科院上海应用物理研究所 3.Australian Nuclear Science and Technology Organization A Zr-rich intermetallics that wets grain boundaries of the particle-depleted regions is first observed in a heterostructured Cu-Zr alloy produced by a combination of ball milling, spark plasma sintering and hot rolling. After cooling the as-rolled sample from an elevated temperature with water, dense nanoprecipitates are formed within Cu grains of the particle-depleted regions in which the grain boundaries are wetted by the Zr-rich intermetallics. Such microstructural features significantly differ from those observed in the sample processed by a combined elevated temperature annealing and furnace cooling. In comparison with the water quenched sample, larger Zr-rich intermetallics and much less nanoprecipitates are along grain boundaries and within Cu grains of the particle-depleted regions in the furnace cooled sample. In addition, the particles present in the particle-rich regions of the furnace cooled sample have larger sizes than those in the water quenched sample. As such very different microstructural characteristics, the water quenched and furnace cooled samples exhibit distinctly different tensile properties and fracture behaviors. 关键词:Grain boundary wetting;

Nanoprecipitates;

Heterogeneous Metallic Materials C01-05 简易合成均匀混合的 Fe-Y2O3 纳米磁性复合粉末 张德印,秦明礼,吴昊阳,贾宝瑞,曲选辉 北京科技大学 采用一种简单的基于溶液燃烧合成的方法成功制备出 Y2O3 颗粒均匀分布的 Fe-Y2O3 纳米磁性复合粉末.首先,通过溶 液燃烧合成制备出混合氧化物粉末(Fe2O3 和Y2O3).接着,通过氢气还原混合氧化物粉末制备出均匀混合的 Fe-Y2O3 纳米 复合粉末.对Fe-Y2O3 纳米磁性复合粉末的相组成,比表面积,形貌和磁性能进行了详细表征.研究了还原温度对所制备的 Fe-Y2O3 纳米复合粉末的相组成和形貌的影响. 在400?C 还原得到的 Fe-Y2O3 纳米复合粉末的平均颗粒尺寸为~34.2nm, 饱和 ........