激光增材制造难熔金属研究进展

难熔金属由于具有优异的综合性能而广泛应用于航空航天、装备制造、核工业及生物医疗等领域。但是由于高熔点及高韧脆转变温度的特点,尚存在加工制造困难、生产周期长、对设备要求高等问题,从而限制了其应用与发展。激光增材制造是近年来新兴的数字化制造技术之一,为制造和加工难熔金属提供了新的发展思路。本文重点介绍了近年来激光增材制造难熔金属的热点领域,包括钨及钨基重合金、纯钼及钼硅硼合金、铌硅及铌钛合金和多孔钽,对尚存在的问题进行了总结,最后对激光增材制造难熔金属未来的发展方向进行了展望。     

难熔金属选区激光熔化技术研究进展

近年来,随着难熔金属的研究与深入,传统工艺难以满足在制备难熔金属及其复杂结构的需求。鉴于难熔金属材料的高熔点和优异的高温力学性能,将其与选区激光熔化技术相结合,将为难熔金属的设计提供更大的弹性和可加工性。本文对难熔金属材料的选区激光熔化技术进行了总结。按照材料分类,对钨合金、多孔钽、钼合金以及难熔高熵合金进行评述。因为选区激光熔化难熔金属对低熔点元素、加工参数等敏感,故总结了这些因素对工艺控制和最终零件质量的影响。最后,归纳了当前研究的优势和不足,并对今后的发展趋势进行了展望。     

难熔金属合金的加工技术及其新应用

难熔金属的最大特点是熔点高，但由于其在低于熔点温度下易氧化及高温下强度的降低而使这个优点不太显现。难熔金属难于加工，大部分材料仍采用粉末冶金技术（有时也采用熔炼技术），这就大大限制了合金的发展。此外，钼和钨在室温条件下是脆性的，致使这些材料的机械加工必须在高温下进行。 先进技术的发展使难熔金属微观结构的更详细分析检测成为可能。这些技术发展都与难熔金属材料的研制密切相关。美国布朗大学的C.L.Briant根据不同的加工工艺方式论述了难熔金属合金的定向凝固技术、粉末冶金技术、热机械加工技术，同时也介绍了电子…     

航天航空用难熔金属材料的研究进展

综述了航天航空用难熔金属钨、钼、钽、铌、铼和其合金及其涂层在高温结构研究方面的现状和应用情况,对航天用难熔金属合金的种类、力学性能、涂层的性能、制备方法作了介绍。难熔金属主要用于火箭发动机和航天器结构件,其中钨、钼及其合金单晶应用于空间动力系统。难熔金属及其合金的使用温度高低顺序与材料熔点的顺序相同。     

化学气相沉积法制备难熔金属的研究现状与前景

难熔金属材料以其熔点高、高温性能好和耐腐蚀性优异等特点被广泛应用于航空航天、化学化工和国防军工等领域。化学气相沉积法是目前获得高纯致密、尺寸精确的难熔金属制品的最佳手段。本文介绍了钨、钼、钽、铌和铼五种难熔金属元素的应用领域,综述了采用不同的化学气相沉积法制备难熔金属及其合金的工艺、制品性能和具体用途,总结了金属源先驱体类型对化学气相沉积工艺的影响,分析展望了化学气相沉积法在制备难熔金属上的应用前景。     

增材制造难熔高熵合金综述

寻求可打印金属材料的研究至关重要。近年来,多种可打印性良好的材料已被发掘出来,如Ti-6Al-4V、FeMnCoCrNi、不锈钢及一些难熔高熵合金。尽管已经获得了诸多可喜结果,增材制造难熔高熵合金依然发展缓慢。由于难熔高熵合金的优越高温性能,复杂成形的需求也日渐高涨。本文主要介绍了增材制造难熔高熵合金的一些研究进展,综述了有关难熔高熵合金激光增材制造、电子束增材制造和丝材增材制造技术,并为后续研究工作提供参考。此外,本文也系统地讨论了有关增材制造难熔高熵合金面临的机遇和挑战。     

难熔金属合金及其高温抗氧化涂层研究现状与展望

难熔金属合金具有熔点高、高温强度高和加工性能良好等优点,被广泛用于航空航天、核工业等领域,但其高温抗氧化性能较差,涂覆高温抗氧化涂层是解决难熔金属合金热/氧防护问题的有效方式。概述钼、铌、钽、钨、铼等五种难熔金属合金国内外常用合金牌号及其主要性能,总结这五种难熔金属合金的高温抗氧化涂层常用体系、制备方法及其高温抗氧化性能,并提出多组元成分设计、复合梯度结构设计以及制备方法组合优化将是涂层研发的发展方向,有望逐步满足难熔金属合金各类热端部件的高温防护需求。     

非难熔钨合金的微观组织及力学性能

通过成分设计,制备出了一种非难熔的钨合金,为普通熔炼设备熔炼及成形钨合金奠定基础。通过对合金微观组织的分析,查明了合金获得较低熔点的原因：钨合金中加入一定含量的碳后,形成低熔点Fe和Fe3C共晶相,并且钨合金中没有单质的难熔金属钨相存在,从而使钨合金的熔点处于非难熔水平。通过压缩试验表明,Er可以同时提高非难熔可铸造的钨合金的强度和塑性。采用普通熔炼设备制备钨合金有望成为一种新的钨合金制备方法。     

难熔高熵合金的强韧化途径与调控机理

在众多高熵合金中,由5种或5种以上的难熔金属元素,按照等原子比或者近等原子比混合形成的难熔高熵合金,凭借稳定的相结构和优异的高温性能,在高温材料领域具有广阔的应用前景。本文从难熔高熵合金的研究现状出发,综述典型难熔高熵合金的微观组织和相组成、室温和高温力学性能、强韧化机理与力学性能调控,并对未来难熔高熵合金的研究开发进行展望。首先,将难熔高熵合金按照组成相进行分类,分析了难熔高熵合金的微观组织和相组成,然后总结了难熔高熵合金的室温和高温力学性能与强韧化机理,并讨论了3种不同的强韧化方案,即化学成分调控、工艺调控和相结构调控。最后对未来难熔高熵合金的发展进行了展望,并对其未来重点研究方向提出了如下建议：借助计算机等技术,模拟与计算材料的性能与形成相,构建难熔高熵合金的研究平台与数据库;借助组合实验方法,加快筛选新的难熔高熵合金;掌握自上而下和自下而上的实验方法,探究性能优异的新型难熔高熵合金体系。     

难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的机遇与挑战

传统反应堆结构材料性能已趋于极限,亟需开发新型材料。难熔高熵合金是以多种难熔元素作为主元的新型金属材料,具有独特的力学、物理和化学性质,尤其在高温力学、抗辐照等方面表现出优异的性能。难熔高熵合金在第4代核裂变反应堆包壳材料、核聚变堆面向第一壁材料等关键领域具有广阔的应用前景。本文结合具有代表性的文献,围绕难熔高熵合金的力学性能、抗辐照性能、抗氧化性能阐述了其强化机制与抗辐照机理,梳理了难熔高熵合金的发展脉络,在此基础上展望了难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的应用前景。     

Cu/W-Ni-Co/Ni多中间层的钨/钢扩散连接

采用铜箔/90W-5Ni-5Co(质量分数,%)混合粉末/镍箔复合中间层,在加压5 MPa、连接温度1120℃、保温60 min的工艺条件下,对纯钨(W)和0Cr13Al钢进行了连接。利用SEM、EDS、电子万能试验机及水淬热震实验等手段研究了接头的微观组织、成分分布、断口特征、力学性能及抗热震性能。结果表明,连接接头由钨母材、Cu-Ni-Co合金层、钨基高密度合金层、镍层、钢母材5部分组成。接头中的钨基高密度合金层由90W-5Ni-5Co混合粉末固相烧结生成,其Ni-Co粘结相和钨颗粒相冶金结合且分布均匀。钨基高密度合金层与钨母材以瞬间液相扩散连接机制实现了良好结合。接头剪切强度达到286 MPa,断裂均发生在钨基高密度合金层/镍层结合区域,断口形貌呈现为韧性断裂。经过60次700℃至室温的水淬热震测试,接头无裂纹出现。     

注射成形高比重合金的性能与显微组织

含钨量较高的ＷＮｉＦｅ高比重合金具有高的密度、强度等优异性能,适合用作动能穿甲弹以及防辐射屏蔽材料;而粉末注射成形技术（ＰＩＭ）在生产小而形状复杂与性能良好的零件方面具有很大的潜在优势。研究了９５Ｗ３．５Ｎｉ１．５Ｆｅ高比重合金的注射成形工艺,讨论了其烧结工艺与性能的关系,并与采用传统粉末冶金（ＰＩＭ）法制造的合金性能与显微组织进行了比较。结果表明,采用注射成形所生产的合金,性能更高,硬度分布和显微组织结构更均匀。     

中颗粒钨粉高温碳化制取粗晶碳化钨粉的研制

本文叙述采用中颗粒钨粉高温碳化制取粗晶WC粉的过程,探讨碳化和球磨破碎工艺对WC的性能影响,并对用中颗粒钨粉高温碳化制取的粗晶WC粉与传统工艺制取的粗晶WC粉生产的合金性能进行比较。     

纳米钨合金粉末的制备技术

钨合金包括W－Ni-Fe,W-Ni-Cu,W-Cu,WC-Co等钨基合金材料。钨合金材料将是21世纪出现的一种多功能高性能的多胜任的新型材料。有杉纳米粉末制备的亚微或微米钨合金块体材料具有非常优越的潜在物理力学性能,用作高性能结构件和高性能电子、微电子等功能材料方面都将具有很大的潜在优势,可以更好地满足高性能新型材料的要求。本文综合近几年来国内外纳米钨合金的研究状况,详细地介绍了有关纳米钨合金粉末的制备技术,预测了今后钨合金材料的研究方向。     

W-Ni-Fe三元合金等离子球化过程的SPH仿真研究

针对表面张力影响下的W-Ni-Fe三元合金,通过光滑粒子流体动力学(SPH)建立了仿真多元金属液滴碰撞融合过程的数值模型,获得了流体在等离子球化过程中的流场和温度分布。结果表明,W的占比越高、粒径越小、环境温度越高、Marangoni力越大,则球化度越好。根据SPH模拟结果选择了平均粒径1.5μm的W粉、平均粒径4.1μm的Ni粉和平均粒径2.4μm的Fe粉为原料,按照质量比W∶Ni∶Fe=90∶7∶3进行喷雾造粒,在等离子焰流温度为8000℃条件下球化,球化后的三元合金粉末球形度好,内部致密。球化后颗粒流动性为11.62 s/50 g,松装密度10.66 g/cm3,有利于使用铺粉方法进行3D打印。证实了SPH仿真结果可靠,该模拟结果可用于指导难熔金属W的等离子球化制备工艺。     

强流脉冲离子束作用下超细晶钨的抗瞬态热负荷性能评价(英文)

采用高能球磨和放电等离子体烧结技术制备纯钨、氧化物弥散强化钨和碳化物弥散强化钨。为了评价钨在瞬态热冲击下的性能,采用强流脉冲离子束,在热流密度高达160MW/(m2·s-1/2)的条件下对4种不同晶粒尺寸的钨进行抗热冲击试验。与商品钨相比,弥散强化钨在瞬态高热流作用下显现出不同的行为。氧化物弥散强化钨显现出较差的抗热冲击性能,这主要是由于低熔点的第二相Ti和Y2O3的引入,从而使得钨的表面发生熔融、起泡和开裂。而碳化物弥散强化钨合金则显现出较好的抗热冲击性能。     

退火温度对挤压态细晶钨合金性能及组织演变的影响

采用稀土微合金化和液相强化烧结技术制备细晶93W-4.9Ni-2.1Fe+0.03%Y合金。研究在快速热挤压形变强化后,时效热处理对挤压态细晶93W-4.9Ni-2.1Fe+0.03%Y合金显微硬度和组织演变的影响,并与相应条件的传统钨合金进行对比。结果表明,随着退火温度的升高,2种钨合金钨相的显微硬度大大降低。EDS分析表明,随着退火温度的升高,钨合金粘结相中钨含量逐渐增加,其中细晶钨合金经过1200 ℃退火处理后,粘结相钨含量高达26.11%,而传统钨合金在1350 ℃退火处理后含量最高,达到28.14%。显微组织观察表明,退火有利于降低W-W连接度和细化钨颗粒;与传统钨合金相比,高温退火后,细晶钨合金的粘结相体积比更高且分布更为均匀