粉末冶金新技术范文篇1

【关键词】粉末冶金；球磨粉末；Ti-45Al-5Nb合金

【中图分类号】TH【文献标识码】A

【文章编号】1007-4309（2013）07-0055-1.5

TiAl金属间化合物具有低密度、高强度、优异的高温抗蠕变和抗氧化性等优点，在航空航天以及汽车工业等领域具有广泛的应用前景。高Nb含量TiAl合金保持了TiAl合金上述一系列优点，同时高含量难熔元素Nb的加入提高了合金的熔点及有序温度，降低了扩散系数，改善了高温抗氧化性能，被视为最具有开发潜力的新一代高温结构材料之一。然而，该合金存在严重的室温脆性，断裂韧性和裂纹扩展抗力也很低，且该合金属于难塑性加工材料。这些缺点阻碍着该合金的广泛应用。目前，该合金制备的工艺主要是铸锭冶金，该工艺存在成分偏析和组织粗大等缺点，且成本高，工序复杂。近年来，粉末冶金制备技术引起广泛关注。与铸态合金相比，粉末冶金合金的组织更均匀细小，而且，由于粉末冶金工艺可以实现近净成形，从而避免对合金的后续塑性加工，成为国内外学者制备TiAl基合金广泛关注的工艺。本文采用元素粉末冶金法制备高Nb-TiAl合金，对组织性能进行了研究。

一、实验

将平均颗粒尺寸小于48μm的高纯Ti、Al粉以及平均颗粒尺寸小于45μm的高纯Nb粉，按Ti-45Al-5Nb（at.%）成分配比，在行星式球磨机中进行机械球磨，球磨参数为：球料质量比为20∶1，转速为400r/min，球磨罐和磨球材料均为不锈钢，球磨时充高纯氩气保护，球磨时间为8h。随后，利用真空热压烧结系统对球磨获得的Ti/Al/Nb复合粉末进行反应烧结，烧结工艺参数为：烧结温度分别为1250℃、1300℃、1350℃，压制力为40MPa，保温保压时间为2h，整个烧结过程中真空度不低于10-2Pa，最后得到Φ60×13mm的三种烧结块体材料。

应用XRD分析材料物相组成，利用光学显微镜（OM）和配有能谱（EDS）分析系统的场发射环境扫描电子显微镜HitachiS4700（SEM）观测粉末的颗粒形貌演变、烧结块体试样组织。为选择典型粉末形貌，球磨粉末试样首先在烧杯中用酒精分散振荡，用滴管滴到钢制载物台，风干使酒精挥发制得粉末扫描样品。

二、实验结果与分析

1.球磨粉末特性

图1为复合粉末随球磨时间增长形貌演变的扫描和背散射图像。从中可以看出，球磨时间累计至4h，Ti、Al颗粒均为明显片状形貌，部分片状颗粒已发生破碎和粘合。随时间进一步延长，片状颗粒不断破碎，8h时片状颗粒破碎基本完成，形成了大量的碎小颗粒。通过背散射图像对比可以发现，Ti和Al的粉末颗粒在变形过程中形成明显的片状结构，而Nb元素颗粒则更多以碎小颗粒存在，并粘附在其他两种粉末上。这是由于Ti和Al的塑性比Nb较好，特别是低温环境下Nb有很严重的脆性。在巨大外力的快速作用下应力集中严重，从而直接破碎成细小颗粒。

图1不同球磨时间下Ti-45Al-5Nb粉末形貌（BSE）

（a）4h；（b）6h；（c）（d）8h

Ti-45Al-5Nb复合粉末经8h球磨得到的XRD分析结果如图2所示。从图中可以发现，复合粉末中并未产生新相，说明机械球磨过程中Ti、Al、Nb三种元素粉末仅实现机械结合，并未发生合金化反应。在球磨过程中，由于采用间隙球磨方式，粉末和罐体的温度得到很好的控制，这也限制三种元素之间的扩散速度，而且粉末的能量不足以推动Ti、Al元素之间的扩散反应，另外，Nb元素在低温环境中的扩散系数非常低，基本不考虑其反应。利用XRD结果计算复合粉末中三种元素的平均晶粒尺寸为19.7nm，三种粉末的晶粒均得到明显的细化。

2.烧结坯物相分析

利用X射线衍射仪分析三种烧结坯所得结果如图3所示。从图谱可以看出，三种烧结温度下合金中单质元素相完全消失，表明Nb元素完全固溶于TiAl合金中。同时，三种合金新生成的物相均以γ-TiAl为主，α2-Ti3Al次之，同时都有少量的B2相形成。对比发现，随着烧结温度提升，α2相含量有所减少，γ相含量增加。另外，1300℃和1350℃烧结合金的衍射峰相对于1250℃烧结合金向左有小角度偏移。这可能是由于Nb元素在更高烧结温度下扩散更加充分，其分布更加均匀，使三种物相的晶格常数变化引起的。

图2Ti-45Al-5Nb合金烧结XRD图谱

三、结论

1.采用元素粉末+机械球磨工艺制备Ti-45Al-5Nb复合粉末，充分的细化和均匀了三种元素粉末，Ti、Al粉末发生塑性变形成细小片状，而Nb则破碎成细小颗粒。经过8h球磨可以得到较好的复合粉末。经过球磨的复合粉末未发生合金化反应。

2.采用真空热压烧结工艺制备高致密的Ti-45Al-5Nb合金材料，在1250℃和1300℃烧结得到细小的近γ组织，在1350℃烧结得到的是近片层组织，同时三种烧结坯组织中均有B2相颗粒生成。

【参考文献】

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粉末冶金新技术范文

公司的主要竞争优势

1、人才和研发优势

公司充分发挥自身在粉末冶金复合材料领域的强大技术优势，凝聚了一批国内顶尖的新材料人才队伍。其中公司的创始人黄伯云先生曾为我国“863”计划新材料领域首席科学家、中国工程院院士、2004年度国家科技发明奖一等奖获得者。公司现有享受国务院特殊津贴者3人，博士、博士后18人，硕士21人。拥有中级以上技术职称的人数占员工总数的17.39％。与博云新材保持长期合作的中南大学部级研发机构包括：粉末冶金国家重点实验室、轻质高强结构材料国防科技重点实验室、粉末冶金国家工程研究中心、国家有色金属粉末冶金产品质量监督检验中心等。

2、国家产业政策重点支持优势

博云新材研制的高科技产品涉及的行业被国家列为优先重点发展的行业，符合国家产业政策的发展要求。公司还承担了国家重点工业性实验、国家高新技术产业化示范工程等十余项国家、省、市级科研项目。公司生产的高科技粉末冶金复合材料产品打破了国外竞争对手长期垄断的格局，有利于我国新材料产业赶超世界先进水平，尤其是公司的航空产品(军用、民用飞机刹车副)和航天产品，确保了国家航空战略安全，同时在国防上具有重要战略意义。

3、细分产品市场优势

公司首获国内大型干线飞机一波音757飞机炭／炭复合材料飞机刹车副的PMA证书，公司开发生产的图一154飞机刹车副，获得俄罗斯图波列夫设计局颁发的生产许可证，公司开发的波音737-700／800飞机Goodrich机轮用粉末冶金刹车副是国内唯一取得民航产品生产许可证(PMA)的产品。博云汽车生产的环保型高性能汽车刹车片已配套多家汽车主机厂，近年来的销售额成持续上升局面。博云东方生产的高性能级进冲压模具材料占国内市场份额持续稳定增长。

4、可持续发展优势

博云新材开发的粉末冶金复合材料产品已在航空航天、汽车、高端冲压模具等应用领域得到了市场的充分认可，成功打入了原来由国外企业垄断的细分领域。公司开发的高性能粉末冶金复合材料产品通过在当前航空航天、汽车、高端冲压模具三个领域的应用，为公司产品拓展在其它领域的应用奠定了坚实的技术基础。公司产品未来将逐渐应用于高速列车、工程机械、船舶、石油、化工等领域，保证了公司的可持续性发展能力。

5、价格优势

博云新材的竞争优势尤其体现在产品的价格上。公司生产的粉末冶金复合材料产品主要与国外厂家进行竞争，飞机刹车副、环保型高性能汽车刹车片的价格为国外同类产品的60％左右，高性能模具材料价格为国外同类产品的50％左右，具有明显的价格优势，性价比高。

募集资金用途

粉末冶金新技术范文

北京科技大学被誉为新中国培养“钢铁人才”的摇篮，这与学校拥有一批优秀的教师队伍是分不开的，我国著名金属材料科学家、冶金教育家章守华教授就是其中一位杰出的代表。章守华是北京钢铁工业学院的建校筹备委员会委员和金相及热处理系（现为材料科学与工程系）的第一任系主任，在培养中国材料科学领域学术带头人和开拓学科新领域方面，作出了卓越贡献。一方面，章先生着力提高教学质量、加强学科建设、促进中外交流、培养学术梯队，培养了10余位以两院院士为代表的一批金属材料学科的学术带头人。另一方面，章先生在适合我国资源条件的合金钢新钢种的开发、发展快速凝固技术、新型粉末高温合金、相变和强韧化理论研究以及大型轧辊的研制等方面取得重要成果。

求学之路，锲而不舍

章守华出生于江苏苏州的一个书香门第，自幼勤奋好学。早年就读于苏州中学实验班，四年级就修习英文，高中时尤其喜好采用美国英文教材的数理学科。其父毕业于日本早稻田大学法律科，历任法官、律师、大学教授、民国官员，曾以苏州律师会会长身份为著名抗日爱国人士“七君子”进行法律辩护。其对章先生家教甚严，以言传身教使章先生幼时就早早明白了为人处世之道。

1935年，章先生考入交通大学唐山工学院的矿冶科，因日本侵华，其大学生活饱受战乱之苦。先是因卢沟桥事变致其在北平西山勘测实习时无法回校而暂避交通大学北平工学院，后又至交通大学上海工学院土木科借读一个学期。继日本攻占上海，交通大学迁至湖南湘潭办学，学校矿冶科教授空缺，章先生又到湖南大学矿冶科借读一个学期，并于湘潭煤矿实习。后日军再攻至湖南，他再随交通大学迁至贵州平越县（现福泉市）。1939年，他以优异成绩毕业于福泉，获矿冶工程学士学位。大学四年的颠沛流离，使他深切地感受到：国家当自强，否则就要挨打受辱。

章先生大学毕业后应聘到重庆大渡口钢铁厂任助理工程师，参与由汉阳拆迁来厂的矿冶设备的再设计与安装，初显其在绘图、计算方面之强项，并因此奉调新建的四川綦江电化冶炼厂辅助设计平炉等主要矿冶设备。基于工业救国的强烈愿望，他于1942年在綦江厂期间考取赴美留学生资格。因经济困顿，经众好友集资相助，方于1944年10月取道印度加尔各答和孟买，远渡重洋赴美，于1945年年初抵达美国卡内基理工学院，师从莱茵斯（F.N.Rhines）开展铝合金研究，1946年获冶金工程硕士学位。毕业后他到美国西屋电器制造公司实习，次年又受聘于卡内基理工学院金属研究室，从事金属同位素研究。虽然在美国的工作稳定、前途光明，但是章先生一直心系祖国。1948年，他毅然放弃在美国的优厚待遇和生活条件，选择回国到（国立）交通大学唐山工学院任教，先后被聘为副教授、教授。

1952年，经中央人民政府教育部报呈政务院文化教育委员会核准，北京钢铁工业学院（今北京科技大学）建校，同时章守华先生被任命为建校筹备委员会委员。章先生历任北京钢铁工业学院金相热处理系、工艺系、金属学系（后来的材料科学与工程系）的教授与系主任，1981年被聘为全国首批博士生导师，1995年光荣退休。

科研之道，求实鼎新

章先生学识渊博、德高望重，是国内外材料与热处理领域的著名学者，多次应邀赴美国、加拿大等国的大学和研究机构讲学，为中国相关领域的国内外学术交流与发展作出了重大贡献。章先生密切结合中国冶金工业实际需求和金属材料科学发展的前沿问题开展科学研究，涉及面广、开拓性强，其主要研究方向集中在钢铁材料和高温合金等材料领域。在适合中国资源条件的合金钢新钢种的开发、快速凝固技术、粉末高温合金、相变和强韧化、大型轧辊研制等方面均取得开拓性成果。其中，章先生领导下获得的钢中元素作用规律及成分设计等研究成果，为我国第一颗人造卫星“东方红一号”火箭壳体用低合金超高度钢的成功研制发挥了重要作用。由于在科研领域的突出贡献，章先生先后荣获国防科工委、国家计委、国家经委、国家科委的“先进个人”四委联合表彰、国家科委和冶金工业部“国家科技攻关中作出重要贡献”的联合表彰、国防科工委“献身国防科技事业”荣誉勋章，获得多项部级和省部级各类科技奖。其事迹先后被《中国科学技术专家传略》《20世纪我国知名科学家学术成就概览》等收录。

1956年，章先生结合中国资源条件，开展低合金超高强度钢的基础研究，首次提出淬火及低温回火的回火马氏体钢的强度极限与α相中碳含量的定量关系，再次证实硅对回火马氏体钢强韧化的有利作用，揭示了Si-Mn-Mo-V系中碳钢回火马氏体具有最佳强度―韧性综合性能，为中国“东方红一号”卫星发射火箭用超高强度壳体材料的成功研制奠定了必要的学术基础。

1962年―1966年，章先生领导其研究组参加了研究GH37合金在热处理过程中组织转变及对合金高温持久断裂性能影响和GH37合金的点状偏析提高冶金质量的攻关课题，于1981年―1994年重点研究了高温合金与金属间化合物急冷凝固、Ni3Al的韧化以及机理、GH169合金的组织稳定性、ODS型高温防护涂层，取得一批重要成果。他指导的“疲劳蠕变交互作用断裂特征图研究”于1988年获国家教委理论成果奖一等奖。

1977年，为求轧辊生产立足于国内，打破依赖进口的现状，冶金工业部成立了“武汉一米七轧机冷轧工作辊攻关组”，章先生任攻关组技术总负责人之一，带领北京钢铁学院研究团队负责实验室研究工作，为工业性生产的中间试验提供了可行的技术方案和可靠的工艺参数，并为保证产品质量提供了有效的检验方法。1980年，第一对国产冷轧工作辊在武钢试轧成功，1986年和1990年此种轧辊国产化率分别达到60%和100%，质量达到了同类进口轧辊的水平。该攻关课题获冶金工业部科学技术进步奖二等奖和国家科学技术进步奖三等奖。章先生在完成此项攻关任务中，起到了总体技术决策人的关键作用。通过这项攻关任务，培养了一批大型轧辊用钢及其热处理、冷热疲劳、接触疲劳、磨损、断裂等方面的学术带头人。

1981年，冶金工业部副部长陆达召集章守华（时任北京钢铁学院材料系主任）与钢铁研究总院三室及四室的负责人等就中国开展粉冶高温合金应用基础研究课题进行专题讨论，确定成立钢铁研究总院和北京钢铁学院粉冶高温合金联合研制组。会后，章先生立即从本系粉末冶金教研组、高温合金教研组和金相教研组抽掉了一批年富力强的优秀教师组成联合课题组，迅速形成了中国粉末高温合金“六五”“八五”和“九五”国家计划中航空发动机粉末高温合金涡件研制与研究的一支中坚力量，至此揭开了钢铁研究总院和北京钢铁学院几十年通力合作开展国产粉冶高温合金研制研究的序幕。根据章先生的研究思路，课题组从应用理论基础方面，围绕粉末质量（陶瓷夹杂物）、热压缺陷控制（PPB、残留枝晶）和晶粒尺寸组织不均匀性（γ'强化相及再结晶）等一系列关键问题，开展了深入系统的研究工作。从参加“六五”至“九五”国家项目开始，从应用基础理论出发，课题组通过大量科学实验，在急冷粉末颗粒组织和性能方面70余篇，获得突破性研究成果。

育人之心，春风化雨

1952年，章守华主持创建了我国第一个金相热处理专业。他勇于开拓又不计名利，积极吸引、团结和培养教师人才，为北京科技大学乃至我国材料领域的师资队伍建设和人才培养作出了无与伦比的突出贡献。1987年，北京科技大学金属材料及热处理学科以同类学科总分排名第一被评为全国首批国家重点学科。这为北京科技大学金属材料学科乃至材料科学与工程学科一直位于全国前列并在国际上产生重要影响，打下了坚实基础。

在20世纪50年代，章守华积极倡导工艺和科学并重、教学和科研密切结合，将科学研究成果和国际上的先进思想纳入专业教学与人才培养，建立了合金钢总论及分论的专业教材体系，在我国几代材料学人中产生了重要影响。他主编了我国第一本《合金钢》教材，其后更名修订出版的《钢铁材料学》教材更获得部级高等学校教材一等奖、“部级教学成果奖”二等奖及奖章。作为金属学分支学科的主编，章先生会同副主编师昌绪、柯俊、郭可信、徐祖耀等先生，高质量主持完成了1984年《中国大百科全书・矿冶卷》第一版中相关百科条目的撰写。另外，先生多次主编高强度低合金钢系列国际会议和材料力学行为国际会议等英文文集，并出版《快速凝固技术与新型合金》等学术专著。

章先生长期坚持在教学科研第一线，辛勤工作，为整顿教学秩序、提高教学质量、加强学科建设、培养学术梯队、开展科学研究、促进中外交流，作出了重要贡献。1981年，他被聘为全国首批博士生导师，先后培养金属材料及热处理专业研究生37名，包括博士生10名。中国科学院院士葛昌纯高度评价章先生淡泊宁静、提携后辈的一生：“他虽不是院士，但培养出了一批院士，包括中国科学院院士邹世昌、葛昌纯、陈国良，中国工程院院士殷瑞钰、周邦新、柯伟、涂铭旌等。1995年退休后，章先生仍躬耕不止，继续指导钢铁材料与粉末高温合金领域的科学研究，关心年p教师与学子的成长，是青年一代德高望重的良师益友。”

在章先生百岁华诞座谈会上，原冶金工业部副部长、中国工程院院士殷瑞钰表示：“章先生用他的一生，谱写一位教育家甘为人梯、无私奉献的瑰丽诗篇，用他严谨的治学态度、高度的社会责任感和谦和的人格魅力将‘学风严谨、崇尚实践’的优良传统言传身教，为我国材料学科的诞生与发展作出了杰出贡献，也为国家培养了数以万计的精英人才。”

“执着于理想，纯粹于当下”，对于自己的工作，章先生在座谈会上表示，“我没什么自豪的事情”“钢铁学院就像我的家一样”“工作中也是我个人的成长过程”“能够培养国家需要的创新型人才，很高兴”。章先生的工作时间长达43年，在这43年工作中，他始终坚守在教学和科研第一线，大多数时间都是和青年教师、学生一起上课、下厂、编写教材、从事科学研究。章先生以几十载的无私奉献，践行了一位教育家立德树人的朴实之言。