粉末冶金研究范文
时间：2023-12-04 17:27:19
粉末冶金研究篇1
关键词：卓越工程师；粉末冶金学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0093-03
引言：
“卓越工程师教育培养计划”是为贯彻落实党的十七大提出的走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署、贯彻落实“国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020年）”和“国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）”而提出的高等教育重大改革计划。“卓越计划”旨在培养卓越工程师后备人才；高等学校实施“卓越计划”将为培养学生成为卓越工程师打下坚实的基础和完成卓越工程师需要的基本训练[1]。
2011年年初教育部出台了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》（教高[2011]1号文），进一步明确了“卓越计划”的主要目标、指导思想、实施领域和基本原则[2]。“卓越计划”实施以来，各参与高校在培养观念、培养模式、学校企业联合培养等方面都取得了很大进展。
“粉末冶金学”课程是新材料科学中最具发展活力的重要分支，也是冶金和材料科学的分支学科，备受工业界重视，相关材料和制品已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域[3]。粉末冶金学课程与实际的生产实践紧密相关，属于工程实践性比较强的课程，在理论学习的基础上能够有效地培养学生的工程能力和创新能力，与“卓越计划”的培养目标一致，为了配合“卓越计划”的实施，对这门课程的培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。
一、确立正确的培养观念和培养目标
“卓越计划”的宗旨是培养和造就一大批能够适应社会经济发展需要、创新能力强的优秀工程技术人才，为国家实施人才强国战略、走新型工业化道路和建设创新型国家服务。从“卓越工程师教育培养计划”的三个特点出发，树立课程的培养观念：一是强调课程内对学生创新以及工程能力的培养；二是注重学校和企业相结合，加大企业参与培养高级工程技术人才的深度；三是加强对国家战略需求、行业和企业的需求的认识，课程进行有目标的、主动的培养。
新形势下，面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程从培养目标上必须对原有的课程体系与教学内容进行调整，使之更具有全面性；加大课程工程实践能力的培养，使之更具有实用性。确立理论学习与实践操作相结合、全面发展的人才培养目标，重视培养大学生的科学探索精神、工程创新意识和工程实践能力。
二、教学改革与创新的思路
1.课程特点及教学现状。“卓越工程师教育培养计划”的基本要求是学生在学习并具备课程理论基础知识的基础上，能够有效地利用学习到的课程基础知识解决实际工程问题。粉末冶金技术是一个复杂、影响因素诸多的材料成型过程，从制粉、成形、烧结到后处理每一道工序都会影响粉末冶金成品的质量。能够完全掌握并灵活运用粉末冶金技术，即要有扎实的理论知识储备和丰富的工程实践经验。笔者通过长期的粉末冶金教学发现，传统的课程教学方式有一定的局限性，主要体现在：教师以教材为中心，教学方法比较单一，以灌输式的教学方法为主，学生缺乏积极有效的参与，不利于学生工程能力的培养；教学内容陈旧、更新缓慢，在课时、学制的影响下，无法兼顾新兴的粉末冶金技术；课内实验一方面是简单的验证性基础实验，学生兴趣不浓，另一方面由于设备少人数多等条件的限制，学生参与的程度不够，难以培养学生的创新能力；课程仍以书面考试的形式评定，考试内容大多以基础知识的考察为主，这种简单的评定方式不能满足“卓越计划”对创新能力和工程能力培养的要求，不利于优秀工程人才的培养。
2.探索多元化的培养模式。面向“卓越计划”高级工程人才培养的方向为：服务于企业需求和国家发展战略，加大学校和行业、企业合作培养的力度，强调学生理论基础和工程实践能力并重的培养，重视高级工程技术人才培养的国际化。因此，面向“卓越计划”的课程改革要以教师为导向；以学生为主体；以项目为依托；以企业为载体。以教师为导向，教师做好引导作用，通过丰富多样的教学方法培养学生的兴趣，激发学生的潜能，加强师生互动，教学相长；以学生为主体，构建“专业性强、知识面宽”的课程学习体系，扎实学生理论知识的学习和实践能力、综合能力的锻炼，培养学生积极思考、大胆创新的科学作风；以项目为依托，让学生积极参与到粉末冶金类的科研项目中，实施本科生提前进入毕业设计、科研平台或课题组制度，培养学生学以致用，学中用、用中学的学习方法；以企业为载体，学校要加强同行业、企业联系与合作，让学生参与到企业中去，建设校企优质资源共享平台，建立学校与企业联合培养的长效机制。
三、课程建设与新型教学模式探讨
1.课程教学内容改革。从“卓越计划”的培养目标与要求出发，根据工程实际，“粉末冶金学”课程组进行了广泛调研，在多次讨论和修改的基础上，制订了新的课程教学大纲，明确了教学体系和教学内容。根据这门课程的特点，为了能够让学生在很好的学习粉末冶金理论基础知识的基础上，开拓思路、学以致用，按照课程体系对课程内容进行了模板化设计，把课程内容分为不同板块。比如：掌握粉末制取及其性能测定；压坯成形规律；粉末冶金材料的烧结原理；粉末冶金材料制备的质量控制；了解粉末冶金材料及其研究的新进展等等。
2.课程教学方法和教学手段改革。在教学方法上，围绕“以教师为导向，以学生为主体”的教学方针，遵循“课内与课外相结合”、“理论与实践相结合”、“课堂教育与创新思维相结合”的原则，通过实物法、启发法、课堂讨论等教学方法。如在讲粉末的成形时，可以向学生展示一套粉末成形的模具，让学生了解成形时基本概况，让学生在学习粉末成形时可以获得最大的感官认识；在讲粉末制备工艺时，根据制备粉末的特点以启发和诱导的方式让学生了解粉末制备工艺，以及为什么要选择这种制备方式；在讲压力与粉末成形样品密度之间的关系时，可以展开课堂讨论，充分调动学生学习的热情、主动性和创造性，提高教学的实效性和教学质量。
在教学手段上，要摆脱传统的板书或者照着ppt宣读等学生积极性不够强的手段，采取多元化的教学方法和手段。多媒体集成、动画模拟仿真和丰富的图像信息扩展了学生认知的深度与广度，也使教师摆脱了时间和空间对讲授内容的束缚，清楚地显示某些复杂的过程，有利于激发学生的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维的深化与发展，有利于增强工程设计能力，提高教学效率和教学质量[4]。通过搜集课程知识点相关的图片和制作简单直观的动画，丰富课程的课件，提高学生的兴趣和理解。比如，在讲等静压成形时，向学生展示等静压机的原理示意图，可以让学生充分直观地了解等静压的工作原理；在讲机械合金化法制备粉末时，可以通过Flas的方式，让学生可以清晰地看到机械制备的过程和原理；在讲粉末冶金工艺时，可以结合网络上企业的现场视频，让学生能够轻易地接受粉末冶金工艺方面的知识，同时获得工程实践中的一些直观信息。
3.课内实验的改革与工程实践能力的拓展。在课内实验方面，改善了原有的简单的验证性的实验，丰富了课内实验的内容。具体的实验包括：球磨法制粉；粉末粒度和表面性质的测定；金属粉末的压制成形；粉末冶金样的烧结；烧结样抗弯强度的测试；粉末冶金样品的密度测定等等。通过这些课内实验培养学生具有合理选择使用粉末冶金材料和初步设计、制备粉末冶金材料的能力，激发学生的创新意识，提高工程能力。对课内实验的改革，可有效地激发学生的学习兴趣，提高动手和思考能力，为学生的工程实践能力的提高和创新能力的培养打下了很好的基础。
面向“卓越计划”的课程改革，重点是培养学生的工程实践能力，要围绕“以项目为依托，以企业为载体”的方针。为了强化学生的工程实践能力，应该注重从以下几个方面进行培养：一是对校内资源进行整合，建立校内课程实习、实训基地。利用学校已有的材料产业化中心、工程训练中心、新能源材料研究中心等研究实践单位，建立“粉末冶金学”课程的实践基地，让学生可以在校内尽可能地进行工程基础实践能力的锻炼。二是以企业为载体，校企合作，吸纳企业资源。培养工程师是“卓越计划”的目标，而企业环境是工程师培养的摇篮。除了进行实践教学环节改革，更重要的是让学生进入企业、融入企业，学习和了解企业的技术，感受企业的环境和文化。培养方案应该把适合在企业开展的相关教学环节和实践活动（专业课程、课程设计和毕业设计等）尽可能放到企业去。三是以项目为依托，开展大学生创新性实验计划。高校的教师在进行本科教学的同时，进行广泛的科研项目的研究。在校内的有关粉末冶金类的科研项目可以和粉末冶金课程建立联系，让本科生在进行课程学习的同时，进入科研团队，参与到科学研究中去，了解学科的发展状况和学科前沿。在科研项目的带动和熏陶下提高学生学习的积极性和工程能力。四是通过学科科技竞赛来提高学生的综合素质。开展以学科为基础的各类科技竞赛，扩大学生受益面；鼓励学生在学习课程理论基础的同时，积极参加省级、全国级别的相关科技竞赛，培养学生的学习兴趣、创新能力和综合能力；课内课外营造科技创新氛围，对于学生积极参加科技竞赛和科技竞赛获奖给予奖励或者在学科考评中加分。
4.建立全新的考核评价制度。粉末冶金学传统的考核方式是以书面闭卷的方式进行，考查的都是学生对基础理论知识的学习情况，缺乏对工程实践技能的考核。传统的学生学习效果的考核评价机制在面向“卓越计划”的课程体系中就不再适宜。在教学中应该采用全新的考核评价机制，除了对学生理论部分的考核之外，要把学生整个学习过程中的工程实践能力、创新能力和自主学习能力纳入到考核体系中。结合卓越工程师的培养工程性和全面性的特点，采用多部分考评相结合的考核方式。考核分为理论部分的笔试考核、理论与实践相结合的课内实验考核、工程实践能力考核、科技创新活动考核等几个部分，其中参与科研项目、参加科技竞赛等属于科技创新活动部分。笔试考试、实验考核、工程实践能力考核、科技活动考核等几个模块各部分的比例可根据课程开展和改革的具体情况，课程组的成员讨论协商决定。这种考核评价机制充分体现公平、合理，学生也努力争先、争取获得各类奖励使自己的努力获得承认。
四、课程改革的质量保障
1.师资保障。“卓越工程师教育培养计划”要取得成功，其标志在于培养造就出一大批卓越工程师后备人才，而关键在于建设一支胜任这一使命的工科教师队伍[5]。卓越工程师培养的质量很大程度上取决于参与到“卓越计划”的教师的整体素质。所以，面向“卓越计划”的课程改革，在师资上要进行调整和改革，以保证面向“卓越计划”的课程改革顺利进行。
根据“卓越计划”的培养目标和特点，参与“卓越计划”的教师需要具备扎实的专业基础知识、丰富的工程实践经验、优秀的教育教学水平和崇高的职业道德和敬业精神等等。同时，教师也必须具备相应工程科学研究、工程设计开发、工程技术创新和工程实践能力。
当然，不论通过何种渠道招聘的教师，在理论教育教学、工程实践、科学研究、设计开发、技术创新这五个方面都可能存在某项或几项能力的不足或缺失，都需要高校加强对教师的培养力度，将理论知识丰富的教师送进企业进行工程培养，将企业的工程师送进高校进行专业的全面和深入学习，通过这些培养方式，打造一支既具备专业基础知识又有工程实践技术能力的高水平师资队伍，适应“卓越计划”在高校的顺利开展。
2.经费保障。从上述的课程教学改革措施来看，面向“卓越工程师教育培养计划”的优秀工程技术人才的培养在经费上相较传统的培养模式要高出很多，所以高校在工程人才培养计划中应当保障有足够的经费来支撑“卓越计划”的实施，建立一套完整、长效的资金机制。高校在经费方面可以采用的办法[6]有：一是提高人均教育财政拨款标准，具体的拨款数额与学校实际实施“卓越工程师教育培养计划”的在校学生数挂勾；二是为了确保“卓越工程师教育培养计划”的培养需要，学校经费投入向卓越工程师培养方面倾斜；三是采取定向的办法，学校和企业联合培养工程技术人才，企业补贴学生的学习费用，学生毕业后到企业定向工作；四是争取社会各界包括企业及校友的资助。
五、结语
本文就面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程改革与建设，从培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。通过课程的改革和建设的措施，将有效地提高学生的理论水平，提高创新能力和工程实践能力，为卓越工程师人才的培养奠定基础。
参考文献：
[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准诠释[J].高等工程教育研究，2014，（1）：12-23.
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[3]李成栋.粉末冶金课程教学改革实践[J].中国冶金教育，2014，（6）：22-24.
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[5]林健.胜任卓越工程师培养的工科教师队伍建设[J].高等工程教育研究，2012，（1）：1-14.
粉末冶金研究篇2
英文名称：Powder Metallurgy Industry
主管单位：中国钢铁工业协会
主办单位：钢铁研究总院;中国钢协粉末冶金专业协会;中国机协粉末冶金专业协会
出版周期：双月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：16开
国际刊号：1006-6543
国内刊号：11-3371/TF
邮发代号：82-79
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1991
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
期刊荣誉：
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
期刊简介
《粉末冶金工业》系中国钢铁工业协会主管，由钢铁研究总院、中国钢协粉末冶金协会，中国机协粉末冶金专业协会主的冶金、金属学类科技双月刊。《粉末冶金工业》创刊于1991年，大16开本，国内外公开发行。国内统一刊号：CN11-3371/TF，国际标准刊号：ISSN-1006-6543，并拥有广告经营许可证。办刊宗旨是：宣传国家有关发展粉末冶金工业的方针政策；交流粉末冶金企、事业单位的科研与生产技术成果和管理经验；推广粉末冶金新技术、新材料、新工艺、新设备和新应用；促进科技成果产业化、商品化；传播国内外科技信息和发展动态；为粉末冶金及相关行业服务，为国民经济建设服务。刊物主要栏目设有：\"研究与评述\"，\"经营与管理\"，\"标准简介\"，\"方针政策\"，\"行业动态\"，\"国外信息\"，\"网络信息\"，和\"专利信息\"等。读者对象为：面向从事粉末冶金的科研、设计、生产、应用和教学的科学技术工程人员、管理人员、在校师生和广大工人；面向关心和支持粉末冶金行业发展的社会各界人士。《粉末冶金工业》现已是\"中国科技论文统计源期刊\"、\"中国科技核心期刊\"、\"中国科学引文数据库来源期刊\"、\"中国学术期刊综合评价数据库来源期刊\"。并被美国\"化学文摘\"(CA)和英国\"金属粉末报告\"(MPR)定期收录摘发。
粉末冶金研究篇3
摘 要：文章针对粉末冶金进行分析，并对难熔金属金属、钛基合金、氧化物弥散强化合金、超高温合金以及喷涂合金粉末等多种带有明显特征的航空发动机的粉末冶金技术。在这其中，对钛基合金粉末与高温合金粉末以及喷涂合金粉末的制造预备的关键进行重点的研究和探析。还对喷射成形和热等静压以及注射成形以及迅速成形的工艺特征与发展状态。最重要的是对粉末冶金技术在航空发动机的使用进行全方位多角度的研究与探析，并做以简单的论述，为相关人员提供参考意见。
关键词：粉末冶金技术 航空发动机 应用
中图分类号：V263 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（a）-0010-03
粉末冶金技术的特点是对性能高的材料进行制造的技术，并且对航空发动机有直接和紧密的联系。粉末冶金技术不但可以制作配备出没有宏观偏差、晶粒细微、组织非常均衡、各向同性、热加工性能过硬的复合材料与合金材料，大大提升了粉末冶金材料的疲劳能力与屈服能力，还可以实现零部件的最终成型。粉末冶金技术在航空的发动机的重要热端零件与别的航空发动机零件的全新材料的优质制造设备科学技术。航空飞机的心脏是航空发动机，而航空发动机性能的好坏会直接影响到飞机的众多指标和安全性质。伴随我国航空发动机转向多元化、多性能以及大型化的角度扩展以及在涡轮之前燃气的不断提升，零部件承受更大的负荷压力，工作的状况也越来越恶化，与此同时，对航空发动机的重要部件的功能的标准提出了更为严峻的要求。另外，涡轮盘与涡轮叶片的重要部件可以承担的压缩比与燃烧的温度更能够提升航空发动机的燃油的经济特征，降低排放与延长航空发电机的使用年限。根据以上的陈述，性能较强的航空发动机的发展壮大与粉末冶金技术的提升存在紧密的联系。文章主要是针对在航空发电机中应用众多形式不同的粉末冶金材料和粉末冶金设备、粉末成形以及粉末的增强重要技术进行的分析，使粉末冶金技术可以在航空的发动机中得到有效的应用。以下是具体的论述。
1 在航空发动机中使用的粉末冶金材料具体种类
1.1 P/M钛基合金
钛基合金的优势是耐腐蚀性强、强度较高以及热强的性能强。其最主要应用在对航空发动机的压气机的中压气机中的机盘、机叶、风扇以及连接环与导航仪。钛合金取代钢或者是高温合金能够显著降低发动机的所承受的重量，提升发动机的推重比重。以上零部件的标准是在高温的状况下呈现非常强的强度与高温的蠕变抵抗力，持久的强度与稳定组织性。P/M钛合金的伸拉所具备的性能可以大大超出熔断材的质量。但是在P/M钛合金中出现的杂质所含的数量以及钛合金的孔隙，这些都会使钛合金出现疲劳性的减少。在提升密集度与精华工艺程序是P/M钛合金当前最应该解决的状况。
钛合金金属间的化合物的复合材料主要是由氧化物、碳化物以及二硼化钛等颗粒当成提升相，其主要的特点是抗氧化的能力非常强、抗蠕变的特性也非常强、密度较低。温度可以到达816 ℃～982 ℃之间。促使钛合金能够在航空发动机应用的位置是从风扇与风压机变换到涡轮长中，并且合适于制造预备的高压压气的发电机的机片以及低压涡轮的发电机的也变。钛铝合金的基复合的材质是使用粉末冶金、高温组合、热压以及静压、放电等离子体的烧结和喷射堆积、冲击波的固组成法等方式的制作设备。但是钛铝合金的基复合的材质会增大热加工的难度性，整体的功能性也要大力提升，在当前的航空发电技术中还没有应用此项技术。
1.2 喷涂合金粉末
热喷涂粉末会应用在航空发电机的抗高温烧浊涂层、封闭涂层、热障涂层抗磨抗损中，涂层技术对于航空发电机的重要部位进行高温的防护，以及封严耐磨、高温零件的阻燃和防止磨损的状况中，存在非常重要的价值。涂层不仅可以提升发动机重点零件在高温的影响下抵抗侵蚀的重要性，以及在炎热的状况下出现抵抗零件疲劳的能力，以此增加航空发电机的使用年限。热喷粉末的成分具体是指：氧化物陶瓷粉末、合金粉末、金属陶瓷粉末以及纯金属粉末。在美国的飞机的发电机中使用的热喷技术所需的零件数目大概是7 000件除外。热喷涂粉末和别的冶金所需要的粉末有很多不一样的地方，它对粉末的要求非常高，具体体现在粉末的颗粒形状要小而精、要具备高度的球形、良好的流动、颗粒的分布范围要小、所含的气体和杂质量一定要低、松装的密集程度要符合规定的标准。
1.3 氧化物弥漫强化合金
镍基氧化物弥散强化合金可以当成涡轮喷气发动机器中的涡轮叶片和导向叶片，这种粉末不仅可以在高温的状况下得到有效的使用，还可以忍受带来的负重疲劳、气体的蠕变以及气体受到的气势。镍基ODS合金能够抵挡强度较大的蠕变性质，其最重要的原因是氧化物存在的弥漫强化的作用和增强晶状物的移动与滑动。具有代表性的镍基ODS合金主要有3种，分别是MA754、MA600以及MA760。镍基ODS合金主要是运用热挤压制作方式以及机械合金的制作方式，主要有3个关键的步骤，分别是热挤压和热轧制、机械合金化以及进行热处理。只有提升氧化物弥散强化合金的氧化颗粒形状才能更好地提升科学技术水平，增添Hf匀速可以促使氧化物的颗粒的尺寸由原来的30 nm减少到5～10 nm（见图1），与此同时，也为氧化物的根本体积面的掌控创造了全新的方式，在强化晶界降低晶界逃离规定范围的方向开展工作，并且对柱状的晶粒所具有的力学性质存在的各异性提供解决方案，尤其是占据横向方位的晶界的蠕变的村若星的状况是增大镍基ODS合金使用的重点。
1.4 难熔金属
铌合金、钨合金、钼合金以及钽合金都是难熔的金属。钼铜合金可以当成固体火箭发动机的帮衬材料，Ta-10W-2.5H合金主要应用于液体火箭喷管中的喷嘴，Ta-10W合金在火箭发动机中的喷管的阿波罗以及燃气的扰流片的实验燃烧的实验室中。在这些难熔的金属中，密度系数最小的是铌合金，并且强度呈现1 100 ℃～1650 ℃中，仍然具有较强的焊接能力和对室内温度有效控制的能力，还能在薄板的制作以及制成外形非常繁琐的发动机的零件。钨合金可以打造成不需要进行冷却工作的火箭喷管、喷气叶片、热然器的反射器、用于离子火箭发射需要的离子环以及燃气舵。钨取代钼当成固体火箭发动机的喉管和喉衬，进口套管，可以把材料的运用所需的温度在1 760 ℃的基础上提升到3 320 ℃之上。如，美国的联合飞机企业就把钨铜两种材料进行融合，以此当成火箭发动机中的喷管隔板，钨铜融合的材质完全可以承受超出钨的熔点值3 400 ℃。在当前的粉末冶金技术的发展中，难熔金属的高温氧化与高温形成的强度，以及高温材料的重量化是面临的最根本的挑战。
2 粉末冶金的工艺
2.1 镍基高温合金粉末
进行镍基合金粉末要具备含氧量低、制作预备的颗粒的形状要小还要具备较强的纯度的特点，是依据制作预备较强性质功能的粉末的涡轮盘的主要技术。当今存在两种方式都是十分重要的，一种是氨气雾化法制成AA粉；另一种是等离子旋转电极法的制粉。如，俄罗斯主要选用是等离子旋转电极法制粉，而等离子旋转电极法制粉的主要特点是夹杂物的尺寸过大、而等离子旋转电极法制粉的颗粒的形状又非常的大。在进行高温后的合金粉末正迈进无污染、没有陶瓷的状况下迈进。粉末的颗粒的径长的分类会阻碍粉末中不是金属融合的尺寸，还会合理科学提升声涡轮盘的使用年限和可靠性质，降低出现疲劳寿命的机率。另外，在针对粉末开展颗粒界面韧化与热处理强韧化的处理工作以及进行真空脱皮工作，可以提升材料的塑性与强度。
为解决VIM惰性气雾化德体系中存在的熔化金属和陶瓷资料从而出现的“陶瓷状况”。在最近几年中，我国已经研发了众多的制粉措施和纯净熔炼技术（见图2）。在ELGA的工艺施工中，预合金棒是电极，在电极逐渐旋转到达环形感应线圈的中间位置时，电极会发生熔化的变化，熔滴在准确进入惰性的气体中开展雾化工作。PIGA法主要是根据等离子弧在水冷的铜坩埚中开展熔炼工作，水冷铜坩埚的最底层要和感应器的加热漏嘴相互连接，没有陶瓷漏嘴系统要把熔化掉的金属溶液倒入气体的雾化喷嘴中开展雾化工作。在进行冷壁坩埚熔炼的气体雾化体系中，坩埚要具备一个最底端的浇筑体系，并且冷坩埚的底端浇注的方位和冷壁感应领导体系的相互连接，这个体系也可以使用在活性的金属中。如，在进行碳合金或者是TiAL的金属上的化合物熔炼工作中，在电渣进行重新的熔炉冷璧感应的导向工作中，要对电极的格式以及雾化的材料进行整体的创新，在电源头和熔渣的接触面积的开展熔化工作时，要把熔炼的金属溶液贯穿于具有活性性质的熔渣层，然后在融入到铜金属制成的水冷坩埚中。
2.2 喷涂粉末
不一样的制作设备的工艺会促使粉末的颗粒形状、颗粒分布、颗粒状态以及颗粒的化学成分都会发生非常大地改变，这也会对涂层的能力产生一定的影响。制作设备使用道德喷涂粉末常用的方式主要有机械研磨、气体雾化、制造喷雾干燥颗粒以及水雾化。伴随科学技术的不断发展，喷涂的合金粉也研究出了全新的技术。
首先是等离子体球化的问题上，等离子体球化指的是运用等离子弧促使形态不一的原始粉末进行快速地加工并且使之熔化，使熔化的颗粒在基础的作用下产生非常高的球状度的液体，在非常高的温度中使滴液得到快速地凝固，以此使球状粉末得到有效保存。这也是一项制备非常的密实、解决纯度较高的热喷涂抹粉末的方式，图3是运用气流磨分级和分散以及与等离子球化星湖融合的工艺，制成的球状的钨粉。
2.3 纳米粉体进行再次的造粒
纳米粉体是热障涂层的主要原材料。主要优势是有较强的抗热震能力和较强的隔热性能。可是纳米粉末不可以进行直接喷涂工作，必须借助喷雾干燥剂和之后的处理制作而成微米级别的团聚体的粉末。纳米粉体二次造粒的主要步骤是：第一，运用球磨混合一级超声把纳米结构所具有的信息，合理有序地分布在液体的介质中，并且要添加有机的粘合剂；第二，要把所得到的溶液使用喷雾干燥剂制成纳米结构的聚集体；第三，要把纳米结构团聚集在一起，使之能够快速去除水分，还要去除吸附在化学附氧，为更好地推进一些烧结或者是加热内部整合的温度，以此获得纳米结构的喷涂的粉末数据，使之可以在以往的热喷涂喷枪上得到有效的应用。
2.4 喷射成形
喷射成形的技术主要是把液态金属的快速凝固与熔滴动态致密固化相互融合，并且这也是流程在快完成阶段而飞速凝固的固体材料的全新技术。喷射成形的优势是较高的整体致密度、较低的氧含量以及组织细小匀称。可以提升完善高温合金中的热加工的塑性，提升材料的整体力学的功能和能力，合理改善合金的加工，使之更加与预制设备的高温合金性融合，还能够节省众多和压制相关联的工艺环节。
3 结语
总而言之，要把粉末冶金技术科学、合理、有效地应用在我国的发动机中，并且使其发挥最大限度的价值和重要意义。促进我国航天发动机得到更好地发展，为我国的航天事业奉献更多的力量。
参考文献
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粉末冶金研究篇4
关键词：粉末 冶金材料 温压成型
中图分类号：TF124.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0057-02
粉末冶金成型技术主要含有温压技术、流动性的温压技术以及模壁技术、高速压制技术等新技术。通过对粉末冶金新技术的利用以及该项工艺在现今得到的发展，可以帮助我国的高技术工业获得新的发展。就目前来看，我国的粉末冶金技术为了适应社会发展的需求，也在进行新的改革。现今，该项技术主要向着低成本、高致密化以及高收入、强性能的方向进行新一轮的发展。我国的粉末冶金零件成型技术已经发展了近10年，可以对现今的粉末冶金技术进行全面提高。随着现今我国工业化的发展迅速，工业上对粉末成型制品的需求量也得到提高，对其质量也产生了更高要求[1]。现今，对粉末成型工业的发展产生制约的因素主要有粉末材料以及粉末成型所使用的专用压制设备。由于在粉末成型的零件中高强度、精度以及形状较为复杂的零件占有的比重越来越大，且有占据主要地位的趋势，对粉末成型压机的性能以及精度也提出了更为严格的要求。随着粉末成型技术的日益发展以及市场上产生的新需求，多台面的复杂零件在其中占据的比例也将不断扩大。粉末压机在实际生产的过程中，压制设备对于粉末压制零件的成型精度也将会起到新的作用。
1 粉末成型技术的原理分析
粉末成型技术是对计算机的辅助设计进行利用或利用实体反求的方式对相关信息以及零件所需的几何形状、材料、结构信息进行采集，从而在计算机中建立数字化的模型。将所得到的信息输入到计算机进行控制的机电集成系统中后，再逐点逐面进行所需材料的三维成型工作。对其经过必要的处理之后，使其外观、性能以及强度都达到设计要求，从而对原型进行快速准确的制造，并对零部件进行制造的现代化方式[2]。现今，所使用到的快速原型制造技术所采用的原理都是对分层叠加法进行利用，也就是对计算机辅助设计文件以及进行的分层切片进行分层分步骤处理，对计算机控制的成型机进行利用，从而完成材料的形体制造工作。快速原型制造技术现今在模具、汽车以及航空航天、医疗器具等方面都得到了相应的应用，按照快速原型制造技术产品功能，可以将应用分为原型、零部件、模具等方面。
2 温压技术
温压技术主要指的是在粉末冶金领域得到全新技术。利用该项技术可以生产出密度、强度较高且质量优质的零件，因此，在实际应用的范围也是较大的。温压技术主要就是利用特殊的粉末，并将其进行高温、输送以及模具加热灯系统，在其中加入具有特色的剂制成的预合金粉末以及将其中所用到的模具加热到140 ℃左右。需要注意的是，应该将温度的波动控制在12.5 ℃之内，之后再和常规的粉末冶金技术进行统一，开展压制以及烧结工作，最终就可得到粉末冶金的零件。这项技术就被称为温压技术。该项技术的关键点在于温压粉末制备以及温压系统。由于使用到了粉末冶金零件以及温压技术，就可对生产的综合成本得到有效降低。
3 流动温压技术
流动温压技术是对粉末进行一定的温压以及压制，在这过程中，对金属粉末注射成型工艺中存在的特点进行相应的提炼，从而形成的一种全新性冶金零部件形成技术。该项技术主要是对混合粉末流动性以及填充的成形性进行一定的提高，使其可在80 ℃或130 ℃下，对传统压机上可精密成型的几何外形零件进行利用。流动温压技术可对传统粉末冶金技术在成型上的不稳定性进行克服，也可防止在金属注射成形的过程中产生的高成本技术。这样的技术既是一种新的技术，也具有十分广阔的发展前景。流动温压技术是一种新的粉末冶金部件成型技术，主要特点在于可利用相关设备形成十分复杂的几何形状零件。压坯具有密度高，且均匀性较高的特点，对于各种材料的适用性较高。另外，该项技术的工艺十分简单，所需要花费的成本较低。就目前来看，流动温压技术在现今的使用也还是属于开始阶段，主要是因为关键性的制造技术以及致密化机理研究没有得到全面的应用。
4 模壁技术
传统的粉末零件在进行成型的r候，为了使得粉末颗粒之间以及与模壁之间的摩擦减少，在进行粉末混合的时候就应该添加不定量的剂。但是，由于混进的剂密度较低，因此，在制成规格较高的粉末冶金零件的时候将产生不利影响。另外，剂在烧结过程中也会对环境产生严重影响，导致烧结炉的使用时间以及生产产品的主要性能也得到降低。模壁的技术在实际的应用过程中可以将这样的情况进行有效规避，近年来，利用技术已经成为在研究粉末成型技术中的热点问题[3]。现今，要想实现模壁主要有两种方式：首先是对模冲复位时与芯杆以及阴膜进行有机配合，在间隙的过程中可以对毛细作用进行利用，从而将液相剂带入到阴膜的表面。其次，是对喷枪进行利用，将其中带有的一种固态剂粉末直接在压膜型腔中进行喷射。也就是将装有粉靴的前部装有剂装置。利用这两种方式，可以进行常规的压制成膜工作。
5 高速压制技术
高速压制技术主要是国外推行的一项新技术，可以将生产零件的过程与传统进行的压制工序保持一致。混合粉进入材料之后，粉末也可通过送粉靴自动将混合粉填充模腔进行压制成形，在此之后，再将零件顶出，并且可将其转入到烧结的工序之中。与该项技术存在差异的是压制的速度与传统压制工艺速度还存在一定的不同。相比较而言，传统的压制工艺要比该项技术压制速度低500～1 000倍。其中压机锤头的速度在运行的时候可高达2～30 m/s，液压驱动的锤头速度也可达到5～1 200 kg左右。粉末在运行的时候，在0.02 s就可对高能量的冲击进行利用从而产生压制。在压制过程中，也可产生一种较为强烈的冲击波。通过附加的时间间隔，形成多种冲击，就可到达一种更高密度上。该项技术在应用上的生产率、性能以及密度等都较高，且生产的成本较低，可在制造一些难度较低的阀门、主轴以及齿轮时应用。
6 结语
粉末冶金技术属于一项应用十分广泛的零件成型技术，在粉末的冶金技术以及工艺得到迅速发展的今天，可对高技术的发展产生全面推动，也可为材料技术以及材料工程带来新的发展。现今，从我国粉末冶金技术的整体行业发展来看，其发展的技术水平还较低，各项工业设备也较为落后，与国外的相关技术相比，发展的差距较大。因此，需要对粉末冶金技术进行研究开发，可将我国的技术发展水平与国外的差距进行有效缩短，促使粉末冶金技术满足社会发展所产生的新需求。
参考文献
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粉末冶金研究篇5
【关键词】TiAl合金；抗氧化性能；高温结构材料
随着科学技术日新月异的发展和航空航天以及汽车工业对结构材料的需求，促进了新材料的诞生。作为传统的高温结构材料-钛基合金和镍基合金，其工作温度分别为600℃和1100℃，密度分别为4.5g/cm3和8.3cm3，他们的潜力已基本挖掘殆尽。因此，高温金属间化合物引起了人们的关注，金属间化合物因其金属键和共价键的存在，以及原子的长程有序排列，使其具有陶瓷不可比拟的韧性和一般金属无法达到的比刚度与比强度。其中最具有代表性的是TiAl基金属间化合物，其密度仅为镍基合金的一半，而且其抗氧化性能和抗蠕变性能优异。通过控制显微组织可以优化合金的综合力学性能，但TiAl合金的低室温塑性仍是一个问题关键，以及800℃以上的长时间应用，其抗氧化性能还不足。目前改善室温塑性的方法有：改善微观组织，细化晶粒尺寸；微合金化；合适的制备工艺等。
1、合金的成分设计研究进展
自20世纪50年代中期TiAl合金出现以来，其室温脆性这个难题一直难于解决。直到20世纪80年代，TiAl合金被美国宇航局定为优先发展的高温结构材料，并决定将此材料应用于军用飞机的发动机中，从而引起了TiAl合金研究的热潮。到目前为止，TiAl合金已经历了四代合金。第一代由美国空军材料研究所和Pratt-Whiney公司共同研发，但其断裂韧性和冲击韧性无法满足要求；第二代合金（Ti-48Al-2Cr-2Nb）由美国GE公司开发并应用到了压气机低压叶片；第三代与第四代合金是研究者近十年来的发展成果。但综合来看，微合金化主导者TiAl合金的发展方向，但是在制备方面没有出现很大的改变。经研究，现将合金元素对TiAl合金性能作用总结如下：
1）提高合金塑性：V，Mo，Cr，B，Mn，RE，Si，Ni；
2） 提高合金的抗氧化性能：Nb，Cr，W，Mo，Ta，Si，Sb；
3） 提高合金的抗蠕变性能：Si，Er，Nb，W，Ta，C，N，O；
4） 提高合金的强度：Nb，Mo，W，B，C，N；
5） 提高合金的断裂韧性：Cr，C，N；
6） 提高合金的显微硬度：W，Si，Nb；
目前所研究的TiAl合金均指的是α2-Ti3Al和γ-TiAl双相合金，因为它的综合机械性能均优于任何一种单相合金。娄贯涛等人通过实验研究了Al、Mo含量对钛合金的影响，发现Al、Mo含量的协同作用使得合金塑性得到了提高。魏强等人通过原子嵌入的方法研究了第三组元W、Cr、Mo对TiAl合金脆性的影响，发现掺杂后的TiAl合金其延展性得到了很好的改善；Cr的加入替代了Ti晶位，减弱了Mo和W对合金硬度的影响。林均品等人利用铸锭冶金方法制备了名义成分为Ti45Al8Nb（0，0.1，0.3，0.4，0.6，0.8，1.0）Y（at%）的合金，经多次熔炼后获得铸锭试样，然后对试样进行循环热处理发现，Y元素的加入，细化了合金晶粒，使氧化膜颗粒更加致密，提高了表面氧化膜和基体的结合性能；并且确定了当合金成分为Ti45Al8Nb0.3Y时，其抗氧化性能最佳。他的另一实验研究中，以Ti45Al8Nb，Ti45Al12Nb，Ti52Al8Nb， Ti52Al12Nb四种成分为研究对象，发现这四种含Nb合金的抗氧化性能均优于不含Nb的合金；高Al含量的合金氧化膜更为稳定，而且氧化膜下为贫Al区；Al和Nb协同作用提高着TiAl合金的抗氧化能力。自此以后，TiAl合金成分朝着高Nb低Al的方向发展。
我国的高Nb-TiAl合金研究已独具风格，国内几所高校重点实验室已全面彻底地对Ti-Al-Nb系合金展开了研究，如科技大学重点实验室、西北有色金属研究院等通过实验为高Nb-TiAl合金的发展提供了坚实的理论基础。北京科技大学重点实验室通过实验发展了Ti-45Al-10Nb和Ti-45Al-18Nb两种合金，其强度高于普通TiAl合金，比强度更是优于传统的镍基合金。而且他们还系统的分析了合金成分对高Nb-TiAl组织与性能的影响，还详细研究了W、Cr与合金组织的关系。中南大学与美国国家实验室联合研究了Ti-Al-Nb-W-B系合金，分别通过熔铸和粉末冶金工艺制备了综合力学性能良好的高Nb钛铝合金，并通过热处理进一步细化了合金晶粒，提高了合金性能。
2、TiAl合金的制备方法研究进展
TiAl合金的制备方法与传统的镍基很近相似，主要方法有铸锭冶金、铸造和粉末冶金。随着粉末冶金理论与技术的发展，这种制备方法有着巨大的潜力。TiAl合金制备方法如图2.1所示。
图2.1 TiAl合金制备方法
2.2.1铸锭冶金
合金通过熔炼，通常使用感应凝壳炉，也采用等离子冷坩埚炉来熔炼。然后对其进行锻造、挤压、热等静压或是热处理，均能得到成分均匀、组织细小的TiAl合金，然后经过轧制、塑性成形来获得所需要的合金材料。因合金中Nb、W的偏析严重，往往组织中含有β相的存在，又因Ti、Al在高温下活性极高，对间隙元素H、C、O、N等极为敏感，所以选择合适的熔炼工艺也极为重要。为了得到所需的微观组织，研究学着往往通过多种工艺进行复合处理，代替传统的加工手段，来获取均匀细小的组织。
2.2.2铸造
铸造作为一种传统的材料制备方法，有着成本低，甚至可实现近净成形的优点，但是铸造TiAl合金组织粗大，成分偏析严重，所以此成形方法发展前景有限。
2.2.3粉末冶金
粉末冶金方法主要有：真空热压烧结、热等静压、注射成形和无压烧结等，它可以解决熔铸中产生的成分偏析、组织粗大、铸锭中心孔洞等缺陷，而且粉末冶金的原材料为单质元素分或是预合金粉，所以这与TiAl微合金化的发展是极为适合的。但是，粉末冶金所需的合金粉制备工艺要求严格，成本高，很难实现大规模的工业生产。这就要求学者寻求一种最为合适的粉末制备工艺和合金的冶金工艺。
无论是微合金化或是先进的成形制备工艺，对制备出的TiAl合金进行适宜的热处理，在细化合金组织，稳定合金结构方面有着不可忽视的作用。根据人处理工艺的不同，可以得到四种不同的显微组织形貌：全片层组织（FL）、近全片层组织（NF）、双态组织（DL）和近γ（NG）组织。经学着分析，全片层组织的合金晶粒粗大、塑性差，但具有良好的断裂韧性和高温抗蠕变性能；近全片层组织的合金，其强度高，但塑性中等；双态组织的合金，除拉伸塑性优异外，其他性能均较差；近γ组织合金，各项性能均较差，科研学者已很少关注。
3、展望
TiAl作为航空航天领域及其重要的高温结构材料，学者们已定出了合金成发展方向为高Nb低Al，但是关于多数的单合金元素对其性能的影响，尤其是多种合金元素的协同作用对合金性能的影响机理还不够完善，需在这一方面进一步研究。另一方面，在TiAl合金的成形方面，需提高铸锭的质量，或通过合适的热处理工艺来使其组织均匀化；进一步研究粉末冶金在TiAl合金中的应用，有其是注射成形方面，寻求合适的成形工艺。
参考文献
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作者简介
粉末冶金研究篇6
当前，我国航空工业所取得的发展成就举世瞩目。伴随着航空工业的崛起和快速发展，钛合金复杂构件的整体化和大型化趋势已经表现得相当明显，作为有效的应对，研究钛合金复杂构件精密塑性成形技术具有重大的现实意义。钛合金之所以在航空工业中倍受青睐，主要是因为钛合金具有耐高温、高比强度、低密度、高抗腐蚀性以及能够焊接处理等优点，所以航空飞行器和航天飞行器在提升自身的综合性能、降低自身重量时，会优先考虑钛合金材料。由于钛合金及其构件的合成制作具有相当高的技术含量，因此，钛合金材料使用数量的多少目前已经成为衡量航空（航天）飞行器先进程度的重要指标之一。但是为了实现航空（航天）飞行器总性价比的最优化，需要对钛合金的使用比例进行必要的控制。当前航空航天领域对于航空（航天）飞行器的总体要求是，安全可靠、使用寿命长、性能优秀、速度高、自重轻，其中降低航空（航天）飞行器的自身重量对于增加燃料、提高飞行器性能而言是至关重要的。
二、钛合金复杂构件精密塑性成形技术分析
目前，钛合金复杂构件精密塑性成形技术主要包括三种，即粉末冶金技术、等温锻造技术以及精密铸造技术。这三种技术的钛合金材料利用率能够达到70%至90%的水平，拥有较好的生产经济性，并可以实现净形生产。因为钛合金材料是公认的非常昂贵的材料，并且废弃材料难以回收和加工，增加了钛合金材料的加工成本，因此，选择利用率高的加工技术是提高钛合金构件性价比的关键。
1.钛合金粉末冶金技术
MLM（金属粉末注射成形）技术是当前公认的优势最为显著的成形技术之一，它属于近净成型技术，在制造高精度、高质量的复杂零件方面拥有独特的优势。在制备形状复杂的部件方面，钛合金热等静压粉末冶金技术相对比较容易操作，并且制备完成的钛合金部件几乎都是净形，并且其材料性能和原先基于锻材加工技术制备的钛合金构件不相上下。并且，利用热等静压粉末冶金技术固结的粉末钛合金能够实现全部程度的致密，不仅微观结构良好，而且组织均匀、晶粒细小，没有偏析和织构问题，其性能不低于锻件水平。
当前，外国的航空航天领域在高性能钛合金粉末冶金技术的研究方面已经达到了相对较高的水平，某些已经得到了商业应用。我国虽然也在钛合金粉末冶金技术进行了大量的研究工作，但是在高性能钛合金粉末冶金技术尤其是关键构件的高性能钛合金粉末冶金技术方面的研究还要落后于国外先进水平。
2.等温锻造技术
关于钛合金等温锻造技术的相关研究已经有三十几年的历史，基于此技术的大型钛合金锻件类型也有不下数十种。资料显示，目前钛合金锻件投影面积最大为0.48平方米。国外在该技术的研究和应用方面均早于国内，其中一些技术也颇具代表性，例如，德国GKSS 研究中心研发的等温锻造加工近 γ-TiAl 合金零件的技术便是典型代表之一。其他的一些欧美国家在该技术的研究方面也取得了一定的成就，并且已经具备了成熟的硬件设施，例如，反馈系统设备、常应变率控制设备以及温控设备等等。我国在钛合金等温锻造技术方面虽然起步较晚，但是也获得了显著的成就，例如，我国的宝钢公司利用等温锻造技术成功试制出了直径为500毫米的TC17钛合金整体叶盘和高压压气机盘。结果显示，该锻件的金属流线分布合理，并且具备良好的组织和性能。
为了促进等温锻造技术获得更深程度地发展，在今后的研究当中需要重点解决以下关键技术：首先，大型件的组织性能控制技术；其次，复杂形状零件的多向加载成形模具结构的设计技术；再次，大型薄壁件整体成形省力技术；最后，钛合金零件精密成形金属流动控制技术。
3.精密铸造技术
近年来，钛合金精铸技术发展很快，如开发了钛精密铸造 + 热等静压 + 热处理技术，可保证钛合金铸件质量接近于 β- 退火的钛合金锻件；开发了浮熔铸造技术，采用减压吸引法进行铸造，浇注时很少产生紊流，基本无气泡夹杂，很少产生铸造缺陷。在美国，真空压铸法作为新的钛铸造方法已进入实用阶段，这种方法不会产生铸件表面污染，质量比较稳定，也省去了后续的酸洗工序。
美国Howmet 公 司、波音公司与美国空军研究实验室联合进行薄壁钛铸件的开发，选择了C-17军用运输机发动机挂架的鼻帽和防火封严件为对象，各用一个整体铸件取代由17个Ti-6Al-4V合金钣金件组成的鼻帽和由多个零件、紧固件组成的防火封严件。经过努力，目前已达到 1.27mm 厚度的要求，并在新生产的C-17飞机中得到应用。国内方面，北京航空材料研究院曾成功浇铸出尺寸为 630 mm×300 mm×130 mm、最小壁厚仅为2.5 mm的复杂框形结构。
该技术存在的问题，首先，大型钛合金构件将越来越多地应用在易疲劳断裂的关键部位，但大型复杂薄壁钛合金浇铸时液态金属流将部分造型材料卷入金属流冷却后形成的夹杂容易导致裂纹的产生与扩展，尤其是钛合金铸件中大于 10mm 的缩孔，很难在热等静压中压扁焊合。其次，熔模铸造的充型凝固过程容易产生许多如卷气、夹杂、缩孔、冷隔等铸造缺陷，从而影响铸件性能。最后，虽然真空压铸法不存在以上问题，但它仅适于制造形状简单的零件，铸件最大质量为18 kg，最大尺寸为61 cm×46 cm×25 cm，一次最多可铸造12个零件。
三、结束语
为了实现降低飞行器自重的目标，航空航天工程人员通常采用整体结构形式而非原先利用小锻件连接成为大部件的方式，此举在提高飞行器刚性的同时也显著降低了飞行器的自重。对于钛合金材料而言，因为焊接难度较大，采用整体成形技术使其一次性成为整体构件是当前航空、航天飞行器用的钛合金结构件制造技术的发展趋势，特别是大型、薄壁、复杂、整体、精密制造技术更是代表。
参考文献
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粉末冶金研究篇7
现行生产工艺有几大类：
1）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合后（按一定比例）用油压机或等静压压制成工艺所需的形状，用高于自熔性金属合金熔点的温度下，进行烧结；
2）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合烧结，是利用自熔性金属合金与氧元素结合能力的差异，将金属从其氧化物中置换出来，形成氧化物陶瓷／铁基耐磨复合材料；
3）将自熔性金属合金熔液熔渗到陶瓷预制体多孔之中。上述方法只能生产小型复合材料块，无法将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上难度很大。此工艺经济性稍差。
2研究方向
氧化物陶瓷铁合金复合材料性能优良，但与大型结构件复合复合困难，制备过程比较复杂。虽然，现有工艺解决了一些问题，在制作单个氧化物陶瓷铁合金复合材料上等研究取得了一定的进展，在实际应用领域但仍未开发出适合实际的产品。因此，需要研究开发出适合的新型制备工艺。我们主要研究方向是如何将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上，重点在能降低成本、实现大规模生产进行研究探讨。
3实施方法
1）合金耐磨预制件制成工艺：将氧化物陶瓷颗粒与自熔性合金粉末按比例用机械进行充分混合，依据用户产品结构不同设计不同的模具，在油压机下将合金耐磨预制件压制制成特定形状，如柱状、条状、块状、蜂窝状等；
2）冶金工艺：将耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作的实体模具内用真空冶金铸造工艺进行复合铸造。利用金属母液的温度将合金耐磨预制件烧制成型并与合金耐磨预制件形成冶金结合面。该工艺设备投资小、工艺简单、金属母体与耐磨预制件冶金结合面良好。
4工艺过程
1）将粒径为8目的氧化物陶瓷颗粒10%、粒径为30目的氧化物陶瓷颗粒39%、粒径为60目的氧化锆陶瓷颗粒48%与自熔性铁基合金粉末7%，使用水溶性树脂4%机械混合均匀得混合物，放入油压机中用模具压制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨预制件；
2）将耐磨预制件在800℃的箱式炉中进行排胶；
3）将排胶后的耐磨预制件涂抹硬钎剂；
4）将涂抹硬钎剂的耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全一样的实体模具内；
5）实体模具经过浸涂强化涂料并烘干后，装入真空造型砂箱中排列好做好浇铸口，然后用干石英砂埋好，经三维振动台振动埋实；
6）用中频感应炼钢炉将耐磨基础件金属母体常用耐磨件的高锰钢、合金钢、高碳铬铁熔化成金属液，用浇包将合金钢水浇铸到真空造型砂箱上的浇铸口中，真空造型砂箱在0.5Pa的负压状态下浇入熔化的合金金属液，使高分子有机材料实体模型受热气化被抽出，被液体合金金属取代冷却凝固后成型，同时利用合金金属母液的温度将耐磨预制件烧制成型并与耐磨预制件形成冶金结合面。
粉末冶金研究篇8
关键词：新型；铸造工艺；航空发动机；成本；应用；
中图分类号：O434文献标识码： A
1 前言
航空发动机被认为是迄今为止最为精密和复杂的机械系统（图1，英国罗.罗公司的遄达900涡扇发动机），它也是一个国家的科技和工业水平标志之一，航空发动机的恶劣工况对在中低温条件下工作的低压涡轮叶片、整体叶盘和涡轮机匣等高温铸件的低周疲劳寿命提出了更高要求，目前它的关键热端部位如机匣、燃烧室、涡轮盘、叶片等都采用高温合金制作，占到航空发动机重量的40-60%。由于机匣、涡轮盘、叶片等零件主体结构大多为薄壁回转体，且内型、外型复杂，因此零件的设计难度大、周期长【1】。
在制作工艺上，普通精铸形成的等轴晶铸件已经很少用于航空发动机的零部件，源于于机匣等部件的形状结构复杂化、大型化和高精度要求、壁厚差大，这些要求均对铸造过程构成巨大挑战，传统铸造易于形成晶粒粗大、偏析严重、缩孔、疏松等缺陷。其次，涡轮盘等复杂铸件在普通熔铸生产工艺条件下，一般为粗大的树枝晶或柱状晶,由于晶粒粗大及组织、性能上的各项异性，很容易导致铸件在使用过程中疲劳裂纹的产生和发展[2]。因此，为保证发动机零部件的使用寿命，采用常规的“铸造+锻造+机加工”工艺制作的零部件才能满足使用寿命，但此工艺的原材料浪费多，不利于节约资源。
2 航空发动机零部件铸造工艺的形成及意义
2.1工艺形成基础
随着国防科技的发展，由于航空发动机工作温度提高，对叶片等合金的热强性能提出了进一步要求，使发动机零部件高温合金化程度不断提高，这就给压力加工过程带来很大的困难。因此针对复杂、高合金化航空发动机零部件的铸造工艺应运而生。本工艺利用国内现有生产设备优势，采用“真空感应+真空自耗+粉末冶金（PM）+热等静压（HIP）+热处理”的铸造工艺，有效地克服了零件大型化关、复杂关、质量关、资源浪费关。该工艺生产的制品性能与“冶炼+精密铸造”和“冶炼+铸造+机加工”等常规工艺的制品相比具有一系列优点：（1）材料无偏析，均匀性、稳定性、力学性能、抗腐蚀性能均好；（2）材料的晶粒比常规加工的细，因此可以方便地使用超声波无损探伤或100%的红外线探伤检测，故产品的可靠性高；（3）可直接做成最终尺寸的产品，因此比常规工艺可少用料50%以上，有效地节约了稀缺战略资源；（4）目前“PM+HIP”工艺中使用的模具可以用焊接组成，形状任意变化，部件的设计自由度较大，可制作各种异形体及整体部件，提高了制品整体的可靠性和成品铸件的力学性能和表面质量；（5）L.S.Ng等人用热等静压处理工艺处理M200高温合金粉末，结果表明：热等静压提高烧结试样的密度达到一个很好的值，这个值为99.6%。热等静压提高屈服强度，其平均数达到1123MPa，比真空烧结试样提高7.8%[3]。因此，用“真空感应+真空自耗+PM+HIP+热处理”工艺生产的发动机零部件，可使其力学性能、晶粒度、表面及内部质量均达到要求。
2.2工艺形成的战略意义
因此该铸造工艺的发展，将同时解决发动机生产周期长、产品质量不满足使用寿命、战略资源短缺等问题；目前我国新型战机对动力系统的需求主要依赖从俄罗斯、乌克兰进口，这样必将受制于人。该铸造工艺生产的发动机零部件将有效填补我国完全依赖进口的空白。同时，受到国内制造工艺水平以及理论基础等的限制，在某些关键材料使用寿命问题上与国外有较大程度的差距。因此开展航空发动机用关键铸造工艺开发，对解决我国重要型号研制的物资需求，对于推动我国新型航空飞机的研制乃至对国防建设具有重要意义。
3 新型铸造工艺路线具体方案
近十几年，国内外高温合金研究者经过大量的技术、工艺改进，使高温合金铸件的晶粒组织得到了明显改善，铸件整体趋于均匀、细化。然而，因为细晶工艺的凝固过程有很强的形成显微疏松的倾向，其内部一般都存在不同程度的疏松等缺陷，使其力学性能和使用可靠性降低。本工艺采用“真空感应+真空自耗+PM+HIP +热处理”能同时解决航空发动机零部件的力学性能、尺寸精度、异型尺寸、表面和内部质量问题。
3.1 新型铸造工艺路线
3.2工艺技术关键点
航空发动机零部件大部分采用高温合金钢制作而成，因其使用环境的特殊性，本工艺的关键技术是突破点：
3.2.1 航空发动机零部件质量的特殊要求
（1）公差等级：因发动机铸件为大型、复杂、异型零部件，同一截面尺不均匀、精度要求高；
（2）力学性能：航空发动机的零部件承受多种载荷如轴向力、扭矩、弯矩以及内压等，因此对于发动机零部件的力学性能要求极高；
（3）表面质量：航空发动机零部件具有精密的外形尺寸，因此铸件表面及内部质量不允许有裂纹、冷隔、欠铸、缩孔及高密度夹渣对应和穿透性的缺陷；表面粗糙度、尺寸公差等也有严格要求；
3.2.2工艺技术关键点
（1）母合金成分设计与试样力学性能的匹配，试样力学性能合格与否关系着成分设计的成熟性；
（2）粉末冶金制备技术的优化，根据零部件性能大小要求选择粉末制剂方法；
（3） 热等静压制备技术的理论和实际生产的结合成熟性；
（4） 铸件热处理：对于复杂形状铸件的热处理工艺将是一种新的探索；
（5）粉末冶金和热等静压成型模具材料的选择与尺寸公差的设计；
3.3具体实施方案
（1）、根据各钢中各元素的不同作用，缩小化学成分范围，设计出理论上能达到铸态组织下的性能要求；
（2）、制定初步冶炼技术条件，采用小真空炉（约25Kg）冶炼，浇铸成小试样，试样热处理后，分析力学性能；
（3）、试样性能如不符合标准要求，则重新调整化学成分和热处理工艺；
（4）、试样性能测试达到标准值，则将该工艺固化进行大生产；
（5）、氩气雾化法制造粉末（AA粉）【4】，采用粉粒度相对细小、夹杂物尺寸小的AA粉，可有效提高发动机零部件的低周疲劳寿命、可靠性和使用寿命；其次，对粉末进行双真空脱气和双韧化处理，可提高铸件的致密度和改善材料的强度和韧性；
（6）、用3D打印技术设计制造接近成品尺寸的钢模；
（7）、将制作好的高温合金粉末按照设计好机匣尺寸的模具包套，制造成与机匣尺寸接近的毛坯件；
（8）、将粉末铸件包套，装入HIP装备中，在1000-2000℃和≤200MPa压力下进行4小时热等静压工艺处理；
（9）、铸件热处理：因铸件结构复杂、尺寸不均匀等，毛坯热处理制度参照小试样的制度执行;
（10）、铸件毛坯表面局部处理后用红外线探伤，合格品交付；
4 应用与发展趋势
近几年来，随着国际技术交流合作不断加强，航空领域材料生产工艺制备也逐渐进入更深层次的合作研制，粉末冶金和热等静压技术在应用开发和设备改进方面的技术也得到了大幅度提高，产品质量走向高端成熟阶段。在未来几年，PM和HIP技术将向更高层次发展：
4.1 PM发展方向主要有：（1）纯净度冶炼和粉末粒度细小、非金属夹杂含量低；（2）先进的热处理技术和合金致密化程度；（3）开发新型高温、超高温难熔金属技术。
4.2 HIP发展方向：（1）成熟的计算机软件开发在HIP技术方面的研究；（2）开发大尺寸HIP设备以适用于更多领域；（3）提高我国HIP设备的设计制造水平、自动化水平。
5 仍需要解决的问题
在当前技术条件下，尽管“PM+HIP”技术能用于工业生产的各个领域，但随着产品质量的要求越来越高、稀缺金属锐减、航空发动机等产品产业化趋势增强等一系列问题，给现阶段的PM、HIP和装备带来严峻的考验，新型铸造工艺的开发和大型精密装备的研制将是科技工作者下一步需要解决的工作重点。
6结语
21世纪，科技进步已进入稳定增长轨道，但国内航空发动机的研究水平和国外相差约10年，性能与国外航空强国相比还存在一定的差距，还难以满足我国第四、第五代新型战机研制及产业化需要。而作为航空高端装备制造产业中的项目之一，突破航空发动机关键工艺技术、加快推进航空发动机产业化，自主研制新型发动机，对提升我国的国际影响力和军事威慑力具有重要战略意义。因此PM和HIP技术以其先进的技术特点、低成本优势和高质量的生产制品应用于航天航空等制作复杂备件的各个领域，将是国内外关注和研发的热点。
参考文献
【1】刘林，高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1273-1274.
【2】刘林，高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1274-1275.
【3】施辉献等，热等静压技术的若干应用及发展趋势.云南冶金2013（42）:52-57.