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Structure characterization of the oxide film on FGH96 superalloy powders with various oxidation degrees

International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2024年第9期31卷 2037-2047页

作者： Yang Liu Yufeng Liu Sha Zhang Lin Zhang Peng Zhang Shaorong Zhang Na Liu Zhou Li Xuanhui Qu Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Institute for Advanced Materials and TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Institute of Materials Intelligent Technology Liaoning Academy of MaterialsShenyang 110004China Science and Technology on Advanced High Temperature Structural Materials Laboratory AECC Beijing Institute of Aeronautical MaterialsBeijing 100095China

The structure of the oxide film on FGH96 alloy powders significantly influences the mechanical properties of *** this study,FGH96 alloy powders with various oxygen contents were investigated using high-resolution transmission electron microscopy and atomic probe technology to elucidate the structure evolution of the oxide *** dispersive spectrometer analysis revealed the presence of two distinct components in the oxide film of the alloy powders:amorphous oxide layer covering the γ matrix and amorphous oxide particles above the *** alloying elements within the oxide layer showed a laminated distribution,with Ni,Co,Cr,and Al/Ti,which was attributed to the decreasing oxygen equilibrium pressure as oxygen diffused from the surface into the γ *** the other hand,Ti enrichment was observed in the oxide particles caused by the oxidation and decomposition of the carbide *** analysis of the oxide film with oxygen contents of 140,280,and 340 ppm showed similar element distributions,while the thickness of the oxide film varies approximately at 9,14,and 30 nm,*** findings provide valuable insights into the structural analysis of the oxide film on FGH96 alloy powders.

关键词： Ni-based superalloys surface structure oxide layer thickness oxidation behavior element distribution

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基于选区激光熔化镍基单晶高温合金的修复

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1376-1392页

作者：张宇沈超张鹏章林曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学北京材料基因组高精尖创新中心北京100083 辽宁材料实验室材料智能技术研究所沈阳110000

选区激光熔化技术光斑和热影响区小,成形精度高,可对镍基单晶高温合金叶片进行有效的修复以延长使用寿命。本工作选用了一种具有中等体积分数γ′相的合金粉末,研究了在单晶CM247LC基板上进行外延生长过程中该合金粉末的显微组织演变规... 详细信息

选区激光熔化技术光斑和热影响区小,成形精度高,可对镍基单晶高温合金叶片进行有效的修复以延长使用寿命。本工作选用了一种具有中等体积分数γ′相的合金粉末,研究了在单晶CM247LC基板上进行外延生长过程中该合金粉末的显微组织演变规律以及力学性能。结果表明:修复界面的熔池宽深比大于4时,沉积区与基体能形成良好的结合界面以及较小的晶粒取向差。通过增大扫描速率和降低激光功率可以有效减小沉积区裂纹密度,沉积组织以沿沉积方向生长的柱状枝晶为主,沉积层越高,冷却速率越小,枝晶间距和晶粒取向差越大。通过打印参数优化,最终得到了裂纹密度低、晶粒取向单一、且与单晶基板结合优异的镍基单晶高温合金沉积层,其抗拉强度为1094 MPa,伸长率为21%。

关键词：镍基单晶高温合金选区激光熔化显微组织晶粒取向力学性能

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Pressureless two-step sintering of ultrafine-grained refractory metals:Tungsten-rhenium and molybdenum

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Journal of Materials Science & Technology 2022年第31期126卷 203-214页

作者： Zhongyou Que Zichen Wei Xingyu Li Lin Zhang Yanhao Dong Mingli Qin Junjun Yang Xuanhui Qu Ju Li Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Institute for Advanced Materials and TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Department of Nuclear Science and Engineering Massachusetts Institute of TechnologyCambridgeMA 02139USA Department of Materials Science and Engineering Massachusetts Institute of TechnologyCambridgeMA 02139USA

The challenge of sintering ultrafine-grained refractory metals and alloys to full density is hereby addressed by pressureless two-step sintering in tungsten-rhenium alloy and pure molybdenum. Using properly processed nano powders(~50 nm average particle size), we are able to sinter W-10Re alloy to 98.4% density below 1200 ℃ while maintaining a fine grain size of 260 nm, and sinter molybdenum to 98.3% density below 1120 ℃ while maintaining a fine grain size of 290 nm. Compared to normal sintering,two-step sintering offers record-fine grain sizes and better microstructural uniformity, which translates to better mechanical properties with higher hardness(6.3 GPa for tungsten-rhenium and 4.0 GPa for molybdenum, both being the highest in all pressurelessly sintered samples of the respective material system)and larger Weibull modulus. Together with our previous demonstration in tungsten, we believe that twostep sintering is a general effective method to produce high-quality fine-grained refractory metals and alloys, and the lessons learned here are transferable to other materials for powder metallurgy.

关键词： Powder metallurgy Refractory metals Porosity Two-step sintering Grain growth

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Effect of interaction of refractories with Ni-based superalloy on inclusions during vacuum induction melting

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2020年第11期27卷 1551-1559页

作者： Xiao-yong Gao Lin Zhang Xuan-hui Qu Xiao-wei Chen Yi-feng Luan Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Institute for Advanced Materials and TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing 100083China

This study documents laboratory-scale observation of the interactions between the Ni-based superalloy FGH4096 and *** different crucibles were tested—MgO,Al2O3,and MgO–*** studied the variations in the compositions of the inclusions and the alloy–crucible interface with the reaction time using scanning electron microscopy equipped with energy dispersive X-ray spectroscopy and Xray *** results showed that the MgO and MgO–spinel crucibles form MgO-containing inclusions(Al–Mg oxides and Al–Mg–Ti oxides),whereas the inclusions formed when using the Al2O3 crucible are Al2O3 and Al–Ti *** observed a new MgAl2O4 phase at the inner wall of the MgO crucible,with the alloy melted in the MgO crucible exhibiting fewer *** new phase occurred at the inner wall of the Al2O3 *** discuss the mechanism of interaction between the refractories and the Ni-based *** erosion was found to predominate in the Al2O3 crucible,whereas dissolution and chemical reactions dominated in the MgO *** reaction was observed between three crucibles and the Ti of the melt although the Ti content(3.8wt%)was higher than that of Al(2.1wt%).

关键词： FGH4096 superalloy vacuum induction melting crucible inclusion Mg/O ratio

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Resolving the sintering conundrum of high-rhenium tungsten alloys

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Journal of Materials Science & Technology 2023年第35期166卷 78-85页

作者： Zhongyou Que Xingyu Li Lin Zhang Xuanhui Qu Zichen Wei Chenguang Guo Haishen Sun Mingli Qin Gang Chen Peinan Du Yanhao Dong Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Institute for Advanced Materials and TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Institute of Materials Intelligent Technology Liaoning Academy of MaterialsShenyang 110004China Science and Technology on Reactor Fuel and Materials Laboratory Nuclear Power Institute of ChinaChengdu 610213China State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing School of Materials Science and EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China

Tungsten-rhenium(W-Re)alloys with high-Re contents are the preferred refractory metal materials in many applications because of the improved ductility and processability over pure W and low-Re tung-sten ***,the sintering concurrently becomes increasingly more difficult with increasing Re *** we proposed that the sintering conundrum is caused by the lowered crystal symmetry and the wider dihedral angle distribution when body-center-cubic(BCC)W is alloyed with more hexagonal-close-packed(HCP)Re,which results in inefficient pore removal in the final stage *** showed that the conundrum can be resolved by pressureless two-step sintering(TSS)which suppresses acceler-ating final-stage grain growth,and our proposal is supported by the data of the critical densityρc that is required to start the second step for successful TSS at different W-Re *** ultrafine-grained W-Re alloys with∼300 nm average grain size and up to 25 wt%Re were successfully *** work demonstrates the unique opportunities offered by two-step sintering to advance the scientific understanding and technological practices in powder metallurgy and related fields.

关键词： W-Re alloys Two-step sintering Grain growth Ultrafine-grained materials

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母合金法MIM418涡轮的近终成形与致密化机理

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第11期51卷 2999-3006页

作者：陈晓玮刘烨章林曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京100083 湘潭大学材料科学与工程学院湖南湘潭411100

以母合金粉末和羰基镍粉为原料,采用母合金法制备MIM418高温合金,并通过注射成形实现增压涡轮的近终成形。研究结果表明:通过真空烧结与热等静压,MIM418涡轮相对密度达到99%以上。对烧结态的合金显微组织进行表征,发现γ'相形貌和大小均... 详细信息

以母合金粉末和羰基镍粉为原料,采用母合金法制备MIM418高温合金,并通过注射成形实现增压涡轮的近终成形。研究结果表明:通过真空烧结与热等静压,MIM418涡轮相对密度达到99%以上。对烧结态的合金显微组织进行表征,发现γ'相形貌和大小均匀,为0.5μm左右。在烧结过程中产生了瞬时液相,液相中主要合金元素为Cr,在等温凝固后演变为晶界碳化物。瞬时液相的出现大大促进了致密化与扩散均匀化过程。母合金法MIM418合金的抗拉强度、屈服强度分别为931 MPa和788 MPa,比铸造K418合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了48%和126%。

关键词： MIM418高温合金母合金法金属注射成形力学性能

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选区激光熔化金属增材制造实验质量控制

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实验技术与管理 2022年第9期39卷 48-53页

作者：刘婷婷章林北京科技大学材料国家级实验教学示范中心北京100083 北京科技大学新材料技术研究院北京100083

金属增材制造是一项战略性智能制造前沿技术,具有传统制造工艺不可比拟的巨大优势,在众多高技术领域有着广阔的应用前景。但是金属增材制造工艺复杂,制造过程中的各个环节都会直接影响到最终结果的质量和可靠性。为了提高和保证金属增... 详细信息

金属增材制造是一项战略性智能制造前沿技术,具有传统制造工艺不可比拟的巨大优势,在众多高技术领域有着广阔的应用前景。但是金属增材制造工艺复杂,制造过程中的各个环节都会直接影响到最终结果的质量和可靠性。为了提高和保证金属增材制造科研实验质量,基于选区激光熔化(SLM)技术工艺原理及流程,进行了金属增材制造实验质量控制探究。结合最新发布的相关国家标准以及实践经验,建立了实用的标准化SLM实验流程及操作规范。同时,通过分析影响SLM金属增材制造实验质量的主要因素,构建了关键因素的质量控制方法,从而为实现金属增材制造实验质量的有效控制及提升提供重要保障。

关键词：金属增材制造选区激光熔化质量控制粉末原材料工艺参数

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钛及钛合金粉末制备与近净成形研究进展

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材料科学与工艺 2020年第3期28卷 98-108页

作者：陈刚路新章林秦明礼郭志猛曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

钛及钛合金以其优异的性能,广泛应用于航空航天、能源化工、生物医疗等高端领域。粉末近净成形技术能够实现钛及钛合金的绿色、低成本和高性能精密制造,有助于进一步扩大其应用范围。本文从钛粉制备、成形技术、性能与应用方面,对目前... 详细信息

钛及钛合金以其优异的性能,广泛应用于航空航天、能源化工、生物医疗等高端领域。粉末近净成形技术能够实现钛及钛合金的绿色、低成本和高性能精密制造,有助于进一步扩大其应用范围。本文从钛粉制备、成形技术、性能与应用方面,对目前钛及钛合金粉末近净成形技术取得的研究进展进行了简要论述,并根据各技术目前面临的问题,提出了未来的发展趋势。

关键词：钛及钛合金粉末近净成形粉末冶金低成本

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气流磨处理对烧结钨粉微观组织和力学性能的影响

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粉末冶金技术 2021年第3期39卷 251-257页

作者：李星宇章林秦明礼魏子晨阙忠游曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京100083

采用气流磨分级技术对商业钨粉进行改性,研究气流磨处理和不同粒度搭配对钨粉粉末烧结体微观组织和力学性能的影响。结果表明,经气流磨分级处理后,粒度分布较窄的钨粉能实现良好的堆积均匀性,消除团聚体在烧结过程中形成的不规则粗孔,... 详细信息

采用气流磨分级技术对商业钨粉进行改性,研究气流磨处理和不同粒度搭配对钨粉粉末烧结体微观组织和力学性能的影响。结果表明,经气流磨分级处理后,粒度分布较窄的钨粉能实现良好的堆积均匀性,消除团聚体在烧结过程中形成的不规则粗孔,提升粉末烧结均匀性,提高烧结后期整体相对密度;烧结相对密度由90.7%提高至92.8%,抗弯强度由238.5 MPa提升至292.4 MPa。获得粒度分布窄、分散性好的钨粉可以消除烧结体中不规则粗孔,是提升烧结体力学性能的关键。

关键词：气流磨钨粉烧结孔隙微观组织力学性能

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粉末粒度对纯Re坯显微组织与力学性能的影响

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粉末冶金技术 2021年第3期39卷 196-202页

作者：魏子晨章林秦明礼李星宇阙忠游曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京100083

采用气流分散处理得到两种不同粒度分布的Re粉,利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计、纳米压痕仪等设备研究粉末粒度和烧结温度对烧结Re坯显微组织及力学性能的影响。结果表明,气流分散处理后的Re粉团聚得到改善,粒度分... 详细信息

采用气流分散处理得到两种不同粒度分布的Re粉,利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计、纳米压痕仪等设备研究粉末粒度和烧结温度对烧结Re坯显微组织及力学性能的影响。结果表明,气流分散处理后的Re粉团聚得到改善,粒度分布范围变窄,平均粒径由21.21μm降至9.45μm。随着温度升高,烧结坯的孔隙数量不断减少。粒度分散后的烧结Re坯显微组织更为均匀,在2320℃下的平均晶粒尺寸由10.8μm降至9.9μm。分散处理后的烧结坯体相对密度提高至98.6%,较未处理的提高了4%,显微硬度提高约12%。分散处理后的烧结坯体有更大的峰值硬度,硬度比未处理的高2~5 GPa。

关键词： Re粉气流分散处理烧结孔隙显微组织力学性能

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