粉末材料工程的案例
2021年金屬3D打印粉末材料簡報.PDF
作為金屬3D打印最常用的原材料之一，金屬球形粉末發揮著至關重要的作用。由于3D打印在制造工藝上的特殊性，其所需的金屬粉末也有區別于傳統的粉末冶金方法，目前打印用粉末多是以球形度高、流動性好、純度高的細粉為主。因此，像傳統的還原法、電解法等方法生產出的不規則粉末難以在金屬3D打印中得到實際應用。近年來，隨著金屬產品在裝備制造領域應用的普及，金屬3D打印的應用市場也不斷擴大。為實現金屬3D打印產業化大規模發展，對原材料金屬粉末的產量、成本等要求也需要不斷提高。
南極熊將通過《全球3D打印金屬粉末材料報告·2021》專題報告（可往南極熊公眾號后臺回復關鍵詞“ 粉末材料2021”獲取PDF文件）來梳理金屬3D打印粉末材料產業情況，主要包括：
3D打印金屬粉末應用現狀
3D打印金屬粉末市場情況
3D打印金屬粉末的制備工藝
3D打印金屬粉末供應商
金屬3D打印粉末的制備工藝
從工藝方面劃分，當前全球主流的3D打印金屬粉末制備方法包括：氣霧化法（GA）、等離子旋轉電極法（PREP）、等離子霧化法（PA），以及等離子球化法（PS）等。
1）氣霧化法
氣霧化法是利用惰性氣體在高速狀態下對液態金屬進行噴射，使其霧化、冷凝后形成球形粉。根據熱源的不同又可以將氣霧化法細分為電極感應熔煉氣霧化(EIGA)和等離子惰性氣體霧化(PIGA)兩種工藝，采用惰性氣體既能防止產物氧化，又能避免環境污染。在EIGA工藝中，為電極形式的預合金棒將在不使用熔煉坩堝的情況下進行感應熔煉和霧化，其工藝原理圖如下圖所示。采用氣霧化法所得粉末粒度分布廣，大部分為細粉，雜質易于控制，但粉末由于粒徑不同而冷卻速度不同，導致顆粒內部易產生氣泡，形成空心結構，粉末形狀不均勻，出現行星球等，對粉末后期應用造成不利影響。
展開 金屬3D打印粉末材料新勢力盤星新金屬亮相TCT
南極熊在G44展位上看到了國內金屬3D打印粉末材料新勢力——盤星新金屬。
盤星新型合金材料(常州)有限公司（簡稱盤星新金屬）位于江蘇省常州市，是一家以研發為導向，精密制造為核心，面向增材制造、新材料應用等先進制造領域的國家高新技術企業。現有生產廠區40000㎡、研發車間3600㎡、行政及測試中心2500㎡。
盤星增材事業部聚焦鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金粉末的批量生產和銷售，目前已是國內一流增材粉末供應商，參與及編制多項國家增材用金屬粉末標準。2021年將完成10條粉末生產線建設，年產合金粉末超700噸，成為國內增材粉末行業領軍企業。
盤星面向國內外增材市場，采用改進的無坩堝電極感應熔煉及真空感應熔煉惰性氣霧化技術，優選名廠定制原材料，全流程監控，穩定生產高球形度、低氧含量、高流動性的鈦及鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金粉末。
展開 淺談粉末材料與金屬3D打印技術發展的關系
金屬3D打印技術自誕生之日起就與粉末材料有著密不可分的關系，可以說作為“基石”的金屬粉末很大程度上決定了金屬3D打印技術的成敗與好壞（盡管最終質量同時也受打印設備、工藝等因素的影響）。因此，金屬3D打印技術未來的發展前景也是與材料本身息息相關的，這就是為什么金屬增材制造想要在主流制造方式中占有一席之地，增材制造的材料科學領域就必須要跟著改進。好消息是，南極熊了解到目前已經有多家公司正在努力推進材料技術，并且我們也看到了積極的相關成果。
Allegheny Technologies Inc.（ATI）就是這樣一家公司，它是金屬制造行業的領先者。這家公司總部位于匹茲堡，開發特種材料，并對其進行塑形加工以滿足客戶要求。ATI主要作為3D打印金屬零件公司的原材料供應商，同時它還為客戶打印金屬零件，這是2018年收購總部位于康涅狄格州的Addaero Manufacturing的成果，目前這家公司主要是作為航空航天和國防工業生產金屬部件的增材制造商。
△特種金屬開發商Allegheny Technologies專注于改進金屬3D打印中使用的粉末。圖片來自ATI
ATI對3D打印的愿景是為了做出符合客戶標準的產品。ATI的增材制造總監莫里森（Brian Morrison）說："我們制定了我們的戰略，并與支持我們在航空航天和國防領域發展的關鍵客戶群進行了共同投資。客戶依靠我們為增材制造提供材料技術，同時我們也作為合作伙伴進行最終的零件生產。"必須提到的是，這家公司所擁有的完全集成化的AM供應鏈還包括零件精加工的步驟。
據莫里森說，3D打印吸引了ATI的航空航天和國防客戶，因為它能以幾種復雜的方式進行處理設計。其一是促進復雜部件的生產，這些部件用傳統方法很難，甚至不可能制造。
展開 【材料課堂】3D打印用球形金屬粉末制備工藝
3D打印的核心材料, 是3D打印產業鏈中最重要的環節, 與3D打印技術的發展息息相關。
金屬粉末材料性能表征：激光粒度儀不同設備偏差分析
Fe基粉末，兩種設備檢測結果的偏差約3；Ni基粉末，兩種設備檢測結果的偏差約2；Al基粉末，兩種設備檢測結果的偏差約2。
此外，還發現兩種設備對于粗顆粒（D10≥75μm）檢測，整體結果偏差較大，其原因可能是兩種設備的進樣結構不同。馬爾文的進樣頭在分散液中層的位置，丹東百特是從底部進樣。在測試粒徑較粗的粉末時，分散頭不能均勻分散樣品，造成分層現象，顆粒較大的粉末沉在下面，顆粒較小的粉末分散在中層或上層空間。因此，馬爾文檢測時選取中層樣品分析檢測，檢測結果偏小。而丹東百特選取底部樣品檢測，部分粗顆粒會進入檢測系統，造成檢測結果偏大的現象。
不同設備，不同檢測環境都會對檢測結果產生影響，因此增材制造的應用推廣，需要更多基礎研究和標準建立，威拉里新材料愿與各位有志之士共同攜手。
南極熊15個3D打印微信小程序
1） 3D打印專業院校庫 ；
2）全球3D打印產品庫；
3）
全國3D打印人才招聘；
4）
上百款3D打印鞋匯總；
5）
生物醫療3D打印；
6）航空航天軍工能源3D打??；
7）汽車船舶交通3D打?。?8）3D打印技術前沿；
9）3D打印軟件算法；
10）3D打印行業數據報告；
11）3D打印公司投融資；
12）3D打印產業政策；
13）建筑3D打印；
14）3D打印展會、會議活動預告；
15）全球3D打印新品匯總
展開 3D打印突破碳纖維增強PEEK復合材料粉末床熔融成形機理
聚醚醚酮（簡稱PEEK）是一種具有優異力學性能的高溫熱塑性塑料，具有較高的玻璃化轉變溫度（145℃）和熔點（339℃），采用纖維增強的PEEK復合材料具有更高的強度、模量及熱變形溫度，可代替鋁及鋁合金等金屬材料用于航空航天、汽車制造等領域。激光選區燒結（SLS）作為3D打印技術中的一種，在制備復雜結構制件及結構優化方面具有獨特的優勢，這就使得PEEK及其復合材料的3D打印具有較大的吸引力。
然而，目前PEEK及其復合材料的SLS制件強度均低于其注塑件，從而大大限制了PEEK及其復合材料的3D打印制件的應用范圍；同時，較高的加工溫度（＞300℃）對設備提出了更大的挑戰，目前可用于PEEK材料SLS成形的設備較少，商業化的設備僅有EOSP800、EOSP810等，但是其價格昂貴，系統封閉，這就為PEEK的SLS工藝研究及復合材料的配方研究產生了很大的限制。
圖1. PEEK和CF / PEEK復合材料的零剪切粘度與溫度的關系該文章采用SLS制備高強度碳纖維（CF）增強PEEK復合材料，基于高溫流變行為對CF / PEEK復合材料的燒結機理進行了深入研究。通過將模擬溫度分布與粘度-溫度關系相結合來定義新的有效熔化區域，并用于預測工藝規劃。
圖2. 由PEEK和CF / PEEK（a-e）計算的有效熔化區域和PEEK（f）的熱重曲線根據計算結果，對CF/PEEK開展了SLS工藝實驗，結果表明，當激光功率為18.5W、掃描速度3000mm/s、掃描間距0.12mm，分層厚度為0.1mm時，10%碳纖維含量的復合材料的拉伸強度達到109±1 MPa、拉伸模量為7365±468 MPa；5%碳纖維含量的復合材料的彎曲強度達到183±4 MPa，均遠高于PEEK的注塑件。
展開 威拉里獲航空工業最佳3D打印金屬粉末材料供應商獎
聚集海內外300+的參會嘉賓，與會嘉賓分別來自飛機制造、航空發動機制造、重要零部件制造以及相關研究所、智能制造服務、航空材料等領域，各方代表齊聚一堂，就實現航空產業發展突破的關鍵問題進行深度交流，共謀合作發展之道。
△論壇現場
本屆論壇作為航空制造業領域的高質量交流窗口，威拉里憑借在金屬粉末材料領域優異表現與空客、波音、航天工業、中國商飛等企業一同入選“凌云獎”，作為增材制造行業領域唯一榮獲“航空工業最佳3D打印金屬粉末材料供應商獎”的材料企業，威拉里收獲了與會各方的高度關注。
航空工業最佳3D打印金屬粉末材料供應商獎
威拉里總經理蔣保林參加圓桌對話，圍繞“航空發動機設計制造創新”主題與各位嘉賓進行交流討論。分析了我國近年來航空航天領域關鍵材料國產化的發展情況；講解了現有工藝和材料如何來輔助發動機的設計和制造以及在生產線自動化、產品品質及穩定性保證方面所做的努力。介紹了公司在航空航天領域基礎材料研發取得的多項成果，2018年成功研發模具鋼粉末、2019年成功研發高性能鋁合金粉末、2020年開發鎳基高溫合金粉末、2021年攻克GH5188及高強鋁合金粉末等金屬材料。堅持把擁有自主可控創新成果作為企業生存發展的關鍵，解決核心材料被歐美“掐脖子”現狀，推動關鍵材料國產化，為國家增材制造領域基礎材料研制貢獻力量。
圓桌會議
本屆論壇盛況空前，中國航空、航空工業、中國商飛、中航西飛等諸多航空領域龍頭企業，提出立足特色，深入推進創新賦能，進一步完善科技創新研發服務體系，推進產學研深度融合達到合作共贏、共同發展。
展開 國產金屬3D打印超級雙相不銹鋼粉末材料，遼寧冠達已批量生產
雙相不銹鋼粉末化學成分精確、可控是此類粉末制備的基礎也是難點，本文從生產實踐角度，詳細分析了如何突破各項關鍵技術，實現穩定的批量化生產。
高性能的雙相不銹鋼
雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，DSS）是由相當體積分數的鐵素體（α） 與奧氏體（γ）組成的復相結構金屬材料。它集鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼的優點于一體，具有優良的耐腐蝕性、高強度和良好的塑性。表1給出了以第二代雙相不銹鋼2205、超級雙相不銹鋼2507以及特超級雙相不銹鋼2707為代表的典型雙相不銹鋼的主要化學成分，表2給出了這幾種典型不銹鋼的力學性能。
△表1： 2205、2507、2707雙相不銹鋼的主要化學成分(wt%)
△表2： 2205、2507、2707雙相不銹鋼的力學性能[1]
注：表中所列數據均為最小值
[1] ASTM A. A240/240M-Standard Specification for Heat Resisting Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate [J]. Sheet and Strip for Pressure Vessels, 2001.
長期以來，雙相不銹鋼作為一種重要的工程結構材料在石油化工、船海工程以及建筑工業等領域得到了廣泛地應用。其中以2507為代表的超級雙相不銹鋼專門為海洋、化工和石油工程應用而設計，其抗點蝕當量PREN大于40，在含有氯化物酸等苛刻環境下具有良好的耐蝕性能和很高的力學性能，可與6Mo型超級奧氏體不銹鋼相媲美。
展開 截齒耐磨焊絲與等離子粉末哪個好？截齒堆焊材料對比分析
根據采煤機截齒的磨損形式，本文選取了2種堆焊材料，對其進行分析對比。
一、截齒堆焊材料
1、Ni60WC粉末
Ni60WC粉末，鎳包鋁放熱型包覆粉末，與基體結合強度高，主要用于噴涂打底，涂層具有抗氧化性;也可作為工作涂層或工件的表面修復。上海司太立有限公司生產Ni60WC粉末，上海司太立有限公司是由Deloro Stellite (集團)公司、上海申鑫經濟發展總公司和核工業第八研究所出資組建的中外合資企業。公司成立于1985年5月。
2、KB515耐磨焊絲
KB515耐磨焊絲，加入Nb元素，形成低摩擦系數碳化鈮硬質相，焊后焊縫無裂痕，焊后硬度可達到60-62 HRC。焊接工藝優良，焊接過程中聲音柔和，不脫落，外表成型光滑美觀，無飛濺，大大改善人工施焊環境。KB515耐磨焊絲由北京固本科技有限公司自主研制，北京固本是國內唯一一家專業研發耐磨堆焊金屬材料的高新技術企業，公司是國家級大學科技園企業，并獲政府相關部門專項資助。
二、截齒堆焊材料的工藝性比較
從截齒堆焊設備成本和實用性方面講，建議使用二氧化碳氣體保護焊。等離子弧堆焊的主要問題是設備購置成本高，操作復雜和維護不方便。另外，二氧化碳氣體保護焊所使用的KB515耐磨焊絲具有絕對的成本優勢。
三、截齒焊接過程比較
KB515耐磨焊絲在焊接過程中飛濺較小，屬于小顆粒飛濺，焊后成型美觀。等離子弧堆焊過程中，幾乎無飛濺物產生，焊后焊縫美觀。從截齒焊接過程中比較，兩者堆焊材料焊接性能上差別不大。
四、感應加熱850℃后堆焊材料硬度值比較
感應加熱850℃后Ni60WC粉末與KB515耐磨焊絲的硬度平均值60.5 HRC、60.6 HRC，基本相差不大。
展開 ABAQUS-復合材料工程應用案例大合集-快速提高abaqus工程應用技能
ABAQUS-復合材料工程應用案例大合集-快速提高abaqus工程應用技能
【工程材料】一看全懂！機械工程師必知的24種常用金屬材料及其特性
5、35——各種標準件、緊固件的常用材料
主要特征: 強度適當，塑性較好，冷塑性高，焊接性尚可。冷態下可局部鐓粗和拉絲。淬透性低，正火或調質后使用應用舉例: 適于制造小截面零件，可承受較大載荷的零件：如曲軸、杠桿、連桿、鉤環等，各種標準件、緊固件。
6、65Mn——常用的彈簧鋼
應用舉例:小尺寸各種扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發條，也可制做彈簧環、氣門簧、離合器簧 片、剎車彈簧、冷卷螺旋彈簧，卡簧等。
7、0Cr18Ni9——最常用的不銹鋼（美國鋼號304，日本鋼號SUS304）
特性和應用: 作為不銹耐熱鋼使用最廣泛，如食品用設備，一般化工設備，原子能工業用設備。
8、Cr12——常用的冷作模具鋼（美國鋼號D3，日本鋼號SKD1)
特性和應用: Cr12鋼是一種應用廣泛的冷作模具鋼，屬高碳高鉻類型的萊氏體鋼。該鋼具有較好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12鋼碳含量高達2.3%，所以沖擊韌度較差、易脆裂，而且容易形成不均勻的共晶碳化物；Cr12鋼由于具有良好的耐磨性，多用于制造受沖擊負荷較小的要求高耐磨的冷沖模、沖頭、下料模、冷鐓模、冷擠壓模的沖頭和凹模、鉆套、量規、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉深模以及粉末冶金用冷壓模等。
9、DC53——常用的日本進口冷作模具鋼
特性和應用: 高強韌性冷作模具鋼，日本大同特殊鋼（株）廠家鋼號。高溫回火后具有高硬度、高韌性，線切割性良好。
展開 
材料創新從20年縮短到2年？材料基因組工程揭秘
當前，在中國，降低核心關鍵材料的對外依存度的緊迫性正越來越凸顯。
中國材料科學界在1999 年6 月召開主題為"發現和優化新材料的集成組合方法"的第118 次香山科學會議，尋找加速發現新材料的有效途徑。2011 年12 月，中國科學院和中國工程院主辦主題為"材料科學系統工程"的第S14 次香山科學會議，研究中國應對MGI 的策略，并在隨后3 年中，多次組織以材料基因組計劃為主題的研討會、報告會，使得中國材料界對材料基因組技術的認識不斷深入，形成基本共識。2014 年，中國科學院和中國工程院分別向國務院提交咨詢報告，建議盡快啟動實施中國材料基因組計劃。
2016年8月8日，國務院印發《“十三五”國家科技創新規劃》，面向2030年的15個重大科技項目就包括“重點新材料研發及應用：重點研制碳纖維及其復合材料、高溫合金、先進半導體材料、新型顯示及其材料、高端裝備用特種合金、稀土新材料、軍用新材料等，突破制備、評價、應用等核心關鍵技術”。提出發展變革性的材料研發與綠色制造新技術，“重點是材料基因工程關鍵技術與支撐平臺”。
2017年4月，中國科技部發布《“十三五”材料領域科技創新專項規劃》，從四個層面部署了材料領域發展目標：
發揮材料的基礎性和支撐性特征，大力推進量大面廣的傳統（基礎）材料技術提升，滿足國家建設需求、實現節能減排；
發揮材料的先導性特征，重點發展戰略性電子材料、先進結構材料、新型功能與智能材料，滿足戰略性新興產業的發展需求；
發展前瞻性材料技術，突破納米材料技術、材料基因工程技術，形成新的技術和經濟增長點；
加強材料基地與人才隊伍建設，增強材料領域的持續創新能力。
2018年7月，來自云南省科技廳的消息稱，稀貴金屬材料基因工程已正式在云南省啟動實施。
展開 【兩刊動態】《材料工程》《航空材料學報》繼續入編北大《中文核心期刊要目總覽》
編輯部兩本期刊《材料工程》《航空材料學報》繼續入編《中文核心期刊要目總覽》2020年版（即第9版）一般工業技術類和金屬學與金屬工藝類核心期刊。衷心感謝各位關注以及幫助兩刊的科研工作者們，也請繼續支持兩刊的工作更上一層樓！
工程化的復合材料疲勞仿真方法
金屬的疲勞壽命研究已經較為成熟了，有大量的數據庫和工程預測手段。并且很多的工藝和檢測手段可以有效對結構疲勞進行管控，并誕生了“結構健康監測”這樣一個方向。像體檢那樣，通過CT、超聲波等技術，定期對結構內部的裂紋進行排查。
一代材料，一代裝備，現在已經進入了復合材料的時代。復合材料層合板是一層一層貼在一起的，并且樹脂和纖維之間不可避免的存在孔隙，這簡直是裂紋產生的溫床。
由于復合材料這種特點，其疲勞問題更為復雜，試驗結果的分散性也更高，更遑論仿真手段了。
但是仿真仍然重要，它可以表征趨勢，反映變化。另外很多結構，由于工況的特殊性以及自身結構復雜性，疲勞試驗是很難開展的，即便能搞也需要極高的成本。
工程化的復合材料疲勞仿真方法
航空航天的科研院所專業是分的很細的，搞強度和結構設計可以是兩個部門，強度下面可以分出靜強度、動強度、振動、疲勞等等一堆科室，每個科室還有一堆人。
我是一直搞航空的，導致我以前總是認為其他行業也是如此。后來外面接觸多了才知道，很多行業和公司，是養不起專門的結構強度部門的。往往結構強度方向就是一個人，這個人他要會做結構設計，做各種仿真分析，還要懂試驗。哪天感覺來了，還要去陪客戶。
這種情況下，是很難面面俱到的。尤其疲勞的仿真還需要編寫自定義本構程序，如果研究生階段不是研究這個的，一時是難以搞出來的。
前段時間我審了一篇做疲勞的論文。整個論文兩個工作，一個試驗、一個仿真。試驗也沒有做具體結構的疲勞試驗，而是基礎材料的疲勞試驗。仿真竟然一段話帶過，說使用了專門的疲勞分析軟件，然后就直接給結果。
還是那句話，糊里糊涂用軟件，糊里糊涂看結果，這種工作沒有意義。
我們本期就以復合材料層合板接頭的疲勞為例，基于ABAQUS UMAT，給出工程化的疲勞仿真方法。之所以是工程化，一是做了簡化，二是便于實現。
展開 《材料工程》創刊65周年征文
在中國科學技術信息研究所最新發布的引證數據顯示，《材料工程》在材料綜合類期刊中綜合評價名列第2。
歡迎您為《材料工程》創刊65周年?？陡?！
