金属粉末研究范文

导语：如何才能写好一篇金属粉末研究，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：激光烧结；金刚石微粉压坯；工艺参数；工艺与机理

1. 激光烧结参数

1.1激光功率

在功率低于550W时，由于扫描速度相对较快而激光功率较低，粉末压坯中低熔点金属元素被加热温度较低，来不及达到熔点温度，各种金属元素还处于原始接触阶段，因此抗拉强度较低。随着激光功率P的增大，单位时间内粉末被加热的温度更高，低熔点金属元素部分微熔，将其周围的金属粉末包裹在一起，使得烧结件的抗拉强度得到了提高。在激光功率达到550W时，得到较好的烧结效果，烧结件具有最大的抗拉强度。而当激光功率P超过550W时，烧结件表面部分呈绿色，为锡青铜的氧化产物，说明由于功率过高，出现了烧损现象[1-3]。

1.2 光束扫描速度

同样，保持激光功率P=550W，光束扫描速度v按照880 mm/min、1100 mm/min、1320 mm/min、1540 mm/min、1760 mm/min化，来考察扫描速度v对烧结件抗拉强度的影响。

光束扫描速度v超过1100mm/min时，烧结件的抗拉强度将随扫描速度v的增大而降低；而当扫描速度v小于1100 mm/min时，烧结件的抗拉强度又急剧降低。

扫描速度小于1100 mm/min时，由于激光功率相对较高，导致单位时间内粉末材料吸收的激光能量较高、粉末温度升高过快，从而使得低熔点金属元素部分烧损，部分表面呈绿色。扫描速度为1100 mm/min时，得到较好的烧结效果，烧结件具有最大的抗拉强度。而当扫描速度高于1100 mm/min时，低熔点金属元素在单位时间内又得不到充分加热，不能充分熔化以结合四周的金属粉末颗粒，烧结件抗拉强度降低。

2.烧结体性能分析

由第二节分析可知，金刚石微粉压坯在P=550W，v=1100mm/min的激光工艺参数下，具有最优的抗拉强度和致密度。为此，选择该工艺参数下的烧结体进行微观组织分析。

在上图中，烧结体横断面基本上已看不到以原始状态存在的金属粉末，高熔点金属粉末被完全包覆在低熔点金属粉末内，烧结效果良好。当然，由于烧结所固有的特点，烧结体无法达到纯金属的致密度，不可避免地存在较多孔隙。另外还在横断面上发现了较多坑洼――“韧窝”[4-5]，表明了烧结件的断裂为塑性层状撕裂，烧结体具有良好的抗拉性能。

低熔点Cu-Sn液相流动方向也清晰可辨；未熔化高熔点金属粉末颗粒分布较均匀，粉末颗粒间的孔隙基本已全部被填满，颗粒间通过凝固的低熔点Cu-Sn粘结在一起，致密性较好。在颗粒间小孔隙消失的同时，在周边出现了较大的孔洞。

这是因为：低熔点Cu-Sn合金元素熔化后，形成液相，在激光继续作用下，液相流动性和渗透能力大大加强，液相金属很容易填充入高熔点颗粒间的孔隙；同时，液相原子自身的扩散速度和高熔点固相颗粒在液相中的扩散都加快，传质也加快，通过颗粒边界溶解圆润化和固溶沉淀等作用进一步优化颗粒的形状和重排位置[6-8]。此外，由于压坯局部区域成分非均匀性和液相的凝固收缩，使某些区域液相金属流失，形成孔洞。

3.结论

1、采用不同粉末配方、不同激光工艺参数对金刚石微粉压坯进行烧结试验研究表明：光斑直径为8.5mm时，在激光功率550W、扫描速度1100mm/min烧结条件下，微粉工具具有最佳的烧结性能。

2、借助扫描电镜（SEM）对烧结件进行了微观分析知：高熔点金属颗粒通过凝固的低熔点Cu-Sn粘结在一起，粉末颗粒间的孔隙基本已全部被填满，烧结体具有良好的致密性和抗拉性能。从而提高烧结体耐磨性能。

参考文献

[1]谈耀麟.金刚石微粉的界定.地质与勘探，1995，31（1）：50～52

[2]唐霞辉编著.激光焊接金刚石工具.武汉：华中科技大学出版社，2004

[3]关庆丰，李玉龙，郭作兴等.铁――铜基梯度复合材料粉末压坏的激光烧结.粉末冶金技术，1997，15（4）：245～249

[4] Hu Jiandong，Guo Zuoxing，Guan Qingfeng，et al.Laser sintering of green compact.Optics and Laser Technology，29（1997）：75～78

[5] Hu Jiandong，Guo Zuoxing，Guan Qingfeng，et al.Laser sintering of Fe-based P/M automotive Parts.Science of Sintering，29（1997）：195～200

[6]武志斌，肖冰，徐鸿钧.金刚石与金属基体钎焊机理的研究.工具技术，2000，34（11）：6～8

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关键词液膜;液膜分离;金属离子

中图分类号 X703.1文献标识码 A文章编号 1674-6708(2009)05-0064-02

Lquid membrane separation technique and progress of liquid membrane separation technique in treatment of wastewater containing metal ion

XIAO Jiali,MAO Xiulong

Dpartment of Chemical Engineering,SiChuan University,ChengDu 6102O7,China

Abstract The liquid membrane separation technique is presented.The progress of research in the application of liquid membrane technique to the recovery and extraction of metal ions. The problems that restrict the commercialization of liquid membrane technique and it research directions are presented.

Keywords liquid membrane;liquid membrane separation technique;metal ion;surfactant;carrier

1 液膜分离的特点

液膜是指两液相间形成的界面――“膜相”, 通过它将两种组成既不同但又互相混溶的溶液然后分开,经选择性渗透,使物质达到分离提纯的目的。

液膜过程与溶剂萃取过程具有较多相似之处。液膜与溶剂萃取一样,都由萃取与反萃取两个步骤组成。但是,溶剂萃取中的萃取与反萃取是分步进行的,而液膜过程的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面,溶质从料液相萃入膜相,并扩散到膜相另一侧,再被反萃入接收相,由此实现萃取与反萃取的“内耦合”液膜传质的“内耦合”方式,打破了溶剂萃取所固有的化学平衡,所以,液膜过程是一种非平衡传质过程。

与传统的溶剂萃取相比,液膜的非平衡传质具有如下3个优点:1)传质推动力大,所需分离级数少。从理论上讲,只需一级即可实现完全萃取。2)试剂消耗量少,流动载体(萃取剂) 在膜的一侧与溶质络合,在膜的另一侧将其释放。载体在膜中犹如河中的“渡船”,将溶质从膜的一侧“渡”到另一侧。膜载体的“渡船”功能表现为溶质的膜渗透速率与膜载体浓度不成比例。研究中发现,大幅度改变载体浓度对提取率之影响甚小。载体在膜内穿梭流动,使之在传递过程中不断得到再生,其结果是所需膜载体的浓度大大降低,并使液膜体系中膜相与料液相之比例亦可降低,具有显著的经济意义。3) “上坡”效应,或者溶质“逆其浓度梯度传递”的效应,溶质从液膜低浓度侧向高浓侧传递的效应,这是由于在膜两侧界面上分别存在着有利于溶质传递的化学平衡关系,这两个平衡关系使溶质在膜内顺其浓度梯度而扩散,界面两侧化学位的差异导致溶质透过界面而传递。液膜的这一特性使其在从稀溶液中提取与浓缩溶质方面具有优势。

与固体膜相比,液膜的优点如下:1)传质速率高。溶质在液体中的分子扩散系(10-6 ~10-5 cm2/s) 比在固体中( < 10-8 cm2/s) 高几个数量级,而且,在某些情况下,液膜中还存在对流扩散,所以,即使是厚度仅为微米级的固体膜,其传质速率亦无法与液膜比拟。2)选择性好。固体膜往往只能对某一类离子或分子的分离具有选择性,而对某种特定离子或分子的分离,则性能较差。

2 液膜分离技术处理金属离子

金属回收是资源综合利用的重要组成部分,对于建立循环型经济、保证资源永续、减少环境污染、节省能源、提高经济效益具有重要的意义。随着科技的进步以及资源的不断减少,将会有越来越多资金和人力放到回收废液中的金属离子的工作中去。

1)含铜废水

在湿法冶锌中,浸出料液中含有铜、镉等杂质,王向德等以DIPSA(3,5一二异丙基水杨酸)、TIBPS(三烷基硫化磷)、煤油、硫酸乳状液膜体系去除浸出液中铜杂质。实验结果表明,处理后的浸出液中铜离子浓度小于0.5mg/L,而锌的损失率不到0.5%,可以达到湿法冶锌的工艺要求。以LIX98为流动载体的乳状液膜提取低品位蓝铜矿浸出液中Cu2+。在最佳试验条件下,Cu2+ 提取率几近100%,纯度可达99%以上,富集浓度为18~19mg/L。另外,在处理电路板刻蚀废液,铜的回收率高达99%以上,处理后的废水中铜浓度小于0.5mg/L,达到了排放标准。

2) 含锌废水

液膜法处理含锌废水研究,以实现工业应用,王士柱等在料液酸度较低情况下以T154、T120、稀硫酸液膜体系,处理量为50m3/d,可将含锌浓度为550mg/L的废水,降至5mg/L左右,基本上符合排放标准,且处理回收1kg锌所需要的费用要小于1kg锌的价值。

3) 含铅和镉废水

梁舒萍等以LMS-2(R ―SO3H,R 为C4的烯烃共聚物)、P5O7(2-乙基己基磷酸甲酯)、柠檬酸、煤油组成液膜体系,处理含Pb2+mg/L的水样,Pb2 +的除率可达94%。

以TRPO(混合三烷基氧膦)、氢氧化钠液膜体系,处理氰化镀镉废水,处理后的废水氰和镉的含量同时降至排放标准以下。另外,以Span-80、P204 为盐酸的液膜体系,处理含镉为100mg/L的工业废水,处理后的废水中含镉量降至0.1mg/L以下。

近年来,汤兵等以DIPSA(3.5-二异丙基水杨酸)、TIBPS(三烷基硫化膦)为载体,(NH4)2S为沉淀剂组成液膜体系,利用液膜内相结晶技术处理湿法炼中氧化锌酸性浸除液,镉的回收率达98.1%,从高锌低镉体系中较好低实现了锌、镉分,并在内水相中直接的到镉盐产品。

4)含铅废水

早期的学者以二苯并-18-王冠-6-(王冠醚)作为萃取载体进行研究,取得了理想的效果, 但这种液膜构型价格较为昂贵,很难应用到工业过程中去。经实验研究表明,利用磷酸三丁酯(TBP)作为萃取载体,Span-80及L-113B分别作为表面活性剂,对料液中浓度为6.04×10-4mol/L的Na2P2O7含铅溶液进行分离提取,可使铅的浓度降低到6.14×10-6mol/L,萃取率达99%以上。

为了提高铅离子在膜相中的溶解度和选择性,在有机相中引入一定量的流动载体TBP,这样同外水相中所萃溶质的离子形式结合配合物后,在膜相中呈电中性,内水相中反应试剂为8×10-6mol/L的Na2P2O7溶液,可为迁移提供驱动力。这种II型促进迁移一方面提高了溶质迁移的传质通量,另一方面在这种离子泵作用下,可将渗透溶质从低浓度的料液向高浓度的液膜中迁移,从而提高萃取率。

近期Rania Sabry等以span-80为表面活性剂,D2EHPA为载体,磷酸作为萃取相进行研究,在最佳条件下,对铅离子的萃取率可达99%~99.5% 。

5)含铬废水

电镀废水中的铬以阴离子形式存在,可用中性胺或季铵盐作为载体,例如叔胺、TOA(三辛胺)等,也有用TPB(磷酸三丁酯)为流动载体,以Span-80为表面活性剂,中性油作膜体溶剂,内相用NaOH溶液时为偶合同向迁移,在外相界面上的离子交换反应为:

[2H+ +Cr2H2-7](7) + 2R3N(0) ― [(R3NH)2Cr2O7](0)

4OH-(1) + [(R3NH)2Cr2O7](0) ― [2Cr2O42- + 3H2O] (i)+ 2R3N(0)

若用季胺盐为载体,内相用酸时是偶合异向迁移,在外相界面上的离子交换反应为:

Cr2O72- + 2R3NHX(2) ― 2X(W)-+ (R3NH)2Cr2O7(0)

在内相界面上的离子交换反应是上述反应的逆转,即:

2X(W)-+ (R3NH)2Cr2O7(0)― Cr2O72- + 2R3NHX(2)

偶合迁移过程中,外相液酸度对过程是很重要的。

李思芽等人利用液膜处理高浓度六价铬废水(1 500mg/L),经过处理后水中六价铬含量低于0.5mg/L,达到了排放标准,并经过破乳后回收液中Cr6+浓度可达20g/L。

6)含铀废水

Kulkarni以煤油为膜溶剂,span-80为表面活性剂,TOPO为载体,碳酸钠为内向溶液处理铀离子浓度为600mg/L的废液(同时含Ca2+、Fe3+、Mg2+),萃余液中铀离子含量低于50mg/L,这一结果在提高铀浓缩物纯度的研究上具有重要的意义。

3 结论

液膜分离作为一种新型的化工单元分离手段,在节约能源、资源综合利用以及保护环境等方面日益显示其强大的生命力。随着技术的进步,膜价格、膜污染以及膜重复利用将不再成为制约膜发展的因素。可以预见,21世纪的膜技术将在同其它学科交叉结合的基础上, 将会形成一门比较完整、系统的学科,并将在人类社会的发展史上起到不可替代的重要作用。

参考文献

[1] 张海燕,张安贵. 乳化液膜技术研究进展[J]. 化工进展,2007,26(2):180-184.

[2] 王向德,王军波.乳状液膜用于湿法冶金锌中脱除铜的研究[J].水处理技术,1998,24(4):210-214.

[3] 陈靖,王士柱,朱永睿.乳状液膜法处理含锌废水的研究进展[J].水处理技术,1995,21(4):187-192.

[4] 梁舒萍,陆冠棋.用液膜分离技术处理含铅废水[J]. 化工环保,1998,12(4):224-227.

[5] 汤兵,简弃非,万印华,等.液膜结晶法提取高锌低镉体系中镉的研究[J].膜科学与技术,1999,19(1):24-29.

[6] Rania Sabry,Azza Hafez,MaalyKhedr.Adel El-Hassanin. Removal of lead by an emulsion liquid membrane[J]. ScienceDirect,2007,212:165-175.

[7] 李思芽,楮莹,严忠.液膜法提取高浓度含铬废水的研究[J].膜科学与技术,1995,15(2):21-25.

[8] Kulkarni P S.Recovery of uranium(Ⅵ) from acidic wastes using tri-n-octylphosphine oxide and sodium carbonate based liquid membranes [J].Chemical Engineering Journal,2003,92(1-3):209-214.

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关键词：大断面；快速；掘进；数值模拟

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.106

国内的煤矿工程大多属于地下开采，煤矿巷道的环境比较特殊、巷道围岩应力多变，使得在采矿掘进作业以及维修方面有难度，巷道掘进的成本大、工程量大、不够安全。如今煤矿掘进已经实现33%的机械化作业，大幅增加了巷道的掘进量、月进尺以及年进尺的长度。随着煤炭等基础能源的需求量增加，大断面巷道的快速掘进会越来越多，必须通过采用新思路、新方法、新技术，增加大断面巷道的施工进度，促进煤炭企业的长远发展[1]。

1 FLAC3D数值模型

采用拉格朗日有限差分数值模拟的方法构建数学模型，通过求解连带方程来模拟工程中应力的变化。该模型能够有效地应用在岩土工程和采矿工程中，清晰地显示工程中各处岩石的受力情况。在施工过程中该模型的应用比较广泛，无论是时间上还是空间上，巷道围岩的应力情况都能够明确显示，针对干扰巷道稳定性的各种因子，制定解决方案。与测量、理论和物理模拟相比，数值模型能通过模拟岩体的各种结构特性，如边值、构造面等，来模拟采矿工程的提前量，预测可能发生的情况。由于模拟的结果精确有效，该模型已经应用到了包括采矿业在内的各种岩土工程中。

根据设计要求试验工作面运输顺槽断面选为矩形，毛宽 5.6m，毛高4.4m，艨5.4m，净高4.3m，开口位置为工作面运输顺槽运输联络巷处。为保证模拟结果能够观测到巷道开挖及不同锚杆预应力条件下巷道围岩应力的扩散状态，模型大小应在各方向均大于巷道开挖的影响半径（一般为巷道直径的 3～5 倍范围）。同时，考虑到计算机的运算速度，特将模拟范围设定为长×宽×高=60m×5m×35.5m 的区域，划分网格为90×20×61个，共生成109800个区域以及 118482 个节点。

2 分析锚杆的支护参数

2.1 确定锚杆的最佳直径

巷道围岩的控制程度与锚杆提供给围岩的支护阻力有关，该阻力与锚杆的直径又有很大关系[3]。在锚杆的长度和材料固定不变时，锚杆的直径成为影响锚杆支护阻力大小的直接因素。对支护的相关理论进行综述，并结合实际的实验数据发现：锚杆半径的平方与支护的阻力以及支护系统的强度成正比例的关系。此外，施工也会影响锚固力的大小，通过对锚杆直径和钻孔进行匹配发现，如果直径和钻孔的参数接近的话，安装会存在难度；但是当数据差距较大时，锚杆工作的阻力也会有所降低。

本文研究以试验煤层顶板为例，为强度较低的砂质泥岩。按照围岩的地质情况以及试验工作面运输顺槽的现场维护条件，将试验工作面运输顺槽顶板的锚杆明确为高强度的Φ20mm左旋螺纹钢；两帮锚杆为高强度的Φ18mm玻璃钢。分析地质条件以及工作面的数据后发现，锚杆的直径参数保持不变时，影响支护的主要因素为锚杆的间排距和长度。FLAC3D数值模型可以模拟锚杆的间排距和长度，模拟的结果作为参考，用来优化试验工作面运输顺槽的支护参数。

2.2 确定锚杆的最佳长度

研究锚杆的最佳长度时，将锚杆的间排距设定为1000×1000，锚杆的直径设定为Φ20mm，帮锚杆的直径设定为Φ18mm，此外也设定好其它的参数和影响因素。在此基础上在改变锚杆长度的过程中观察巷道的稳定性，最稳定的状态即为锚杆的最佳长度。借鉴临近辅运上山的支护效果，来微调选取的锚杆长度，并制定多种不同锚杆长度的支护方案。

数值模拟结果显示分为三种应力场，分别为垂直应力分布、锚固应力场以及顶帮锚杆围岩应力场。由于锚杆会影响对顶板应力场的观测，为了更精确系统地观测、对比分析，上图中没显示锚杆。根据垂直应力分布图可以看出，这几个方案的应力分布存在规律相似的情况，水平方向上的应力降低区发展深度较小，应力升高区比较明显，垂直方向上的应力降低区发展深度较大，但是不存在应力升高区。根据锚固应力场图可以看出，在对锚杆施加预紧力后，巷道和锚杆成为一个统一的整体，锚杆对巷道的支护力度增加，应力区在围岩附近呈“倒凹”型，锚杆长度增加后，压应力区的厚度和范围也有所增大，扩大锚杆的作用范围后增加了锚杆的支护程度，控制了巷道围岩的变形程度。同时，锚杆中上部和两锚杆之间中部围岩的压应力逐渐减小。可以得出预紧力一定时，锚杆的长度越大，预应力的作用越小，锚杆的支护作用越弱。所以，要想维持较好的支护效果，应当增加施加的预应力，并适当地降低锚杆的长度[3-4]。

3 结论

（1）在设定预紧力的情况下，通过设定顶锚杆的不同长度、模拟帮锚杆的配对方式发现，锚杆的长度越大，预应力的作用越小，锚杆的支护作用越弱。要想维持较好的支护效果，应当增加施加的预应力，并适当地降低锚杆的长度。通过观测围岩的变形程度发现，为了维持锚杆对巷道支护的最佳作用，需要减小顶板的下沉量，因此微调增加了顶锚杆的长度，将顶锚杆的最佳长度确定为 2.4m，预估经济效益以及对围岩的控制效果后，将帮锚杆的最佳长度确定为2.0m。

（2）锚杆的轴向应力分布呈现出规律相似的三个阶段，分别为高应力阶段、应力急剧减小阶段以及小应力阶段。从1.4m位置到锚杆端部，锚杆的轴向力数值已经很小，但仍然有减小的趋势，在顶锚杆2.4m、帮锚杆2.0m位置以后，轴向力基本减小为零，可见锚杆的长度到达一定程度后，过长的那段对锚固已经不起作用。

参考文献：

[1]高云峰，江小军.浅谈我国煤矿巷道掘进装备技术[J].煤炭工程，2010（10）：110-112.

[2]陈稼轩.深井复杂条件下底板岩巷预应力锚杆支护技术[J].煤炭科学技术，2006（04）：22-24.

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[关键词]EPC模式；有色金属工程；投标报价；风险；

中图分类号：TU723 文献标识码： A

引言

随着我国有色金属行业相关企业对海外矿业市场业务的不断开拓，国外有色金属工程项目的总承包进程加快、力度加强。但是，由于国外有色金属工程EPC总承包的周期长，参与方多，受到政治、经济、技术、自然环境等诸多因素影响，综合使得投标企业承担的项目风险随之增大。如何根据国际的市场规则、合同规则、项目管理规则对项目所在地法律规定、税收等方面带来的风险进行控制处理，从而增强工程设计方案及实施方案的完整性及预见性，并最终在充分的投标报价上予以体现，以期获取利润，成为我国企业进行国外有色金属工程项目EPC总承包亟待解决的关键问题。

基于此，本文将分析目前国际比较通用的《（EPC）/交钥匙工程合同条件》与《FIDIC施工合同条件》，探讨出国际EPC项目所共有的主要风险因素，并围绕有色金属工程项目通过专家调查法等进行尝试性地补充与梳理风险因素，在实用性基础上给出EPC模式下国外有色金属工程项目投标报价时应关注的风险因素及可采取的风险应对措施，研究成果为有色金属工程项目风险管理提供重要的参考和依据。

一、概述

1.1有色金属工程项目概述

有色金属工程项目是指针对各种有色金属进行采矿、选矿、冶炼及深加工的各类工程项目，具有以下特点：

（1）专业复杂性高。有色金属工程项目从前期矿山勘察到最终的冶炼产出金属产品涉及到地质、采矿、选矿、冶金、自动化、总图、环保、建筑及结构、水电、暖通、技经及概算等众多专业。

（2）工程项目持续时间较长。一个包含完整采矿、选矿、冶炼工艺流程的有色金属工程项目，从前期现场考察、可行性研究、初步设计及开展施工图设计、到正式开工建设直至建成投产，这可能需要几年时间。

1.2EPC总承包概述

EPC总承包即：“设计-采购-施工”（Engineering，ProcurementandConstruction，简称EPC）是一种包括设计、采购以及施工在内的总承包模式[3]，属于一种交钥匙项目。工程总承包企业需按合同约定承担设计、采购、施工等工作，并需要对工程项目的质量、工期、造价及安全作出全面负责。EPC总承包具有以下特点：（1）项目整体经济性较高；（2）EPC总承包商在项目实施过程中处于核心地位；（3）业主工作量大幅降低。

2风险分析

本研究将采用初始清单法、风险调查法及专家调查法对EPC模式下国外有色金属工程建设项目投标报价的风险因素进行识别。基本的研究思路：首先，根据《设计、采购、施工（EPC）/交钥匙工程合同条件》与《FIDIC施工合同条件》，识别出EPC模式下一般工程建设项目共有的风险因素；其次，针对有色金属工程项目采用专家调查法等进行补充与修正；最后，分类整理得出EPC模式下国外有色金属工程项目风险清单，如表1。对于特殊的有色金属工程项目类型可能会产生其特殊的风险因素，这些内容在本文中均不做特殊讨论。

图1风险清单

3风险应对

EPC模式下国外有色金属工程项目承包商在投标时的风险应对措施包括以下方面：

（1）深入调查项目所在地的政治、经济情况及法律法规。总承包商在投标时需要深入调查其政治、经济方面的稳定状态，可以将相应的风险费用计入投标报价中。例如：工程项目所在地的海关清关手续情况、进出口及外汇管制情况、建设及后续的投产运营是否必须雇佣当地劳工等。在调查之后，记录存档，并将相应的风险费记入投标报价[4]。

（2）提高现场勘查及考察的全面性及技术含量。有色金属工程项目承包商在时间及费用等条件允许的状况下，应提高现场考察的全面性及技术含量，不仅应详细考察、证实现场的地质地基、水文气候、地下管线等条件，而且还应该详细考察诸如税费政策、用工政策、市场价格水平、运输条件及建设条件等关键报价因素。

（3）仔细研究业主所要求的EPC模式范围。EPC模式范围相当于业主的任务书，详细记录了设计任务、厂房建设及安装内容、基础设施建设等工作范围等，是总承包的基本依据。因此，必须对其进行仔细研究，如有必要可展开质疑，尤其是对工程范围、拟定功能、检验标准等重要部分，更应明确表达，以求减少因“工程范围不明确”，“拟定功能未达到”等问题给造成不必要的损失。

（4）技术标中适当增加供货商名录。有色金属工程项目的设备费占总造价相当大的比重，如果供货商产生供货问题将直接影响到项目的进度及成本，造成承包商的损失。因此，承包商在投标时可在技术标中适当增加供货商名录，这样在某些供货问题发生时，承包商可通过选择名录中的其他供货商降低自身风险。

（5）对依据基础设计完成的投标报价予以修正。商务标是在项目投标阶段的基础设计基础上框算得到的，通常与项目完工后的最终设计产生相当大比重的误差，为弥补该部分误差、考虑一定的利润空间以及部分不可预见费用，在国外有色金属工程项目的投标报价中可按照一定系数将该项费用计入，以化解这项风险。

4结语

本研究采用一定的风险识别方法，以FIDIC合同条件为研究基础，识别出风险因素清单，并据此提出相应的应对措施，研究结果给出了我国有色金属工程相关企业在EPC模式下国外工程项目投标报价时应借鉴之处。

[参考文献]

[1]王卓甫.工程项目风险管理――理论、方法与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2003：197-234.

[2]何丽环.EPC模式下承包商工程风险评价研究[D].天津：天津大学，2008.

[3]张水波.国际工程承包的一种新型合同模式―EPC合同[J].中国港湾建设，1999，（4）：47-49.

[4]安立志.EPC总承包项目的风险管理研究[D].北京：华北电力大学，2007.

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关键词：选择性激光烧结；高分子粉末材料

中图分类号： F406 文献标识码： A

0前言

目前 SLS 高分子粉料的制备工艺处于行业保密状态，没有完整、公开的工艺流程可供参考，本文根据高分子粉末的制备方法，通过资料分析，总结出了低温粉碎法和溶剂沉淀法两种可行的 SLS 高分子粉料的制备方法和工艺流程。合理的工艺参数组合是获得良好成型质量的关键，成型工艺参数的设置和材料的性能有关，

1选择性激光烧结材料的概况

烧结材料是 SLS 技术发展的关键环节，它对烧结件的成型速度和精度及其物理机械性能起着决定性作用，直接影响到烧结件的应用以及 SLS 技术与其他快速成型技术的竞争力。因此，在 SLS 技术方面有影响力的公司如 3D（DTM）、EOS 公司都在大力研究并提供激光烧结材料，有很多科研机构和一些从事材料生产的专业公司也加入到激光烧结材料的研究开发当中。目前已开发出多种激光烧结材料，按材料性质可分为以下几类：金属基粉末材料、陶瓷基粉末材料、覆膜砂、高分子基粉末材料等。金属基粉末材料主要有两大类，一类是用聚合物作粘结剂的金属粉末，包括用有机聚合物包覆金属粉末材料制得的覆膜金属粉末及金属与有机聚合物的混合粉末。另一类是不含有机粘合剂的金属粉末，这类金属粉末可用大功率的激光器直接烧结成致密度较高的功能性金属零件和模具。金属粉末的直接烧结成型因工艺简单而倍受关注，但因烧结温度高，用激光烧结成型有较大的难度。陶瓷粉料的烧结温度很高，难以直接用激光烧结成型，因此，用于 SLS 工艺的陶瓷基粉末材料是加有粘结剂的陶瓷粉。在激光烧结过程中，利用熔化的粘结剂将陶瓷粉末粘结在一起，形成一定的形状，然后再通过后处理以获得足够的强度。目前陶瓷基粉末的激光烧结工艺尚不成熟，还没有实现商品化。

2 选择性激光烧结高分子粉末材料分类

2.1热塑性塑料粉

热塑性塑料粉又可分为晶态和非晶态两类，非晶态由于从熔融状态到固态没有结晶过程，故收缩率较低，成型工艺易于控制。玻璃化温度 Tg、粘流温度 Tf和材料的熔融指数是非晶态材料成型的三个重要的工艺控制参数。Tg与 Tf差值对成型过程材料的收缩变形有很大影响，而熔融指数直接影响成型零件的密度和强度。晶态成型粉料的特点是材料本身的模量和强度较高，同时在熔点以下粉末颗粒不会粘接，因而易于控制成型温度，获得较高密度的成型件。结晶类材料的缺点是从熔体到固体存在结晶相变，材料的收缩变形大，因此必须设法在烧结时给予补偿。对此类材料的成型，控制结晶的过冷区和速率是关键。现在已投入使用的结晶类成型粉料还不多，一般只是尼龙及共聚尼龙的粉料，由于结晶类成型材料具有较高的强度和韧性，有较大的发展潜力。

2.2热固性塑料材料

热固性塑料粉的成型过程是在激光的热作用下，材料分子间发生交联反应使粉体颗粒彼此粘接。最常用的热固性材料是环氧树脂和酚醛树脂，此类材料一般不能单独使用，它们可以作为粉末颗粒间的粘结剂。因此树脂颗粒在母体材料表面的包覆状态是至关重要的。热固性树脂的优点是零件变形小，尺寸稳定，价格低廉，缺点是固化反应时间一般高于激光扫描停留时间，因此来不及充分反应，零件的初始强度往往较低，需要做后期固化处理。现在较成熟的热固化成型材料是覆膜树脂砂，可用于铸造成型的型芯和型壳。

3选择性激光烧结高分子粉料烧结件的用途

由于 SLS 技术的灵活性和快捷性，它的应用领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、艺术、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。

3.1制造业领域

在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，其核心部件一般均为金属零件，而且相当多的金属零件是非对称性的、有不规则的曲面或结构复杂且其内部又含有精细结构。这些零件的生产常采用铸造或解体加工的方法。在铸造生产中，模板、芯盒、压铸模的制造往往是用机械加工的方法完成的，有时还需要钳工进行修整，不仅周期长、耗资大，而且从模具设计到加工制造是一个多环节的复杂过程，略有失误有时甚至要全部返工。特别是对一些形状复杂的铸件，如叶片、缸体等模具的制造更是一个难度相当大的问题，在加工技术与工艺可行性方面仍有很大困难。可以设想，如果遇到此类零件的样品或小批量生产，其制造周期、成本及风险是相当大的。

3.2新产品开发过程中的设计验证与功能验证

RP 技术可快速地将设计的 CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题可及时修改。如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产，则一旦设计失误，将会造成极大的损失。例如，家电及通讯产品的外形、结构设计，装配试验、功能验证，模具制造等；为客户提品样件，进行市场宣传等，快速成型技术已成为并行工程和敏捷制造的一种技术途径。

3.3医疗、人体工程、文物保护领域

医疗器械的设计、试产、试用。以医学影像数据为基础，把 CT 扫描信息实物化，利用 RP 技术制作人体器官模型作为医疗专家的可视模型，进行模拟手术或对特殊病变部分进行修补，人体骨关节的配制，文物的仿制等。

4 结语

目前，国内使用的 SLS 高分子粉料仅限于 PS、PA、PC 等粉料，大多数是各研究单位针对自己研发的 SLS 设备而研制的，成本较高，对设备的依赖性强，并且成型性能不稳定，成型件表面粗糙，表面硬度和强度不高。成型粉料和成型工艺是获得良好烧结成型质量的关键，SLS 高分子材料和工艺的改进研究仍有以下工作要做： 1.需要研制出更多种类、不同用途的粉料，逐步扩大 SLS 技术的工业应用领域。SLS 成型粉料的开发和生产应向商品化、系列化、规模化方向发展。国内目前尚无专业的快速成型材料制造商和销售商，各快速成型技术的研发单位开发的粉料品种比较单一，工艺适应性较差，不便于推广应用。2.开发高性能、低成本、低污染的高分子粉料，改变目前价格昂贵制约工业应用的现状。

参考文献

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[关键词]水雾化；预合金粉末；应用；问题

中图分类号：TQ164 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0151-01

1 引言

最近几年，在我国的金刚石制品中，金属预合金粉末的重要性日益凸显，在所有的金属预合金粉末中，水雾化预合金粉末占据了4/5，与普通的预合金粉末相比，水雾化预合金粉末具有较多优势，比如成分多元化、活性较高、产量较高、价格相对较低等，所以得到了普遍应用。在我国金属粉末发展缓慢的现状下，国内的超硬材料制品如果不创新很难实现长远发展，预合金粉末的出现很好地缓解了这一问题，为超硬材料制品的发展提供了新的机遇。在我国，雾化预合金粉末的发展则需要扬长避短，强化在质量稳定性、冷压成型性及应用指导方面的研究开发，才能突破应用瓶颈，实现全产业的规模化推广应用，形成有民族特色的产业发展道路。

2 目前的发展及应用情况

我们都知道，金属预合金粉末需要经过科学的制备才能投入应用，制备过程是不允许出现差错的，常用的制备方法比较多元化，目前已经投入使用的预合金粉末大都是通过化学共沉淀法、雾化法以及电解法等制备的，其中应用范围最广的则是水雾化制备法制备出的预合金粉末，其可以分为两种，一种是基础二元合金，另一种则是较为专业的三元及以上合金。由于目前市场上应用量较大的是基础二元合金FeCu30、FeCu40，所以大多数生产厂家以此类合金为主要生产对象。

现在市场上普遍应用的是基础二元合金，主要是由于其生产流程简单并且价格相对较低，生产出的超硬材料质量较高，便于使用，占据整个市场应用的一半以上。具体应用现状见下表1。

3 发展过程中存在的一些问题

尽管水雾化预合金粉末在我国的发展迅速，但我们不难发现其在应用过程中依然存在一些问题，比如质量是否稳定、磨损程度如何、制品质地是否均匀等。其中影响其在超硬材料中应用的主要因素是自身的颗粒数量较大，制约其自身的冷压成型，还有就是其余金刚石之间的磨损适配较难。

4 发挥金属预合金粉末对超硬材料的作用

在没有创新之前，我国的超硬材料制品一直以来都是应用单质金属粉末进行生产，直到出现了预合金粉末，特别是价格较低的水雾化预合金粉末出现之后，引领了我国超硬材料制品的新发展。然而要想实现新型预合金粉末对超硬材料的高效应用，我们仍然需要不断完善，大力推广，以求其更好的发挥对超硬材料的作用，具体做法如下：

4.1充分发挥细颗粒粉末对超硬材料的作用

上文中已经提到了，细颗粒粉末能够更好的提升预合金粉末的作用，使生产出来的超硬材料制品质地更加均匀、稳定，还能进一步降低胎体的磨损程度。当然任何事物都有一个度，颗粒过细也不好，其粒度的控制必须考虑制品现行的压制工艺装备、模具结构型式、烧结工艺装备等方面的特点及与其它种类粉末配合应用时在粒度、化学活性等方面的匹配性。现阶段，国内主要以-200/- 300目的粉末为主，- 400目以细的粉末用量较少。随着雾化技术工艺的进步，细颗粒合金粉末的成品率会逐步提高，生产成本也会逐渐下降，-400目以细合金粉末的应用比例会逐步提高，并将发挥更大的应用潜力，这也是水雾化预合金粉末的一个重要发展方向之一。

4.2 充分发挥低氧高活性粉末对超硬材料的作用

影响预合金粉末烧结活性的因素有很多，其中比较重要的因素是合金自身的结构、粒度以及氧含量等。最后一项氧含量直接关系到合金粉末的稳定与否，也影响着合金烧结活性的高低。针对不同的合金来说，氧含量数值是不同的，铁一铜基础类水雾化预合金粉末的氧含量通常控制在3000 X 10-6左右。无论是预合金粉末还是单质金属粉末，其氧含量越低，烧结活性越高，越有利于获得高质量的烧结胎体。但氧含量的控制，必须考虑生产、包装、运输、储藏、制品工艺等多种因素，将其控制在稳定合适的范围内。低氧、高活性是水雾化预合金粉末的渐进发展方向之一。

4.3 充分发挥高冷压成型性粉末对超硬材料的作用

要想不断提升水雾化预合金粉末在超硬材料制品的应用，我们还需要解决冷压成型差的问题。对此我们可以充分发挥自动冷压机的作用，提升生产效率，确保生产质量，提升成品的持续高质量生产，提升其冷压成品率。目前，各类水雾化预合金粉末的松装密度普遍偏高，通常为3. 0-4. 2g/cm3，因而限制了其在配方中的应用比例一般不超过45%，对于松装密度>3. 5 g/cm3的粉末，其应用比例更低。因而，减少球状/类球状粉末颗粒数目，降低松装密度，改善粒度分布状态，以获取良好的冷压成型性，是水雾化预合金粉末而临的首要问题，也是今后应着力改善的重点发展方向。

4.4 充分发挥低锡/无锡化粉末对超硬材料的作用

在传统的金属粉末中，锡元素是必要组成成分之一，在经过改良后的预合金粉末中也含有少量的锡元素，这样做的主要目的就是提升胎体与超硬材料制品之间的磨损适配性，原理就是加入锡元素后能够提升预合金粉末的烧结活性，完善其组织结构，降低烧结温度，提升磨损技能。但Sn的加入，也同样带来了很大的负而影响：显著降低了烧结胎体的抗冲击能力及高温热硬性，尤其是对工程薄壁钻头、地质钻头及钢筋混凝土切割锯片等对胎体的强韧性、热硬性、磨损性要求较高的制品，Sn的负而影响尤为显著。因此，从提高烧结胎体的综合机械性能（强度、硬度、耐磨性等）的角度出发，获取细颗粒、高活性的低锡/无锡化预合金粉末，也是今后水雾化预合金粉末的重要发展趋势。

5 总结

综上所述，水雾化预合金粉末有着普通单质金属粉末不可比拟的优点，其中最突出的优点就是价格较低，质量较为稳定，把其应用在超硬材料制品中能够增加超硬材料制品的发展机遇，为超硬材料制品的推广奠定了扎实的基础。但是它在发展过程中也出现了一些问题，这些问题的出现制约着其自身的应用，水雾化预合金粉末的应用远远比不上单质粉末在超硬材料制品中的应用广泛，要想更好地发挥其在超硬材料制品中的应用还需要我们的共同努力。

参考文献

篇7

你知道吗，每次“因”与“果”的相互转换，都有助于我们做出很多发明作品。

在木材加工过程中，难免会产生刨花和锯末，如果弃之不用，很可惜。一位研究人员反过来设想：何不将刨花和锯末还原为木材？结果，通过再加工而成的新型木材刨花板、锯末板出现在我们的生活中。

人们在金属加工领域移用还原技术，将金属加工过程中产生的各种碎料与屑末加工成粉末，发明了一种全新的制坯技术——“热电静压”。

所谓“热电静压”，是在高温高压下将金属粉末直接压注成零件毛坯的一种新工艺。其过程是，将金属粉末填入一个包套内，然后送入热静压机中，用压缩的氩气作介质，施加100～2000个大气压，并将温度升至1000℃～1700℃，经过数小时以后，合金粉末熔结成尺寸接近零件尺寸的毛坯。这样，只要稍作切削加工就可得到零件，从而大大节约了原材料，降低了成本。

家具制造行业再移用“热电静压”技术又生产出可以一次成型的压模家具。

以“果”溯“因”，以相类的“果”去反推那些相类的未知原因，再以“因”推断多个结果，在诸多因果转换中，我们可以发现创意，进而发明出创新作品。

在研究问题或创新发明过程中，我们不妨试一试这种因果互易的方法——因果互易创新法。不过在运用时，我们可以从以下几个方面来把握：

1.回归变易

回归变易，即依照逆时间的次序去思考问题。

例如，当新潮家具涌向市场时，有识之士却瞄准仿古家具；当电子手表在市场上处于饱和状态时，一些厂家将改造过的机械手表推向市场，受到了追求特色的人士青睐；当港台歌曲风行大陆之际，中国唱片公司顺着时间之链反推，变“果”为“因”，推出新时代的颂歌，创下当年录音磁带发行的新纪录。

2.功能交易

功能变易，就是从产品性能、质量等功能要素方面进行变易思考。例如质高耐用消费品曾很受特定消费群的喜爱，但有商家推出一次性餐具、一次性打火机、一次性钢笔等，也在消费市场上占有很大的席位。

3.结构变易

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1 试验

1. 1 W-10Cu 粉末的性能检测

本试验采用厦门虹鹭钨钼工业有限公司自主研发的超细 W-10Cu 复合粉末，并对其性能进行表征。其化学成分检测结果如表 1 所示。通过扫描电镜( SEM) ( S3400N 型) 观察 W-Cu复合粉末的微观形貌，如图 1 所示。可以看出粉末的粒径为 400 ～ 600nm，但团聚比较严重，从照片中较难区分出 W 相和 Cu 相。对复合粉末的颗粒截面进行扫描电镜( BSECOMP) 分析( 见图 2) ，可以看出，在一个团聚的小颗粒中 W 相和 Cu 相均匀交错分布。W-10Cu 超细复合粉末的物理性能如表 2 所示，其中粉末粒度分布采用激光粒度分析仪( Maste-rsizer 2000，Malvern) 检测。

1. 2 喂料制备

在超细 W-10Cu 复合粉末的喂料制备过程中采用石蜡-聚合物体系的粘结剂，该粘结剂的成分包括51wt% 的石蜡、30wt% 的聚丙烯、16wt% 的聚乙烯以及 3wt%的硬脂酸。喂料的装载量( 喂料中金属粉末所占的体积分数) 由转矩流变仪确定。混合腔内温度设定为 155℃，转子转速为 60rpm。由于此超细W-10Cu 复合粉末的流动性较差，故在喂料制备过程中其装载量从较低的 40vol%开始捏练，即最初将1 012. 2g W-10Cu 复合粉末和 80g 粘结剂加入混合腔内，通过每次向混合腔内添加一定量的金属粉末来逐步提高其装载量( 每次添加 1vol%) ，试验表明该粉末的临界装载量为 47vol%。为了使喂料在注射过程中具有较好的流动性，在注射试验中实际装载量为 45vol%。

1. 3 注射成形

将做好的喂料通过特定的模具分别注射成测量热膨胀系数和热导率系数所需的试样毛坯。注射所用设备为德国 Arburg 公司制造的 All rounder 360S型注射机，注射过程中的工艺参数如表 3 所示。

1. 4 脱脂和烧结

注射后的生坯先后通过溶剂脱脂和热脱脂 2 步脱脂过程: 1) 将注射生坯于 37℃完全浸入正庚烷内保持 12h，在这一过程中，有近 48. 9%的粘结剂从生坯内脱除; 2) 将溶剂脱脂后的生坯放入脱脂炉内，在 500℃ 和 900℃ 分别保温 90min，升温速率为1. 5℃ / min，脱脂气氛为 H2。经此 2 步骤得到脱脂坯，将脱脂坯分别在 1 300℃、1 350℃、1 400℃ 和 1450℃ 的峰值温度下保温 90min，升温速率为 3. 0℃ /min，烧结气氛为 H2，考察粉体的致密化行为。

1. 5 性能检测

W-10Cu 烧结体的密度采用阿基米德法 ( H2O介质) ( AL204 model，Mettler Toledo) 测量，并计算出其相对密度; 通过将烧结体进行切割、打磨、抛光以及腐蚀等处理后对其进行微观形貌分析; 利用激光闪光法( LFA 447 Naoflash，Netzsch) 测量烧结体在室温下的热扩散系数，从而计算出其热导率; 通过热膨胀分析仪( Unitherm 1 161V，Anter) 测量其热膨胀系数; 同时对比分析渗 Cu 工艺和通过超细复合粉末 MIM 工艺得到的 2 种 W-10Cu 复合材料性能的差别。

2 结果与分析

2. 1 烧结温度对致密度的影响

图 3 所示是脱脂坯分别在 1 300℃、1 350℃、1400℃ 和 1 450℃ 烧结后所得制品的密度曲线。从图3 可以看出，随着烧结温度的升高，W-Cu 合金的密度呈现先升后降的变化趋势。在 1 400℃以下时，随着温度的升高，W-Cu 合金的密度逐渐上升，而当温度超过1 400℃以后，其密度反而开始降低。分析造成这一现象的原因可能是由于当温度过高时，Cu 相从W 基体中渗出，造成 W 相发生偏析及孔洞的生成，导致致密度下降。因此，1 400℃是最佳的烧结温度，此时经注射成形的 W-10Cu 合金一次烧结后密度达到17. 16g / cm3，相对致密度为99.31%，已基本全致密。

2. 2 注射成形制品和渗 Cu 制品的微观结构对比

图 4 和图 5 分别是采用超细复合粉 MIM 和传统渗 Cu 2 种工艺所得制品的金相照片和扫描电镜照片。可以看出: 利用超细 W-10Cu 复合粉末经注射成形得到的烧结样几乎无孔洞且两相分布均匀，烧结后 W 晶粒的尺寸为 2 ～3μm，Cu 相则均匀地分布在 W 晶粒之间并形成 Cu 网络。由于 W-10Cu 烧结体中 Cu 的体积分数相对较低( 19. 3vol%) ，使得渗 Cu 过程变得困难。因此，通常采用较粗的 W 粉制成 W 骨架，使其中含有利于Cu 渗入的连通通道。从图中可以看出，W 晶粒为 5～ 15μm。在合适的渗 Cu 工艺下，所得合金也几乎无孔洞存在。对比 2 种工艺所得制品的微观结构，可以发现，采用超细 W-Cu 复合粉 MIM 得到的烧结制品中 W、Cu 两相分布相对更加均匀，这有利于其热学性能的提高。

2. 3 W-10Cu 烧结体的热学性能

将超细复合粉末 MIM 所得制品( 1 400℃烧结)和渗 Cu 制品分别加工成测试样进行检测，热导率的检测结果如表 4 所示。可以看出，尽管渗 Cu 样和注射样的相对密度都超过 99%，但注射样的导热系数为 215W/( m•K) ，远高于渗 Cu 样的 180W / ( m•K) ，这主要是由于其微观结构的差别引起的。图 6 为 2 种不同成形方式所得合金的热膨胀系数随温度的变化曲线。可以看出，随着温度的逐渐升高，2 种不同成形方式所得合金的热膨胀系数均呈现出先降低再逐渐升高的趋势，且都在 150℃ 左右达到最低值，随后 2 者都开始逐渐升高，注射样比渗 Cu 样的热膨胀系数更稳定，变化幅度更小。文献［16］报道的 MIM W-10Cu 的热导率在209 ～220W / ( m•K) ，热膨胀系数为 6. 7 × 10－ 6℃－ 1，与本研究的结果基本一致。

篇9

关键词：粉末材料 药型罩 石油射孔弹

一、引言

石油射孔弹是油气田开发过程中使用的一种用于沟通油井套管和油气层的爆炸物。其作用是在油井套管、水泥环和油气层之间产生一条油气流动的通道，使油气沿此通道进入油井套管中。随着石油天然气开采技术的深入发展，油气层类型更复杂，为了提高油气井的产能，必须提高射孔弹的性能。

二、计算模型及材料模型

1.计算模型

石油射孔弹的爆炸作用过程是一种多物质相互作用的大变形运动，它包括装药爆炸、药型罩压垮、射流形成及拉伸等过程，用Lagrange方法难以准确模拟。因此，本文采用多物质ALE方法和运动网格法来进行模拟。而对于ALE方法而言，除了聚能装置外，还需建立足以覆盖整个射流范围的空气网格。有限元网格模型采用1/4结构，并在模型的边界节点上施加压力流出边界条件，避免压力在边界上的反射。

计算模型采用某型射孔弹，壳体外径44mm，内径36mm，采用50°-47°锥角变壁厚药型罩。

2. 材料模型

装药压装炸药，其中HMX含量为97%，其主要参数分别为：ρ=1.8g/cm3，D=7.94km/s，PCJ=31GPa，数值模拟中，炸药采用JWL状态方程来精确描述在爆炸驱动过程中爆轰产物的压力、体积和能量特性：

三、计算结果分析

图1给出了用LS-DYNA程序计算的粉末药型罩材料射流形成及其穿靶动态过程。对紫铜和粉末药型罩射孔弹进行数值模拟后（图2）分析得知，粉末材料的药型罩的穿孔深度相比紫铜药型罩大大提高，模拟结果可以看出（图3）：该粉末药型罩在枪壁上产生的孔径较小，在套管上产生的射孔直径较大，这种效果更适合油田的实际开采要求。在有枪身射孔器射孔之后，射孔枪一般要从井中取出，在套管上产生的射孔孔眼则是产油的主要入口，因此，大孔径射孔弹设计的主要目的就是在一定的穿深条件下，尽可能在套管上产生足够大的孔眼。在一定的装药量前提下，产生的总能量基本相当，所以适当减小在射孔枪壁上产生的孔径，把能量用于增大套管上的射孔孔眼的设计，对大孔径射孔弹而言是比较合理的。

由上面分析结果可知，铜、钛和铋粉末材料可以作为药型罩材料，它在破甲穿孔方面比传统的铜药型罩具有更优的扩孔能力，孔深和孔径均比常规药型罩产生的射流效果明显，而且能够实现无杵体的特殊要求，粉末材料的这一特殊性能使其在石油射孔弹上的应用成为可能。

对三种粉末材料进行了分析之后发现，钛的成分对其药型罩穿孔影响最大，而压装密度和均匀性对射流的稳定性影响较为明显，因此为了研究材料对穿深的影响，根据钛的成分（质量百分数分别为60%、50%和40%）的不同设计了三种粉末材料配方，对不同配比的药型罩进行了数值分析计算，结果见图4。不同材料配比药型罩形成的射流对穿深的影响较为明显，最大穿深达183mm（配比1），配方3则穿深较小，仅152mm。这是由于钛合金本身优质的耐热性高、韧性好以及与炸药的冲击阻抗匹配等特点所决定，在添加一些铋和紫铜以及其它材料成分，能改善其射流的稳定性和穿孔性能。

四、结论

本文运用LS-Dyna软件对粉末药型罩的射流成型和穿靶过程进行了数值模拟研究，与常规紫铜药型罩相比，穿深具有较大幅度的提高，且粉末药型罩不会发生杵堵现象。同时对铜钛铋三种不同粉末材料在不同配比下的药型罩进行了数值模拟计算，计算结果显示，不同配比对穿深的影响较为明显，穿深相差较大（约31mm左右）。研究结果对射孔弹药型罩设计提供一定的参考，为其材料的选择和优化提供设计依据。

参考文献：

[1] 王海东，孙新波.国内外射孔技术发展综述[J].爆破器材，2006，35（3）：33-36

[2] 石前.大孔径射孔弹设计及其侵彻性能研究[D].北京：北京理工大学，2004

[3] 韩欢庆，姜伟，张鹏等.金属粉末在药型罩中的应用.粉末冶金工业，2004，14（3）：1-4

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【关键词】绿色制造；机械制造工艺；开发策略

中图分类号：S220.6

1.绿色制造概述

1.1概念

绿色制造.又被称为环境意识制造或面向环境的制造，是一个系统地考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。绿色制造的目标是使得产品从设计、制造、包装、运输.使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小.资源效率最高.并使企业经济效益和社会效益协调优化。这里的环境包含了自然生态环境.社会系统和人类健康等因素。

1.2绿色制造的结构体系

绿色制造的核心内容是产品制造过程中，使用绿色材料和清洁能源，通过绿色设计.生产绿色产品.最终建立具有可持续性的产品生产和消费模式。绿色制造主要由三大部分组成：绿色设计.清洁生产和绿色再制造。

2.绿色机械制造工艺的类型

2.1节约资源的工艺技术

原材料（尤其是一些不可再生的金属材料）的大量消耗.将不利于全社会的可持续发展.因此.机械工业应积极推广资源消耗少的绿色工艺技术，通常可采取以下绿色工艺技术。

2.1.1绿色材料

绿色设计与制造所选择的材料既要有良好的使用性能.又要与环境有较好的协调性。为此，可改善机电产品的功能.简化结构.减少所用材料的种类：选用易加工的材料、低能耗、少污染的材料，可回收再利用的材料，采用天然可再生材料。

2.1.2少无切削技术

随着新技术、新工艺的发展，精铸、精锻、摆辗等成型技术和工程塑料在机械制造中的应用日趋成熟，从近似成型向净成型方向发展。有些成型件不需要机械加工，就可直接使用.不仅可以节约传统毛坯制造时的能耗、物耗，也大大减少了产品的制造周期和生产费用。

2.1.3节水制造技术

水这种宝贵的资源在机械制造中起着重要的作用。但由于我国北方缺水，从绿色可持续发展的角度，应积极探讨节水制造的新工艺。

2.1.4新型刀具材料

减少刀具材料消耗，尤其是复杂、贵重刀具材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要途径，对此可采用新型刀具材料，发展涂层刀具。

2.1.5回收利用

绿色设计与制造，非常看重机械产品废弃后的回收利用，它使传统的物料运行模式从开环式变为部分闭环式。产品生产厂家对回收可再利用的元器件，进行选择、回收和再利用等处理。

2.2节省能源的工艺技术

加工过程中要消耗大量的能量，这些能量一部分转化为有用功，而大部分则转化为其他能量形式而消耗掉。消耗掉的能量总是伴随着各种各样的有害损失。目前，可采取以下绿色技术。

技术节能。加强技术改造，提高能源利用率，如采用节能型电机，淘汰能耗大的老式设备。

工艺节能。改变原来能耗大的机械加工工艺，采用先进的节能新工艺和绿色新工装。

管理节能。加强能源管理，及时调整设备负荷，消除滴、漏、跑、冒等浪费现象，避免设备空车运转等。

适度利用新能源。可再生利用，无污染的新能源是能源发展的一个重要方向。

绿色设备和制造装备将向着低能耗，与环境相协调的绿色设备方向发展。现在已出现了干式切削加工机床、强冷风磨削机床等。绿色化设备减少了机床材料的用量，优化了机床结构，提高了机床能效，不使用对人和生产环境有害的工作介质。

2.3环保型工艺技术

生产过程是一个输入输出系统，当系统输入所要求的要素时，系统输出除最终产品外，还会输出对环境、操作者等有影响或危害的物质，如废液、废气、废渣、噪声等。环保型工艺技术就是通过一定的工艺手段，使其尽可能减少或完全消除，提高系统运行效率。可从以下方面考虑：

2.3.1减少大气污染

2.3.2减少水污染

2.3.3减少其他污染

3.绿色制造工艺的开发策略

由于切削和磨削是目前获得零件尺寸和形状的主要手段，其主要优点是可以得到极高的尺寸和形状精度，以及很小的表面粗糙度，其主要缺点是浪费原材料，加工效率低，对零件的表面材料性质有一定影响，且能耗大，切（磨）屑难于处理，即使能处理，其处理成本也很高，对环境又有污染（切、磨削液的用于排放、加工中挥发的烟雾等）。因此，对绿色机械加工工艺（干式切削、干式磨削等）的研究既具有理论意义，又具有广泛的实际意义。

3.1采用电子技术改造旧机床

旧机床改造的主要目的是：提高机床的加工精度和效率，减轻操作劳动强度、扩大机床的功能，提高自动化程度和工作可靠性等。通常采用的电子技术有：数显技术.可编程序控制器（PLC）技术，数据技术，变领调速技术等。

3.2干切削技术

材料切削是常规的机械制造工艺，通常是有切削液条件下的湿切削。实践证明，使用和清除切削液的费用已明显高于刀具的费用，此外还有切削液的环境污染问题干切削技术在不使用切削液的条件下进行。切削液传统的排屑、冷却、作用己逐渐由刀具设计与制造及其它方法所代替。

3.3冷辗扩技术

最初的冷辗扩技术只能做到辗扩和成型，达不到精度要求。随着数控和比例技术的发展以及材料性能的改进，冷辗扩工艺得到了重视和发展。

80年代末出现了一种新的机型。其工作原理是一个用于生产外轮廓的驱动的外模具（辗压轮）和――个用于生产内轮廓的被动的内模具（芯轴）在滑座的运动下由支撑轮挤压在一起。套圈壁受辗压而局部开始向径向和切向滚动，并最终在整个直径上变薄，使得套圈扩径并成型。与传统方法相比，这一方案不采用压力控制，而是通过计算机数控根据轮廓，材料和直径来控制壁由厚变薄。这一改进不仅扩大了应用范围，更提高了加工精度。套圈的圆柱度由原来的0.5毫米缩小到0.04毫米.直径公差过去为0.2毫米.现在小于0.08毫米。可以说，冷辗扩工艺步骤少.节约原材料。

4.金属粉末注射成型工艺

金属粉末注射成型（MIM―――MetalPowderInjectionMoulding）是传统粉末冶金工艺与塑料成型工艺结合的新型工艺。该工艺的基本过程是：金属粉末与有机粘结剂均匀混合成具有流变性的膏状混合物，然后在注射机上注射成型。得到的成型毛坯经过脱除粘结剂和烧结，烧结后的零件进行磨光和表面硬化处理。该工艺不仅具有工序少，无切削或少切削、经济效益高等优点，而且克服了传统粉末冶金工艺材料密度低、材质不均匀、机械性能低、薄壁不易成型和结构件复杂的缺点。适合于注射成型的材料非常广泛，如碳钢、合金钢、工具钢、不锈钢、难熔合金、硬质合金、碳化硅、高比重合金、高温合金等。还可根据用户的要求进行材料配方研究，制造任意组分的合金材料。

【参考文献】：

【1】王江慧.绿色制造技术在机械加工中的应用【J】.硅谷，2009，（05）

【2】孙建彪.发展绿色制造势在必行明【J】宁夏机械，2006，（02）.