徐雅芬，何佳洪，余果，黃林

（1.上海航天控制技術(shù)研究所，上海 201109；2.四川大學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610065；3.四川有色金源粉冶材料有限公司，四川廣漢 618300）

隨著我國(guó)“載人航天工程”“探月工程”“深空探測(cè)工程”“空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程”的持續(xù)開(kāi)展，對(duì)于新型高比重平衡器件的需求將越來(lái)越大。本研究所研制的高比重平衡器件將大規(guī)模應(yīng)用于航空工業(yè)和衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，屬于國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)一高端裝備制造領(lǐng)域。

航空工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和大國(guó)崛起的標(biāo)志，具有政治、國(guó)防、科技和經(jīng)濟(jì)四種意義，更是參與世界舞臺(tái)的制高點(diǎn)。它不僅推動(dòng)了世界科技進(jìn)步，更帶動(dòng)了全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，因此被稱(chēng)為“工業(yè)之花”［1］。2014年以來(lái)，我國(guó)自主研制的大型C313民用直升機(jī)首飛成功，ARJ21支線飛機(jī)全面進(jìn)入高強(qiáng)度取證試飛階段，單通道C919大飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)取得突破，充分證明了我國(guó)航空工業(yè)在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)取得了重大突破，同時(shí)為我國(guó)航空工業(yè)全球市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)民航總局預(yù)測(cè)，未來(lái)我國(guó)僅大型客機(jī)的需求量就達(dá)3,272架，價(jià)值4,395億美元。民航總局預(yù)測(cè)，到2021年我國(guó)各類(lèi)通用航空飛機(jī)的需求為10,000～12,000架，未來(lái)5～10年，其增長(zhǎng)率將達(dá)到30%［2］。我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前逐漸從軍事領(lǐng)域拓展到了民用消費(fèi)領(lǐng)域，已經(jīng)成為繼信息產(chǎn)業(yè)、移動(dòng)通信的第三個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，2003年～2009年7年間年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)了58.5%［3］，到2009年民用消費(fèi)領(lǐng)域的產(chǎn)值占衛(wèi)星導(dǎo)航行業(yè)的90%以上，軍事領(lǐng)域僅占10%左右，民用消費(fèi)領(lǐng)域已成為衛(wèi)星導(dǎo)航行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向。隨著民用消費(fèi)升級(jí)和自主研制北斗二代衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的逐步建立，未來(lái)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品市場(chǎng)仍保持近30%的高速增長(zhǎng)。

高比重合金具有一系列優(yōu)異的物理機(jī)械性能，所以本世紀(jì)30年代中期問(wèn)世后立即引起全世界的重視，特別是在軍事工業(yè)和其它尖端科學(xué)技術(shù)方面得到廣泛的應(yīng)用［4］。目前，包括美、俄、英、法、日、德國(guó)、奧地利、瑞典、加拿大等工業(yè)較發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)高比重合金研究和生產(chǎn)已經(jīng)遍及。高比重合金已被廣泛的應(yīng)用于以下領(lǐng)域：宇航及飛機(jī)制造工業(yè)中的陀螺儀、副翼、轉(zhuǎn)向舵和直升飛機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片等的平衡系統(tǒng)；軍事工業(yè)中的穿甲彈、導(dǎo)彈的導(dǎo)航儀、坦克高壓油泵調(diào)速器、艦艇上用的液浮陀螺和貯液缸、火箭燃油器等的調(diào)節(jié)系統(tǒng);核潛艇、防御系統(tǒng)、射線貯器、熱電發(fā)生器等的核磁屏蔽;石油鉆探及儀表中的高速旋轉(zhuǎn)慣性體、調(diào)速器的平衡錘、石油鉆機(jī)中的平衡錘、測(cè)深錘等。由此可見(jiàn)，研究新型航空航天高比重平衡器件工藝制備技術(shù)是為了滿(mǎn)足國(guó)家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的需要，更是為了滿(mǎn)足國(guó)家軍事工業(yè)發(fā)展需要，戰(zhàn)略目的意義重大。

本文通過(guò)研究粉體球磨混合技術(shù)、粉體造粒技術(shù)、新型粘結(jié)劑、高效脫除壓坯件內(nèi)粘結(jié)劑技術(shù)等確定國(guó)防專(zhuān)用高比重平衡件的生產(chǎn)工藝，創(chuàng)新研制一套系統(tǒng)、高效、節(jié)能、安全的新型的高比重平衡件工藝技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，提高其綜合性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

原料粉末:W、Ni、Cu粉都是通過(guò)還原法制得，粉末為不規(guī)則形狀，分別滿(mǎn)足Q/62071126-8302-20、GB5247 -2012、GB/T5246-2007標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表1。

表1 原材料技術(shù)要求

1.2 技術(shù)方案

1.2.1 工藝路線

本工藝通過(guò)研究粉體球磨混合技術(shù)及粉體造粒技術(shù)、新型粘結(jié)劑、高效脫除壓坯件內(nèi)粘結(jié)劑等技術(shù)，克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝產(chǎn)品成分不均勻、組織結(jié)構(gòu)差、物理機(jī)械性能低、不易成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，確定了圖1工藝路線。

圖1 工藝路線

1.2.2 粉末球磨混合技術(shù)

本工藝采用的球磨設(shè)備是RKBM三輥四簡(jiǎn)智能棒磨機(jī)。在主動(dòng)輥轉(zhuǎn)速180r/min的情況下，研究球磨時(shí)間對(duì)磨質(zhì)量、粉末粒徑的影響。通過(guò)多次試驗(yàn)，得出當(dāng)球磨罐的臨界轉(zhuǎn)速為131.11r/min時(shí)球磨效果最好。

1.2.3 新型粘結(jié)劑的研制

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)不同成分粘結(jié)劑流動(dòng)性、粘度及粉末顆粒的均勻性等的研究，確定粘結(jié)劑最優(yōu)配比，是以石蠟為基體，加入適量HDPE、EVA、DOP、SA粘結(jié)劑，實(shí)現(xiàn)蠟基粘結(jié)劑的改良，見(jiàn)表2。

表2 粘結(jié)劑組元比例

1.2.4 粉體造粒研制

粉體造粒工藝在成形工藝中至關(guān)重要，混合粉末顆粒的均勻性直接影響后續(xù)的工藝以及產(chǎn)品的性能。不均勻的混合粉不但會(huì)導(dǎo)致壓坯的成品率低，還會(huì)使溶劑脫脂中壓坯發(fā)生局部的鼓泡和起皮。本文采用粉末共混造粒技術(shù)，將球磨好的鎢粉、銅粉、鎳粉三種金屬粉末與配比好的新型粘結(jié)劑同時(shí)放入密煉機(jī)中進(jìn)行共混造粒，在共混造粒中觀察喂料扭矩的變化來(lái)判斷混合的均勻性，得到最佳共混工藝。然后采用擠壓法，將制備好的喂料擠出，得到均勻的喂料顆粒，既提高了壓坯成品率，同時(shí)也降低了壓坯在脫脂中發(fā)生局部的鼓泡和起皮情況。

1.2.5 快速?gòu)氐讖?fù)合脫脂的技術(shù)

為防止國(guó)防專(zhuān)用高比重平衡器件燒結(jié)時(shí)粘結(jié)劑蒸氣透過(guò)燒結(jié)爐保溫材料外溢，必須快速?gòu)氐着懦辰Y(jié)劑蒸氣，降低C對(duì)平衡器件組織結(jié)構(gòu)影響。通過(guò)多次試驗(yàn)最終確定孔隙散播技術(shù)，在傳統(tǒng)粉末冶金燒結(jié)爐內(nèi)安裝一套氣體分流系統(tǒng)，讓氬氣通過(guò)氣體分流系統(tǒng)均勻散布到每個(gè)角落又能從每個(gè)角落把粘結(jié)劑蒸氣均勻的吸走，同時(shí)結(jié)合氬氣載體作用，使粘結(jié)劑蒸氣流動(dòng)加快，保證了粘結(jié)劑的快速并徹底的排走，消除滲碳現(xiàn)象，保證高比重合金平衡器件具有優(yōu)異的組織結(jié)構(gòu)［5］。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

主要性能指標(biāo)與行業(yè)指標(biāo)對(duì)比，見(jiàn)表3。

3 結(jié)論

本文對(duì)國(guó)防專(zhuān)用高比重平衡器件通過(guò)近三年的研究粉體球磨混合技術(shù)及粉體造粒技術(shù)、新型粘結(jié)劑和高效脫除壓坯件內(nèi)粘結(jié)劑技術(shù)等首先確定國(guó)防專(zhuān)用高比重平衡件的生產(chǎn)工藝，同時(shí)規(guī)范了國(guó)防專(zhuān)用高比重平衡器件的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；創(chuàng)新研制一套系統(tǒng)、高效、節(jié)能、安全的新型的高比重平衡件工藝技術(shù)降低生產(chǎn)成本，提高材料綜合性能。