粉末霧化噴射成形制備顆粒增強金屬基復(fù)合材料

1、 維普資訊 外 ，沉 積 后仍有約 的熱能被 轉(zhuǎn)移到 顆粒 中。熱 量 向 顆 粒的轉(zhuǎn)移可 以增加冷卻速 度， 起到 細化 晶 粒的作用 。 最 后 ， 還 必 須 考 慮 顆 粒 在 固 態(tài)冷 卻 過 程 中 對 晶 粒 度 的 影 響 。 例如 ， 顆 粒 可 以降 低 冷 卻 過程 中 晶 粒 的 長 大 速 度 ， 使 最 終 的 晶粒 明顯 細化 。主 要 有 兩 方 面 的原因 （ ） 強化 相顆 粒存 在于 晶界 減少 了有效 晶界 面積， 因而減小 了總 的晶界 自由能 ，使 晶界 遷移 的熱 力 學(xué) 驅(qū) 動 力 降低 。 （ 強化 相 顆 粒存 在 于 晶 界 會 對 晶 ）

2、 界 遷 移 產(chǎn) 生 拖 曳 力 ，會 有 效 地 阻礙 晶 界 遷 移 。 圖 顆粒 對糌 末霧 化噴 射成 形過 程 中熱 交 換 的影 響 四 、粉 赤 霧 化 沉 積 的顯 微 組 織與 性 能 表 為顆粒強化 的一些主要 的應(yīng)用舉例及其相 應(yīng)的臺金基 體和 強化 相種 類 。鋁 由 于密度低 ，強度適 中，僅通過加入少 量強化相即可 明顯改 善其機械性能 ，而密 度值 與基體相 近 ， 因此成為研究 疑多 的 ； 體材料 。對超 輕型 結(jié)構(gòu)應(yīng)用， 作為 基材 較受 重 視 。在 高 溫 應(yīng) 用 方 面 ， 金 屬 間化 臺 物 為 基 的 有 較 大 的 吸 引 力 ， 但 其 高

3、熔 點 的 特 性 往 和 具 往給材 料 的制備帶來較大 困難 。 裹 顆 粒 強 化 的 主 要 應(yīng) 用 從原理上講， 粉末 霧化 噴射成形可制 體 （如 鋼 ， 金 屬 間 化 臺 物等 ）。 事 和 實上，這一工藝在犬部 分應(yīng) 用 中均獲 得 了令 人 滿 意 的 結(jié)果 。 為采 用粉 末 霧 化 圖 噴射 成 形 的含 不 同 類型 強 化 相 顆 粒 的鋁 基 典 型 顯 微 組 織。 的 。 圖 馬 為 氏體 時 效 鋼 中加 入 粒 的 顯 微 組 。 顆 織” 由此 可 見 粉 末 霧化 噴射 沉 積 可 適 用 于 制備 各種 不 同組 臺 （基 強化 體一 相 ）的 所

4、制威 的 材 料 中強 化 相 。 與 基 體 結(jié) 臺 良好 。尤 其值 得 一 提 是 該 工 藝 可 以 將本 質(zhì)上 是可 溶 的 強化 相 加 入 基 體 。通 過界 面 部 分 固 溶 或 反應(yīng) 可 以使 顆 粒 與基 體更 加 牢 固地 結(jié) 臺 起 來 ， 形成 所 （） （） （） 墨 和 （ 激 沖 戥 粉 ， 石 ） 維普資訊 謂的亞穩(wěn) ， 圖 （ 即為 一典 型的例子， 因為 在液 態(tài) 中本質(zhì) 上是 可溶的 ） “。 而在 圖中，激 冷鐵 粉的尖銳棱 危仍 清晰可見 ，說 明制備過程 中并 未發(fā)生 明顯的 界面 反應(yīng)。第 二 個 例 子 如 圖 所 示 ， 在 馬 氏體 時

5、效 鋼 中 加 入 的 粒 也 沒 有 發(fā) 生 明 顯 的 界 面 反 應(yīng) ，盡 顆 管 基體的熔 點很 高 。圖 為霧化噴 射沉 積材料 中強化 相（ ）在鋁臺金 基體 中典 型的三維分 布 尺 寸 這對 同性 明 。 沉 積 與 基 幾 乎 析 出 柬 合 鑄 成 型 中觀 察 到 的結(jié) 果 完 全不 同 ， 這 是 霧 化 噴 射 成 形 現(xiàn) 出 有 吸 引 力 的 綜 表 合性 能的主要 原因之一，是強化顆 粒與 液態(tài)金 屬接觸 時間不 同造成 的直接 結(jié)果 。例 如 ，在壓 鑄過程 中接觸 時間可 達數(shù)分鐘 ，而在霧化沉 積過程中往往不 到數(shù)秒鐘 。 由于霧 化噴射 成形制備 的工作

6、 起步 較 晚 ，有 關(guān)性 能 的評價工作 報道不多 。下面 舉例 來 看一 些基本情況 。 （） 室溫 力 學(xué) 性 能 的 加 入 會 改 變 霧 化 沉 積 材 料 的 時 效 行 為 。圖 為含不 同體積分 顆 粒 的 鋁 合金的 時效 硬化 曲線【 。與其 它 方 法 制 成 的 囂 ” 同 ， 加 入 使達 到最 高 硬 度 的 時 效 相 的 時間明顯減少 。這 是 由于 材料 中存在大量 位錯 。位錯 的產(chǎn)生是 由于 基體和強化相 之間熱膨 脹 系 數(shù) 不 同造 成 的 錯 配 引 起 的 。位 錯 主 要 位 于 強 維普資訊 大尺 寸 姥的力學(xué)性能 有所增加，而塑性 變化不

7、大， 因為大錠 子中的顯微組織 更為均 勻 。遮 一 點對 實 際 應(yīng) 用 意 義 很 大 。在 普 通 鑄 造 材 料 中 ， 鑄 錠 尺 寸的 放 大 往 往 帶 來 明 顯 的 宏 觀 偏折 和 （） 高 溫 力 學(xué) 性 能 金 由于 具 有 良好 的 高溫 綜 合 性 能 而 受 到 廣 泛 的研 究 。因 為 晶 粒 細 化 及 合 ， 相 組 織 不 均 勻 ，使 性 能 惡 化 。 的彌散析 出，這 類材料具有 較高的強度 、 塑性 和蠕變 抗力 。 由于 在（ 中的 固溶度很低 （ ） 為避免 形成粗大 的一次 ； ，必須采 用快 速凝固擴展 在 ， 相 ，的固溶度 。從這 一

8、 點出發(fā)，霧化噴射成形是 適宜 的制 備工藝。例如， 等人 在 霧化噴射 成形 的 臺金 中發(fā) 現(xiàn) 的固溶度 增加為 ，而在 噴射 成形的 一 中，固 溶 的 達到 、 發(fā) 現(xiàn) ，除 外 ， 不 存 在任 何 界 面 反 應(yīng) 產(chǎn) 物 。 相 表 總結(jié)了霧化噴射成形 （ ） 熱擠壓 的 一 和 合金 的高溫力 學(xué)性 能，并 同粉 末 冶金 （ ） 和機械合金化 （ ） 制備 的等 價成 分 的材 料進行 了對比” 結(jié)果 表 明，噴 射 成 形 ”。 材 料 的 高 溫 性 能 與 粉 末 冶金 材 料 相當(dāng) ， 優(yōu) 于鑄 造 材料 ， 但 低 于 機 械 合 金 化 材 料 。 機 械 合 金

9、化 帶來的高性能來源 于制 造過程 中形成 的細 小的位錯一沉淀 網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) 。相對于鑄造材料 ，噴 射成形材 料表現(xiàn) 出較 高的 熱穩(wěn) 定性 ，是 由于快 速凝 固導(dǎo)致的 顯微組 織細化 ，包括晶粒尺寸韻 明 顯減小及 一次 ， 相的 消除 。 裹 霧 化 曩射 成 形 臺 金 的 矗 沮 力 學(xué) 性 能 五 、 結(jié) 束 語 由 于鑄 造 和 粉 末 冶 金 工 藝 在 制 備 遇 到 了 一些 問題 ， 因而 推 動 了 粉 末 霧 化 噴 射 成 時 形 工 藝在 該 領(lǐng) 域 內(nèi)的 發(fā) 展 。與 其 它 工 藝 相 比 較 ， 噴 射 成 形 料 在 顯微 組 織 及 性 能 方 面 材

10、 （ 強化相分布 均勻，凝固組織細化及金 屬 強化相界面潔 凈 ）以及生產(chǎn)效率方面 （ 一 步高 可 速 制 成半 成 品 以 及 采 用 低 成 本 原 材 料 ）均 占有 明 顯優(yōu) 勢 。 目前 為 止 所描 得 的 各 項 結(jié)果 是 令人 滿 意 的 ， 證 明 了該 工 藝 制 備 可 行 性 ， 具 有 很 大 的 潛在 商 業(yè) 化 生 產(chǎn) 能 力 ， 為 的 的 生產(chǎn) 提供 了一種適應(yīng)性廣且更加靈活的工藝 路線 。因為從 原材料到 半成 品甚 至成品，這是一 條最 短 的 工藝 路 線 ， 所 還 具 有 明 顯 的 節(jié) 能 潛 力 維普資訊 由于粉汞霧 化噴射成形工藝 尚處 在發(fā)

11、展的初 期階段 ，仍存在一 些有待 解決的 問題 ，下面 是作 者 的一些看法 ： 霧 化噴射成形工藝 的主 要缺點是在許多 情況下其成本仍 高于普通鑄 造工藝 。 主要原 因 有三個 ：（ 沉 積效 率低 ， （ ） ） 霧化所使 用的氣體成本較 高（ ） 由于是新技術(shù) ，所 以 目 前 還無 批 量 生 產(chǎn) 帶 來 的 斂 益 ， 也 沒有 長 期 發(fā)展 帶 來 的技 術(shù) 完 善 的 優(yōu) 勢 。 這 些 問題 的解 決 有 待 于 今 后 的技 術(shù)進 步 翦 場 需 求 的 不 斷 增加 。 市 需進 一步 深入 研 究 制 備 過 程 中 涉及 到 的 基本 物理 現(xiàn)象 ， 這是 一 項

12、 具 有 挑 戰(zhàn) 性 的工 作 ， 因為涉及 到復(fù)雜的 流體，熱學(xué)及凝 固現(xiàn)象 。 需 發(fā)展 適 臺 于 霧 化 噴 射 成 形 工 藝 特 點 的 基 體 臺 金 成 分 。 目前 采 用 的 基 體 大 多 沿 用 普 通 的商業(yè)合金 ，難 以充分 發(fā)揮該工藝所特有 的快 速凝 固的優(yōu) 勢。 需 盡 快 積累 有 關(guān) 的工 程 設(shè) 計 所 需 的 性 能 數(shù) 據(jù) ， 為產(chǎn) 品 的 工業(yè) 化 應(yīng) 用 提 供 依 據(jù) 。 參 考 文 獻 ， ， ， ， ， ， 一 ， ， ， ， ， ， ，髂 ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， 且 睬 圉 良 精 束 霧 化 噴 射 沉 積 直 接 成 形 拄 術(shù)， 京 科 拉 大 學(xué) ， ， ， ， ， ， ， ， 哪 口 ， ， ， ± ， ， ， 舢 ， ， 嬙 ， ， ： ， ， 岳，