欧洲结构材料中心的先进金属基复合材料（MMCs）和粉末加工工艺

欧洲结构材料中心的先进金属基复合材料 欧洲结构材料中心的先进金属基复合材料 MMCsMMCs 和粉末 和粉末 加工工艺加工工艺 种粉末是采用等离子旋转电极工艺或者气体雾化工艺生产的 这样生产的粉末具有很高的质量 但是价格昂贵 超过l10美元 kg 一般来说 钛粉末是作为克洛尔法或者亨特工艺 镁热或者钠热还 原Tjat而生产海绵钍 的副产品而生产出来的 俄罗斯开发出一种新 工艺 即T 2caH2 2CaO Tj Ht 据报道 在温度为l l00 l200 的条件下发生这一反应 可以利用不同元素的氧化物 或者中问合金粉末混合物来制取低成本的预合金化粉末 典型的工 业纯度Ti一6A1 4V合金的钙含量约为0 05wt 利用这种粉末生产出来的零件很多 其中包括低成本耐腐蚀的紧固件和多孔钛扳 这种紧固件的数量 已经超过l万个 而多孔钛板的用途则包括混合电动交通工具 潜水 艇和航空航天设备等 值得注意的是 位于美国辛辛那提的粉末合 金公司提出了氢化一脱氢钛粉 这种粉末的可船用途之一就是制造 导弹外壳 黄空昌 多r黔 MMC 和粉末加工工艺 l英国国 防评价和研究机构 Dl乳中的结构材料中心 sMo是欧洲最大的材料研 究组织 500多位材料科学寡和工程师从事先进金属合金和陶瓷 先 进非金属及多功能材料的研究 结构材料中心 SMC 将机棱台金化用 于制备金属基复合材料 MMG 尤其是钛基复合材料和新型材料成分 机械台金化由生产氧化物弥傲强化合金发展而来的机械合金化是 一个高船球磨过程 在原始粉末混料和破碎期间可产生各种非平衡 态 这就有可能加工出具有特殊性质的工程材料 用常规粉末冶金 法翻备颗粒增强金属基复合材料 MMG 因增强体与基体粒子尺寸差 太大 很难获得均匀的楣分布 而机械合金化不仅可以解决均匀分 布 而且可以消除凝固材料中作为裂纹根的缺陷 机械合金化时高 度形成也能导致延性基体的组织细化 这给很脆且难于加工的金属 问化合物材料提供了一种可行的工艺 机械合化产生的纳米结构具 有高的势船 使其凝固温度比未球磨过粉所需凝固温度更低 机械 合金化形成的非平衡结构 如过饱和固溶体 非晶相等 d 可以 圉成在平衡条件下难混合的新型合金 机械合金化时的污染球磨期 间 氧 氰等杂质可不断吸附于粉末新鲜表面 这对活泼金属 如 钛等的性能将有危害 污染主要三个方面原料 球磨装置和球磨气 氛 sMC通过改进加工技术减少原始钛粉中的杂质含量 用钛或相似 材料替代球磨罐表面和使金属与粉末表面之比减至最小 并用氩气 保护等方莹减少球磨时的污染 sMc考虑到球磨时杂质增量会减小罐 内压力 从而有过量气体不断漏入 因而他们采用特 圉密封装置 使用99 998 的高纯氲气 在实验室规模上制成古lOOppm氧和15pp m舞的 干净的机械合金化粉 随后又投资建成船生产公斤级的干净 粉 其氧 氰台量还低于实验室水平 这些发展已成功地用于钛基 合金和mmg的制备 主要有如下几方面故基鞭牲增强复合材料机械合 金化用于锚备钛基颗粒复合材料 虽然可使相分布均匀 并消除断 裂源的缺 但增强体粒子必须粗大些 以确保载荷转移机制 还需 注意基体的性能 高硬度高强度基体将导致复合体的低延性 smc已 研制成一6al 4v基用sic 金雕石和Tm粒子增强的M MC 钢基复合材料此类材料主要是提高其耐磨性和耐高温性能 并提 高摸量 减小密度以用于汽车工业 SMC以BSSl56齿轮钢为基用l5 T迁b增强翻成MMC 密度减小5 杨氏模量增加l1 达到20OGPa 但延性低 4 后来改用以Fe 0 2C为基却大大改善了复合体延性 超轻合奎航空工业需要超轻钛 合金 但许多掭加元素在钛中溶解度很低 并且熔点低而蒸汽压高 难以台金化 SMC用机掖合金化翩成了Ti gMg舍金 并用蒸汽淬火翻成古27 Mg的钛合金 奎属同化合糟SMC 将一48A1 2Mn 2Nb雾化粉在氧气下球磨48h 得到细小显徽结构 使其真密度温度 从l20o 降至109o 得到20mm 600衄的等轴晶粒组织 特别适用 于超塑性变形 并在热处理时可得劲全片层组织 其他化舍物还有T i一24A1一lINb和Nb一25AI 是研究铌基舍金艟被机械合金化 并加 工成金属问化合物相增强的延性基体 其他材料SMC将机械合金化在 实验室规模上已用于研翻铜及铜舍金 钨 锯 MoSh基复合体 生 物医药植入管及磁性材料 超导化舍物以及金基合金 钛基纤雏芰 合材料为克服纤维与钛基体之间的强烈反应 研究出金属箔一纤维 交替排列方法 用有机粘结剂的 粉末布方法 稀浆型涂层和基体 涂层纤维等技术 SMC日前已毖制成长为lO00m的 用一6A1 4V涂层s C的长纤维 不久将翻戚5000m长的涂层纤维 SMC有欧洲 最大魄Sigma SiC纤维生产厂 中等规模的PVD纤维涂层厂和广泛的NDJr试验毖力 全刚石纤雏增强体是一种用预涂层纤维制成的Tj一6A1 V基金刚石纤维增强复合材辩 当台12vo1 纤维时 杨氏模量可迭2 2 当吉3 9vo1 纾维时 复合体的拉伸延伸事为3 7 杨氏摸量为 149c pa 总拉伸强度为938mpa 张廷杰 b 77k 是高度各向异性 的 例如在0 5t的外磁场下 平行场和垂直场的临界电流ic可相差 25倍 为此 用ai 2 ag带绕的高温超导螺线管的临界电流将由磁 场的径向分量所决定 该径向分量在螺线管骨架的内经处最大 故 此处的带子ic最小 磁体的临界电流由它限制 采用在高温超导磁 体两端的铜线补偿 可以改变骨架处薄弱线匝的磁场分布 减小该 处的径向磁场分量 可以提高高温超导磁体的临界电流 为此斯洛 伐克电工补偿辅助绕组尺寸和电流 以及与高温超导线圈之间的距 离改变和对线圈最小临界电流的影响 采用补偿锕线圈的原始想法 是部分补偿高温超导线圈不希望有的径向磁场分量 计算结果