粉末雾化喷射成形制备颗粒增强金属基复合材料

1、 维普资讯 外 ，沉 积 后仍有约 的热能被 转移到 颗粒 中。热 量 向 颗 粒的转移可 以增加冷却速 度， 起到 细化 晶 粒的作用 。 最 后 ， 还 必 须 考 虑 颗 粒 在 固 态冷 却 过 程 中 对 晶 粒 度 的 影 响 。 例如 ， 颗 粒 可 以降 低 冷 却 过程 中 晶 粒 的 长 大 速 度 ， 使 最 终 的 晶粒 明显 细化 。主 要 有 两 方 面 的原因 （ ） 强化 相颗 粒存 在于 晶界 减少 了有效 晶界 面积， 因而减小 了总 的晶界 自由能 ，使 晶界 迁移 的热 力 学 驱 动 力 降低 。 （ 强化 相 颗 粒存 在 于 晶 界 会 对 晶 ）

2、 界 迁 移 产 生 拖 曳 力 ，会 有 效 地 阻碍 晶 界 迁 移 。 图 颗粒 对糌 末雾 化喷 射成 形过 程 中热 交 换 的影 响 四 、粉 赤 雾 化 沉 积 的显 微 组 织与 性 能 表 为颗粒强化 的一些主要 的应用举例及其相 应的台金基 体和 强化 相种 类 。铝 由 于密度低 ，强度适 中，仅通过加入少 量强化相即可 明显改 善其机械性能 ，而密 度值 与基体相 近 ， 因此成为研究 疑多 的 ； 体材料 。对超 轻型 结构应用， 作为 基材 较受 重 视 。在 高 温 应 用 方 面 ， 金 属 间化 台 物 为 基 的 有 较 大 的 吸 引 力 ， 但 其 高

3、熔 点 的 特 性 往 和 具 往给材 料 的制备带来较大 困难 。 裹 颗 粒 强 化 的 主 要 应 用 从原理上讲， 粉末 雾化 喷射成形可制 体 （如 钢 ， 金 属 间 化 台 物等 ）。 事 和 实上，这一工艺在犬部 分应 用 中均获 得 了令 人 满 意 的 结果 。 为采 用粉 末 雾 化 图 喷射 成 形 的含 不 同 类型 强 化 相 颗 粒 的铝 基 典 型 显 微 组 织。 的 。 图 马 为 氏体 时 效 钢 中加 入 粒 的 显 微 组 。 颗 织” 由此 可 见 粉 末 雾化 喷射 沉 积 可 适 用 于 制备 各种 不 同组 台 （基 强化 体一 相 ）的 所

4、制威 的 材 料 中强 化 相 。 与 基 体 结 台 良好 。尤 其值 得 一 提 是 该 工 艺 可 以 将本 质上 是可 溶 的 强化 相 加 入 基 体 。通 过界 面 部 分 固 溶 或 反应 可 以使 颗 粒 与基 体更 加 牢 固地 结 台 起 来 ， 形成 所 （） （） （） 墨 和 （ 激 冲 戥 粉 ， 石 ） 维普资讯 谓的亚稳 ， 图 （ 即为 一典 型的例子， 因为 在液 态 中本质 上是 可溶的 ） “。 而在 图中，激 冷铁 粉的尖锐棱 危仍 清晰可见 ，说 明制备过程 中并 未发生 明显的 界面 反应。第 二 个 例 子 如 图 所 示 ， 在 马 氏体 时

5、效 钢 中 加 入 的 粒 也 没 有 发 生 明 显 的 界 面 反 应 ，尽 颗 管 基体的熔 点很 高 。图 为雾化喷 射沉 积材料 中强化 相（ ）在铝台金 基体 中典 型的三维分 布 尺 寸 这对 同性 明 。 沉 积 与 基 几 乎 析 出 柬 合 铸 成 型 中观 察 到 的结 果 完 全不 同 ， 这 是 雾 化 喷 射 成 形 现 出 有 吸 引 力 的 综 表 合性 能的主要 原因之一，是强化颗 粒与 液态金 属接触 时间不 同造成 的直接 结果 。例 如 ，在压 铸过程 中接触 时间可 达数分钟 ，而在雾化沉 积过程中往往不 到数秒钟 。 由于雾 化喷射 成形制备 的工作

6、 起步 较 晚 ，有 关性 能 的评价工作 报道不多 。下面 举例 来 看一 些基本情况 。 （） 室温 力 学 性 能 的 加 入 会 改 变 雾 化 沉 积 材 料 的 时 效 行 为 。图 为含不 同体积分 颗 粒 的 铝 合金的 时效 硬化 曲线【 。与其 它 方 法 制 成 的 嚣 ” 同 ， 加 入 使达 到最 高 硬 度 的 时 效 相 的 时间明显减少 。这 是 由于 材料 中存在大量 位错 。位错 的产生是 由于 基体和强化相 之间热膨 胀 系 数 不 同造 成 的 错 配 引 起 的 。位 错 主 要 位 于 强 维普资讯 大尺 寸 姥的力学性能 有所增加，而塑性 变化不

7、大， 因为大锭 子中的显微组织 更为均 匀 。遮 一 点对 实 际 应 用 意 义 很 大 。在 普 通 铸 造 材 料 中 ， 铸 锭 尺 寸的 放 大 往 往 带 来 明 显 的 宏 观 偏折 和 （） 高 温 力 学 性 能 金 由于 具 有 良好 的 高温 综 合 性 能 而 受 到 广 泛 的研 究 。因 为 晶 粒 细 化 及 合 ， 相 组 织 不 均 匀 ，使 性 能 恶 化 。 的弥散析 出，这 类材料具有 较高的强度 、 塑性 和蠕变 抗力 。 由于 在（ 中的 固溶度很低 （ ） 为避免 形成粗大 的一次 ； ，必须采 用快 速凝固扩展 在 ， 相 ，的固溶度 。从这 一

8、 点出发，雾化喷射成形是 适宜 的制 备工艺。例如， 等人 在 雾化喷射 成形 的 台金 中发 现 的固溶度 增加为 ，而在 喷射 成形的 一 中，固 溶 的 达到 、 发 现 ，除 外 ， 不 存 在任 何 界 面 反 应 产 物 。 相 表 总结了雾化喷射成形 （ ） 热挤压 的 一 和 合金 的高温力 学性 能，并 同粉 末 冶金 （ ） 和机械合金化 （ ） 制备 的等 价成 分 的材 料进行 了对比” 结果 表 明，喷 射 成 形 ”。 材 料 的 高 温 性 能 与 粉 末 冶金 材 料 相当 ， 优 于铸 造 材料 ， 但 低 于 机 械 合 金 化 材 料 。 机 械 合 金

9、化 带来的高性能来源 于制 造过程 中形成 的细 小的位错一沉淀 网络 结构 。相对于铸造材料 ，喷 射成形材 料表现 出较 高的 热稳 定性 ，是 由于快 速凝 固导致的 显微组 织细化 ，包括晶粒尺寸韵 明 显减小及 一次 ， 相的 消除 。 裹 雾 化 曩射 成 形 台 金 的 矗 沮 力 学 性 能 五 、 结 束 语 由 于铸 造 和 粉 末 冶 金 工 艺 在 制 备 遇 到 了 一些 问题 ， 因而 推 动 了 粉 末 雾 化 喷 射 成 时 形 工 艺在 该 领 域 内的 发 展 。与 其 它 工 艺 相 比 较 ， 喷 射 成 形 料 在 显微 组 织 及 性 能 方 面 材

10、 （ 强化相分布 均匀，凝固组织细化及金 属 强化相界面洁 净 ）以及生产效率方面 （ 一 步高 可 速 制 成半 成 品 以 及 采 用 低 成 本 原 材 料 ）均 占有 明 显优 势 。 目前 为 止 所描 得 的 各 项 结果 是 令人 满 意 的 ， 证 明 了该 工 艺 制 备 可 行 性 ， 具 有 很 大 的 潜在 商 业 化 生 产 能 力 ， 为 的 的 生产 提供 了一种适应性广且更加灵活的工艺 路线 。因为从 原材料到 半成 品甚 至成品，这是一 条最 短 的 工艺 路 线 ， 所 还 具 有 明 显 的 节 能 潜 力 维普资讯 由于粉汞雾 化喷射成形工艺 尚处 在发

11、展的初 期阶段 ，仍存在一 些有待 解决的 问题 ，下面 是作 者 的一些看法 ： 雾 化喷射成形工艺 的主 要缺点是在许多 情况下其成本仍 高于普通铸 造工艺 。 主要原 因 有三个 ：（ 沉 积效 率低 ， （ ） ） 雾化所使 用的气体成本较 高（ ） 由于是新技术 ，所 以 目 前 还无 批 量 生 产 带 来 的 敛 益 ， 也 没有 长 期 发展 带 来 的技 术 完 善 的 优 势 。 这 些 问题 的解 决 有 待 于 今 后 的技 术进 步 翦 场 需 求 的 不 断 增加 。 市 需进 一步 深入 研 究 制 备 过 程 中 涉及 到 的 基本 物理 现象 ， 这是 一 项

12、 具 有 挑 战 性 的工 作 ， 因为涉及 到复杂的 流体，热学及凝 固现象 。 需 发展 适 台 于 雾 化 喷 射 成 形 工 艺 特 点 的 基 体 台 金 成 分 。 目前 采 用 的 基 体 大 多 沿 用 普 通 的商业合金 ，难 以充分 发挥该工艺所特有 的快 速凝 固的优 势。 需 尽 快 积累 有 关 的工 程 设 计 所 需 的 性 能 数 据 ， 为产 品 的 工业 化 应 用 提 供 依 据 。 参 考 文 献 ， ， ， ， ， ， 一 ， ， ， ， ， ， ，髂 ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， 且 睬 圉 良 精 束 雾 化 喷 射 沉 积 直 接 成 形 拄 术， 京 科 拉 大 学 ， ， ， ， ， ， ， ， 哪 口 ， ， ， ± ， ， ， 舢 ， ， 嫱 ， ， ： ， ， 岳，