东北大液固一体化成形技术课件08金属基复合材料液固成形

第八章

金属基复合材料液固成形2

金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；与树脂基复合材料相比，具有优良的导电性与耐热性；与陶瓷基材料相比，具有高韧性和高冲击性能。金属基复合材料及其特性金属基复合材料（MMC）是以金属或合金为基体，以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒为增强相的非均质混合物，共同点是具有连续的金属基体。3金属基复合材料的分类铝基复合材料镁基复合材料钛基复合材料镍基复合材料铜基复合材料基体颗粒增强金属基复合材料短纤维、晶须增强金属基复合材料长纤维强金属基复合材料层状复合材料增强体4根据各种方法的基本特点，把金属基复合材料的制备工艺分为四大类：

(1)固态法：扩散结合和粉末冶金；

(2)液态法（含液固两相）：铸造法、压铸法、半固态复合铸造、液态渗透模锻以及搅拌液固模锻法和无压渗透法等；

(3)喷射与喷涂沉积法；

(4)原位复合法：共晶合金定向凝固法、直接金属氧化法、反应自生成法。金属基复合材料的制备工艺复合材料液固模锻工艺压力浸渗液固模锻搅拌复合液固模锻压力浸渗液固模锻把增强相事先做成预制体,预热到一定温度后浇注金属液并进行施压,使金属液渗透进预制件并在压力下凝固成形，以获得整体或局部为复合材料的制件。纤维与金属在高温时间短，界面反应层厚度小，可用于加工复杂形状的制品，致密性好，纤维损伤少。

在压力的作用下，将液态或半液态金属以一定速度充填压铸模型腔或增强材料预制体的空隙中，在压力下快速凝固成型。主要工艺参数有熔融金属的温度、模具预热温度、压力和加压速度等。搅拌复合液固模锻是指在金属基体溶体中添加颗粒增强相时,施以一个搅拌作用力保证增强相与金属溶体充分混合,然后快速浇入模腔并施压，使其凝固成形的一种方法。搅拌的方式包括机械力搅拌、离心力搅拌和电磁感应力搅拌等,或其中两种双混合搅拌方式。10搅拌有两种方式：一种是在合金液处于液相线温度以上进行搅拌，称为“液态搅拌”；另一种是合金液处于固相线与液相线之间进行搅拌，称为“半固态搅拌铸造法”或“流变铸造”。2.工艺过程关键技术1.预制件制备技术以Al2O3纤维制块制备过程进行讨论，制备过程如下1）纤维的选择与处理根据要制备复合材料的预定体积、增强体的体积分数及密度确定纤维的质量2）高温黏结剂的配置3）分散液的配制分散液的作用是使增强体均匀分散4）预制模块的压模成型5）预制块的干燥、脱胶及烧结（1）预制块的干燥。低温干燥是在低于100℃使预制块干燥。低温干燥的目的是除去预制块中绝大部分水分。但低温干燥的工艺决定了预制块各部分的强度分布情况。高温干燥是在100-200℃使预制块干燥，低温干燥后升温至此区间，保温24h，原则是在此温度区间尽可能长时间的保温，主要目的是排除残余水汽。（2）预制块的脱胶。继续从100-200℃缓慢升温至300℃，在300℃保温4小时，在200-300℃升温过程中，由于有机胶黏剂挥发，烧毁和碳化，有大量烟气冒出。（3）预制块的烧结。继续从300℃缓慢升温至500℃，在500℃保温4小时，500℃左右中性Al（HPO4)3转变成Al（PO3)起到高黏结剂的作用。继续从500℃缓慢升温至800℃，在800℃保温4小时，然后随炉降温。

预制块的制备3.液态模锻工艺参数控制1）浸渗液态模锻2）搅融液态模锻3）固-液模锻力学参数:压力、开始加压时间、保压时间、加压速率原则上浸渗液态模锻成形复合材料制件或毛坯，制备与成形在一个过程，分段连续完成。预制块形状、尺寸，与制件形状、尺寸相接近。因此当注入基体金属浸渗预制件中，即完成复合材料制备阶段的第一阶段，这时施加的压力是有限的，仅保证基体金属能顺利渗入预制件中，但又使预制件不变形，当渗入结束后，即进行第二阶段，施以高压，使其未凝固的基体金属实现高压凝固的过程。该阶段复合材料制件不会发生大的成型流动，仅是增强体与基体制件的显微疏松获得消除。4）固-液模锻温度参数:固-液模锻温度参数包括浇铸温度和模具温度5）热处理固-液模锻时，复合材料以低速充型，不会卷入大量气体，因此之间可以进行固溶处理。纤维的分布及体积分数3.液态模锻后组的组织纤维在基体里的形貌及复合材料缺陷复合材料的拉伸性能