金屬基復合材料ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-26 03:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 將粉末冶金工藝中混合與凝固兩個過程相結合的新工藝。 如圖 916所示，該工藝過程是將基體金屬在坩堝中熔煉后，在壓力作用下通過噴嘴送入霧化器，在高速惰性氣體射流的作用下，液態(tài)金屬被分散為細小的液滴，形成“霧化錐”；同時通過一個或多個噴嘴向“霧化錐”噴射入增強顆粒，使之與金屬霧化液滴一齊在一基板（收集器）上沉積并快速凝固形成顆粒增強金屬基復合材料。 圖 916 噴射成型法示意圖 4 3 噴射成型法（ Ospray， Spray Codeposition） ? 該工藝具有其獨特的優(yōu)點： ?（ 1）高致密度，可達到理論的 9598% 。 ?（ 2）快速凝固，冷卻速度達 103106K / 秒，金屬晶粒和組織細化，成分均 ?勻，很少或沒有界面反應； ?（ 3）具有通用性和產(chǎn)品多樣性。 ?（ 4）工藝流程短，工序簡單，效率高，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。鋁基復合材料單坯可達 250公斤。 4 4 無壓浸滲法（ Lanxide法） 美國 Lanxide公司開發(fā)的一種新工藝。 如圖 917所示，將增強材料制成預制體，放置于由氧化鋁制成的容器中。再將基體金屬坯料置于增強材料預制體上部。然后一齊裝入可通入流動氮氣的加熱爐中。通過加熱，基體金屬熔化，并自發(fā)浸滲入網(wǎng)絡狀增強材料預制體中。 圖 917 無壓浸滲法（ Lanxide法）工藝原理示意圖 4 4 無壓浸滲法（ Lanxide法） 以制備 Al2O3/Al復合材料為例，將增強劑預制體放入同樣形狀的陶瓷槽中，鋁合金坯料放在預制體上。 在流動氮氣的氣氛下，加熱至 800? 1000?C時，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預制體內(nèi)，氮氣與鋁反應生成AlN。控制氮氣流量、溫度和滲透速度，可控制 AlN的生成量。 AlN起到提高復合材料剛度、降低熱膨脹系數(shù)的作用，但強度較低。這是一個低成本的制備工藝。 粉末冶金法（非連續(xù)增強相金屬基復合材料制備工藝） 圖 918 粉末冶金法制備非連續(xù)增強相金屬基復合材料制備流程圖 粉末冶金法（非連續(xù)增強相金屬基復合材料制備工藝） ?粉末冶金法也是一種制備非連續(xù)增強相金屬基復合材料常采用的工藝。其優(yōu)點如下： ?與液相法相比，制備溫度低，界面反應可控；可根據(jù)要求設計復合材料的性能；利于增強相與金屬基體的均勻混合（對增強相與金屬基體的密度和潤濕性要求不高）。 ?其組織致密、細化、均勻、內(nèi)部缺陷明顯改善；利于凈成型或近凈成型，二次加工性能好。 ?但工藝流程較長，成本較高是這種工藝的缺點。 原位（ In situ）生長（復合）法 ? 增強相從基體中直接生成，生成相的熱力學穩(wěn)定性好，不存在基體與增強相之間的認識潤濕和界面反應等問題，基體與增強相結合良好，較好的解決了界面相容性問題。 6 – 1 共晶合金定向凝固 圖 919 二元共晶相圖及兩相平面穩(wěn)定生長 圖 920 棒狀及層片狀 TaCNi 共晶定向凝固組織 共晶合金定向凝固要求合金成分為共晶或接近共晶成分，開始為二元合金，后發(fā)展為三元單變共晶，以及有包晶或偏晶反應的兩相結合。定向凝固時，參與共晶反應的 ? 和 ?相同時從液相中生成，其中一相以棒狀（纖維狀）或?qū)悠瑺钜?guī)則排列生成（圖 919）。 6 – 1 共晶合金定向凝固 ? 定向凝固共晶合金復合材料的原位生長必須滿足三個條件： ?（ 1）有溫度梯度（ GL）的加熱方式； ?（ 2）滿足平面凝固條件；（ GL/VI = mL（ CE – C0） / DL （二元共晶合金的平面凝固條件）。 ? 式中： GL：液相溫度梯度； VI ：凝固速度；mL：液相線斜率； CE：共晶成分： C0：合金成分；DL ：溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù)。 ?（ 3）兩相的成核和生長要協(xié)調(diào)進行。 6 – 1 共晶合金定向凝固 ?定向凝固共晶合金復合材料的凝固組織前進取決于共晶中含量較少的體積分數(shù)。在二元共晶合金中當?I ? 32% 時呈纖維狀，當 ?I ? 32%時為層狀（圖920）。 ?在一定溫度梯度的條件下，纖維（層）狀間距 ? 與凝固速度 VI之間的關系為： ?2 VI = K，其中 K為常數(shù)。 ?在滿足平面凝固生長條件下，增加定向凝固的溫度梯度，可加快定向組織生長速度，同時也可降低纖維（層）狀間距，有利于提高定向凝固共晶合金復合材料的性能。 6 – 2 直接金屬氧化法（ DIMOXTM） ? 圖 921 DIMOXTM法制備 SiCF/ Al2O3/復合材料示意圖 6 – 2 直接金屬氧化法（ DIMOXTM） ? 通過基體金屬的氧化或氮化來獲取復合材料。 ? 例如使用 DIMOXTM法制備 Al2O3 / Al時，在遠高于鋁熔點900?1300?C的溫度下，通入促進氧化反應的合金元素 Si 和Mg，使熔融鋁通過顯微通道滲透到氧化鋁層外部，并順序氧化；即鋁被氧化，但液態(tài)鋁的滲透通道未被堵塞。可根據(jù)氧化程度控制 Al2O3的量。如果過程是在幾乎所有金屬被 Al氧化之前停止的話，所制備的復合材料就是致密的、含有 5 ? 30% Al的、互連的 Al2O3陶瓷基復合材料。 ? 除直接氧化外，還可直接氮化獲得 AlN / Al、 ZrN / Al和 TiN / Ti等金屬或陶瓷基復合材料。 ? DIMOXTM工藝也可采用增強材料預成型體。增強材料預成型體是透氣的，金屬基體可通過滲透的氧或氮順序氧（氮）化形成基體，制備兩種增強相復合材料（如 SiCF / Al2O3 / Al復合材
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