【文章內容簡介】 的輕金屬基復合材料，是宇航、兵器、汽車和電子等高新技術行業(yè)的理想材料。構成鎂基復合材料的基體合金主要分為鑄造和變形系列。側重鑄造性能一般選擇Mg—Al、Mg—Zn、Mg—Al—Zn等體系；側重擠壓變形性能則采用Mg—Mn、Mg—Al—Zn、Mg—Zn—Zr、Mg—RE等。增強體主要有C纖維、Ti纖維、B纖維、Al2O3顆粒、SiC晶須和顆粒、B4C顆粒等。鎂基復合材料選擇增強體的要求與其他復合材料大致相同，都要求物理、化學相容性好，潤濕性良好，載荷承受能力強，盡量避免增強體與基體合金之間的界面反應等。由于鎂具有熔點比較低、化學活性高、易氧化等特點，常規(guī)的許多金屬基復合材料的制備工藝都無法直接應用于鎂基復合材料。采取適當的工藝措施使顆粒在基體內分布均勻, 減少顆粒間的團聚, 以改善材料受載時內部的應力分布, 是保證鎂基復合材料具有良好性能的關鍵因素。目前鎂基復合材料的制備方法可分為外加法和原位自生法兩種。外加顆粒法制備鎂基復合材料的優(yōu)點是工藝簡單，但易造成顆粒表面的污染，基體和顆粒表面潤濕困難，導致界面強度的降低。原位合成有著增強相細小、分布均勻、界面無污染、結合良好的優(yōu)點，材料性能優(yōu)越[5]。 鈦基復合材料鈦與鈦合金是一種物理性能優(yōu)良、化學性能穩(wěn)定的材料，具有強度高、相對密度小、耐海水和海洋氣氛腐蝕等許多優(yōu)異的特性。但其彈性模量和耐磨性低，在600℃以上其強度和蠕變抗力急劇下降。而且通過傳統(tǒng)的合金化方法已無法滿足對高溫和蠕變性能的要求。與基材相比，鈦基復合材料的強度及硬度大幅度提高, 且具有良好的高溫強度、優(yōu)異的蠕變性能、高周疲勞性能、抗蠕變性能以及優(yōu)異耐腐蝕性能。在航空航天、軍工、醫(yī)療和汽車等領域具備廣泛的應用前景，并被譽為超高音速宇航飛行器和下一代先進航空發(fā)動機的黃金材料。鈦基復合材料的增強體主要有TiC、TiB SiC、B4C、TiB等，此類復合材料具有各相同性、制備簡單、易加工成型、成本較低等特點，近年來發(fā)展迅速。鈦基復合材料比鋁基復合材料有更高的耐熱、耐蝕等特性，但其成本也明顯提高，因此應用主要集中于航空航天、高端汽車、醫(yī)療材料等附加值高的領域，如：荷蘭皇家空軍將纖維增強鈦基復合材料用于F16主起落架下部的后撐桿；Toyota公司已在旗下汽車使用鈦合金復合材料制造的閥門；美國Dynamet公司制造的人體骨替代材料和飛機發(fā)動機部件已商業(yè)化。此外，鎳基、銅基、鐵基、高溫合金基等復合材料也是目前材料學界的研究熱點，并已在各自領域內得到了相應的應用驗證。3 金屬基復合材料的制造依據增強體的加入方式，金屬基復合材料的制備方法可分為外加法和原位反應法。外加法是以粉體混合、熔融金屬中添加陶瓷顆粒等物理方式達到基體和增強相相容，再通過燒結、鑄造、壓力加工等后續(xù)工藝制備成品，常用的外加法主要有粉末冶金法、噴射沉積法、攪拌鑄造法、擠壓鑄造法等。原位反應法同外加法的區(qū)別在于增強體不是額外加入，而是通過添加原料與基體、添加原料之間發(fā)生反應生成，并原位析出。目前報道的原位合成法主要有：放熱彌散法、氣液反應合成法、自蔓延燃燒反應法和反應噴射沉積等。各類制備技術在工藝和材料性能方面各有優(yōu)缺點，增強體和基材的復合技術目前仍是制約金屬基復合材料應用的重要因素，也是各國材料學者的研究熱點。 原位反應自生法原位反應自生法分為固態(tài)自生法和液態(tài)自生法。其基本原理是：把預期反應生成增強相的兩種或多種組分粉末與基體金屬混合均勻，或者在熔融基體中加入能反應生成預期增強相的元素或者化合物，在一定溫度下，元素之間發(fā)生放熱反應，在基體的熔液中生成并析出細小、彌散的增強相。增強相的含量可以通過反應元素的加入量來控制。反應生成的增強相種類繁復，Al2OTiC、SiC、TiN等常用陶瓷顆粒均可通過反應制備。原位法制備金屬基復合材料其增強顆粒與基體的相容性好，避免了外加增強顆粒的污染以及顆粒與基體的界面之間的化學反應問題，增強顆粒熱力學穩(wěn)定，高溫工作時性能不易退化，此外原位反應生成的增強相細小彌散，均勻性好，性能優(yōu)異。但原位法生成的相比較復雜、不易控制。 粉末冶金法粉末冶金法是最早開發(fā)用于制備金屬基復合材料的工藝。同常規(guī)粉末冶金相同，其工藝包括增強體和基體的粉體制備、前處理（包括烘干、清洗）、均勻混合、壓坯、熱成型等步驟。制備工藝中每一步都決定了復合材料界面結合狀況，從而對最終材料的性能產生重要影響。在粉末冶金工藝中粉體混合的均勻性至關重要。由于粉體顆粒細小，表面帶有電荷，混合時產生的增強體顆粒團聚在后續(xù)擠壓過程中難以有效進行分散。為實現增強體的均勻分布，一些高能高速的工藝手段，如機械合金化工藝被引入其中，通過高能球磨實現部分或全部的固態(tài)合金化轉變，同時使得增強相均勻分布在基體合金之中。粉末冶金制備復合材料的優(yōu)點很突出：（1）基體和增強體基本不受限制，可選擇不同的增強體種類、尺寸、數量，甚至多種增強體共同強化；（2）基體金屬與強化顆粒之間不易發(fā)生反應；（3）工藝簡單易操作。但其缺點也很明顯：尺寸受限，復雜型腔難以制備，成本高，界面難以融合，成品致密性差等。 噴射沉積法噴射沉積法是將基體金屬熔化后通過導液管流入噴槍，再用惰性氣體將其霧化，在噴射途中與另一路由惰性氣體送出的增強微細顆粒會合，共同沉積在有水冷襯底的平臺上，凝固成復合材料。根據沉積坯形狀和冷卻速度的要求，霧化器和襯底的移動受計算機控制，保持基體的下降速率與沉積坯長大速率一致，經過霧化液流的多次往返掃描沉積，最終成形為坯件。噴射沉積法制備金屬基復合材料工藝簡單快速，可以避免成分偏析和界面反應，增強體的加入依靠計算機實時控制，分布均勻。但是這種方法制備的坯料中氣孔和疏松多，凝固的霧化顆粒、沉積層之間不能完全冶金結合，因此后續(xù)必須進行熱擠壓、熱軋、熱壓實等二次加工，對其進行有效的熱致密化加工。 攪拌鑄造法攪拌鑄造法也叫摻和鑄造，是利用機械猛烈攪拌使液態(tài)的合金形成渦流，同時將增強體顆粒加入，并使顆粒均勻分布在基體中，然后使其快速凝固即可制得顆粒增強復合材料。根據鑄造時加熱溫度可以分為全液態(tài)攪拌鑄造、半固態(tài)攪拌鑄造和攪熔鑄造。攪拌鑄造法工藝簡單、成本低，對產品的尺寸、形狀限制較低，可以生產大體積的復合材料，但加入的增強相體積分數一般不超過20%，且易造成增強顆粒分布的不均勻。 擠壓鑄造法擠壓鑄造法是目前制備非連續(xù)增強金屬基復合材料最成功的工藝。它是通過鑄造機將液態(tài)金屬強行壓入增強材料預制件中以制造復合材料的一種方法。擠壓鑄造法是將增強體制成預成型體，干燥預熱后，再澆入金屬熔體并將模具壓下并加壓，液態(tài)金屬在壓力下浸滲入預制件中，并在壓力下凝固，制成接近最終形狀和尺寸的零件。擠壓鑄造法具有成本低、工藝簡單、增強體體積分數可調范圍大、可以制備近凈成型產品的優(yōu)點。另外，由于基體合金在高壓下浸滲和凝固，可以大大改善增強體和基體合金的結合狀況，減少鑄造缺陷，提高材料的致密度，從而改善復合材料的機械性能。但擠壓鑄造法受產品形狀和尺寸的影響，對大體積零件的適應性不高，而且對模具和設備要求較高，預制件的制備技術直接影響到增強體顆粒在基體合金內的分布情況，繼而對復合材料力學性能產生影響，同時擠壓壓力會損害預制件的完整性，使得其應用受到一定的限制。另外，金屬基復合材料的制備工藝還有自蔓延高溫合成法、快速凝固法、混合鹽反應法、燃燒輔助鑄造、直接還原技術、懸浮澆注法等[6]。4 金屬基復合材料研究現狀 金屬基復合材料的基本研究情況金屬基復合材料研究、開發(fā)的基礎是金屬材料。輕金屬鋁