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噴射共沉積技術(shù)對(duì)研發(fā)先進(jìn)鋁基復(fù)合材料的作用
噴射共沉積技術(shù)對(duì)研發(fā)先進(jìn)鋁基復(fù)合材料的作用

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鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)異的物理性能和機(jī)械性能成為當(dāng)今材料科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。制備鋁基復(fù)合材料的方法有許多種，如普通鑄造攪拌法、粉末冶金法等等，但由于存在界面反應(yīng)、顆粒偏析等技術(shù)難題，使得鋁基復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用受到制約。近年來的研究工作設(shè)法將噴射成形技術(shù)與鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)結(jié)合在一起，開發(fā)出一種“噴射共沉積(Sprayco-deposition)”技術(shù)，很好地解決了增強(qiáng)粒子的偏析問題，而且由于凝固時(shí)間很短，可以避免增強(qiáng)相粒子在基體中的溶解以及界面反應(yīng)；另外，該技術(shù)將材料的制備和成形過程結(jié)合在一起，簡化了生產(chǎn)工序，降低了生產(chǎn)成本。   目前，噴射共沉積制備鋁基復(fù)合材料添加增強(qiáng)粒子有兩種方式：(a)分體式添加粒子方式；(b)混合式添加粒子方式。
分體式加入粒子方法：以在鋁合金中添加SiC粒子為例，增強(qiáng)相粒子通過兩個(gè)位于霧化器下方的噴射管道噴入霧化錐中，其中粒子尺寸約為3～15微米。結(jié)果表明，采用此法加入的增強(qiáng)相粒子的體積分?jǐn)?shù)*高可達(dá)25%。同時(shí)表現(xiàn)出較好的強(qiáng)度和韌性，具有較高的彈性模量。
混合式加入粒子方法：增強(qiáng)相粒子與霧化氣體混合在一起，使得噴嘴末端的冷卻速度大幅度提高。SiC粒子尺寸為10～20微米。此法要求提高熔體的過熱度，以保證適當(dāng)?shù)墓?液比值。這種方法可降低沉積坯中的孔隙度，并使增強(qiáng)相粒子的分布更為均勻。試驗(yàn)表明，此方法加入的SiC增強(qiáng)相粒子體積分?jǐn)?shù)可達(dá)20%以上，并表現(xiàn)出良好的綜合性能。
采用噴射共沉積技術(shù)制備金屬基復(fù)合材料，由于基體合金處于半凝固狀態(tài)，溫度較低，避免了因過高的接觸溫度引起界面反應(yīng)，從而提高了材料的界面性能。同時(shí)由于噴射共沉積工藝可細(xì)化晶粒組織，提高合金基體的固溶度，消除宏觀偏析以及生成非平衡亞穩(wěn)相等特點(diǎn)，可進(jìn)一步提高復(fù)合材料性能。
*近幾年，在噴射共沉積技術(shù)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)出了一種反應(yīng)噴射成形技術(shù)(Reactivesprayforming)，將噴射成形技術(shù)與反應(yīng)法制備金屬基復(fù)合材料技術(shù)結(jié)合在一起，增強(qiáng)相粒子在金屬熔體的噴射過程中通過化學(xué)反應(yīng)直接生成，因而與基體的結(jié)合更為良好，從而更好地解決了金屬基復(fù)合材料的界面問題，再加上快速凝固條件下，基體組織進(jìn)一步細(xì)化，使得該技術(shù)有望獲得更高性能的鋁基復(fù)合材料。