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噴射共沉積技術對研發先進鋁基復合材料的作用

噴射共沉積技術對研發先進鋁基復合材料的作用

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鋁基復合材料以其優異的物理性能和機械性能成為當今材料科學界研究的熱點。制備鋁基復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、顆粒偏析等技術難題，使得鋁基復合材料的發展和應用受到制約。近年來的研究工作設法將噴射成形技術與鋁基復合材料制備技術結合在一起，開發出一種“噴射共沉積(Sprayco-deposition)”技術，很好地解決了增強粒子的偏析問題，而且由于凝固時間很短，可以避免增強相粒子在基體中的溶解以及界面反應；另外，該技術將材料的制備和成形過程結合在一起，簡化了生產工序，降低了生產成本。目前，噴射共沉積制備鋁基復合材料添加增強粒子有兩種方式：(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，增強相粒子通過兩個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。結果表明，采用此法加入的增強相粒子的體積分數*高可達25%。同時表現出較好的強度和韌性，具有較高的彈性模量。
混合式加入粒子方法：增強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，以保證適當的固/液比值。這種方法可降低沉積坯中的孔隙度，并使增強相粒子的分布更為均勻。試驗表明，此方法加入的SiC增強相粒子體積分數可達20%以上，并表現出良好的綜合性能。
采用噴射共沉積技術制備金屬基復合材料，由于基體合金處于半凝固狀態，溫度較低，避免了因過高的接觸溫度引起界面反應，從而提高了材料的界面性能。同時由于噴射共沉積工藝可細化晶粒組織，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相等特點，可進一步提高復合材料性能。
*近幾年，在噴射共沉積技術的基礎上，又開發出了一種反應噴射成形技術(Reactivesprayforming)，將噴射成形技術與反應法制備金屬基復合材料技術結合在一起，增強相粒子在金屬熔體的噴射過程中通過化學反應直接生成，因而與基體的結合更為良好，從而更好地解決了金屬基復合材料的界面問題，再加上快速凝固條件下，基體組織進一步細化，使得該技術有望獲得更高性能的鋁基復合材料。

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