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目前金属基复合材料的制备工艺主要有哪些

04月12日 编辑 39baobao.com

[金属材料词汇]X线结晶分析法 X – ray crystal analyics method 奥氏体 Austenite 奥氏体碳钢 Austenite Carbon Steel 奥氏铁孻回火 Austempering 半静钢 Semi-killed steel 包晶反应 Pe...+阅读

(一)粉末冶金复合法 粉末冶金复合法基本原理与常规的粉末冶金法相同,包括烧结成形法、烧结制坯加塑法加工成形法等适合于分散强化型复合材料(颗粒强化或纤维强化型复合材料)的制备与成型。粉末冶金复合法的工艺主要优点是:基体金属或合金的成分可自由选择,基体金属与强化颗粒之间不易发生反应;可自由选择强化颗粒的种类、尺寸,还可多种颗粒强化;强化颗粒添加量的范围大;较容易实现颗粒均匀化。

缺点是:工艺复杂,成本高;制品形状、尺寸受限制;微细强化颗粒的均匀分散困难;颗粒与基体的界面不如铸造复合材料等。

(二)铸造凝固成型法 铸造凝固成型法是在基体金属处于熔融状态下进行复合。主要方法有搅拌铸造法、液相渗和法和共喷射沉积法等。铸造凝固成型铸造复合材料具有工艺简单化、制品质量好等特点,工业应用较广泛。

1、原生铸造复合法 原生铸造复合法(也称液相接触反应合成技术Liquid Contact Reaction:LCR)是将生产强化颗粒的原料加到熔融基体金属中,利用高温下的化学反应强化相,然后通过浇铸成形。这种工艺的特点是颗粒与基体材料之间的结合状态良好,颗粒细小(0.25~1.5μm),均匀弥散,含量可高达40%,故能获得高性能复合材料。常用的元素粉末有钛、碳、硼等,化合物粉末有Al2O

3、TiO

2、B2O3等。

该方法可用于制备A1基、Mg基、Cu基、Ti基、Fe基、Ni基复合材料,强化相可以是硼化物、碳化物、氮化物等。

2、搅拌铸造法 搅拌铸造法也称掺和铸造法等,是在熔化金属中加入陶瓷颗粒,经均匀搅拌后浇入铸模中获得制品或二次加工坯料,此法易于实现能大批量生成,成本较低。该方法在铝基复合材料的制备方面应用较广,但其主要缺点是基体金属与强化颗粒的组合受限制。

原因有两方面:①强化颗粒与熔体基本金属之间容易产生化学反应;②强化颗粒不易均匀分散在铝合金一类的合金熔体中,这是由于陶瓷颗粒与铝合金的润滑性较差,另一个问题是陶瓷颗粒容易与溶质原子一起在枝晶间产生偏析。

3、半固态复合铸造法 半固态复合铸造法是从半固态铸造法发展而来的。通常金属凝固时,初生晶以枝晶方式长大,固相率达0.2%左右时枝晶就形成连续网络骨架,失去宏观流动性。

如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌则使树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态,悬浮于剩余液相中,这种颗粒状非枝晶的微组织在固相率达0.5%~0.6%仍具有一定的流变性。液固相共存的半固态合金因具有流变性,可以进行流变铸造;半固态浆液同时具有触变性,可将流变铸锭重新加热到固、液相变点软化,由于压铸时浇口处及型壁的剪切作用,可恢复流变性而充满铸型。

强化颗粒或短纤维强化材料加入到受强烈搅拌的半固态合金中,由于半固态浆液球状碎晶粒对添加颗粒的分散和捕捉作用,既防止颗粒的凝聚和偏析,又使颗粒在浆液中均匀分布,改善了润湿性并促进界面的结合。

4、含浸凝固法(MI技术) 含浸凝固法是一种将预先制备的含有较高孔隙率的强化相成形体含浸于熔融基体金属之中,让基体金属浸透预成型体后,使其凝固以制备复合材料的方法。

有加压含浸和非加压含浸两种方法。含浸法适合于强化相与熔融基体金属之间润湿性很差的复合材料的制备。强化相含量可高达30%~80%;强化相与熔融金属之间的反应得到抑止,不易产生偏折。但用颗粒作强化相时,预成形体的制备较困难,通常采用晶须、短纤维制备预成形体。熔体金属不易浸透至预成形体的内部,大尺寸复合材料的制备较困难。

5、离心铸造法 广泛应用于空心件铸造成形的离心铸造法,可以通过两次铸造成型法成形双金属层状复合材料,此方法简单,具有成本低、铸件致密度高等优点,但是界面质量不易控制,难以形成连续长尺寸的复合材料。

6、加压凝固铸造法 该法是将金属液浇注铸型后,加压使金属液在压力下凝固。金属从液态到凝固均处于高压下,故能充分浸渗,补缩并防止产生气孔,得到致密铸件。

铸、锻相结合的方法又称挤压铸造、液态模锻、锻铸法等。加压凝固铸造法可制备较复杂的MMCs零件,亦可局部增强。由于复合材料易在熔融状态下压力复合,故结合十分牢固,可获得力学性能很高的零件。这种高温下制成的复合坯,二次成型比较方便,可进行各种热处理,达到对材料的多种要求。

7、热浸镀与反向凝固法 热浸镀与反向凝固法都是用来制备连续长尺寸包覆材料的方法。

热浸镀主要用于线材的连续镀层,主要控制通过镀层区的长度和芯线通过该区的速度等。反向凝固法是利用薄带作为母带,以一定的拉速穿过反向凝固器,由于母带的速度远远低于熔融金属的速度,在母带的表面附近形成足够大的过冷度,熔融金属以母带表面开始凝固生长,配置在反向凝固器上方的一对轧辊,同时起到拉坯平整和焊合的作用。

8、真空铸造法 真空铸造法是先将连续纤维缠绕在绕线机上,用聚甲丙烯酸等能分解的有机高分子化合物方法制成半固化带,把预成型体放入铸型中,加热到500℃使有机高分子分解。铸型的一端浸入基体金属液,另一端抽真空,将金属液吸入型腔浸透纤维。

(三)喷射成形法 喷射...

按基本材料的不同复合材料分为哪几种

一、按基体材料分:聚合物基复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料,水泥基复合材料,碳基复合材料;

二、按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。

三、按其结构特点又分为:

①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。

②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄;芯材质轻、强度低,但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。

③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷等。

④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比,其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高,并具有特殊的热膨胀

民用飞机上有哪些管类零件可用金属基复合材料成形

飞机上的材料大部分是合金材料。主要有以下几种。

1、铝合金。铝是一种轻金属,比重2.7左右。由于地球的吸引力的作用,要求飞机质量越轻越好。飞机越轻,飞的越高、越快、越远,装载量越大。但是铝的强度低,好在飞机不是拖拉机,它在空中飞行,不会碰到别的物体,所以,飞机的蒙皮大部分是用铝合金压制的,还有前机匣,飞机框架,肋条等。铝合金材料占飞机用料50%--70%左右。

2、镁合金。镁比铝更轻,比重2.1--2.3左右,熔点300度左右。强度更低。用来制造不承重的部件、壳体。例如各种活门壳体,油泵壳体等。镁合金材料占飞机用料5%--10%左右。

3、钛合金。钛也是一种轻金属,比重4.5左右,比铝重,但是强度很高,很耐高温,熔点1660多度,钛是造飞机的理想材料,飞机发动机,防弹部位,强化部位,加固部位,燃烧室,涡轮轴,涡轮盘,喷口等,大多数是用钛合金材料制造的。现代化的飞机,钛合金的用量比重越来越大。

4、镊钼钨合金。是造发动机的理想材料。飞机发动机的温度高达2000多度。一般的材料是不行的。只有钛钨钼合金才能胜任。飞机发动机装在飞机上时,用石棉布隔热,石棉是良好的隔热材料。把石棉做成板或做成布,把发动机包起来。发达的国家用强化石膏,陶瓷做隔热材料。我国已经用复合材料隔热

(一层籽饰粉,一层钛钨合金板压制成型材)。

与聚合物基复合材料相比金属基复合材料的优缺点有哪些

复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到热膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合, 使用温度可达1500℃,比超合金涡轮叶片的使用温度(1100℃)高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨,构成耐烧蚀材料,已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。

非金属基复合材料由于密度小,用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。

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