铝基复合材料以其优异的物理性能和
机械性能成为当今材料科学界研究的热点。制备
铝基
复合材料的方法有许多种,如普通
铸造搅拌法、
粉末冶金法等等,但由于存在界面反应、颗粒偏析等技术难题,使得铝基复合材料的发展和应用受到制约。近年来的研究工作设法将
喷射成形技术与铝基复合材料制备技术结合在一起,开发出一种“喷射共沉积(Sprayco-deposition)”技术,很好地解决了增强粒子的偏析问题,而且由于凝固时间很短,可以避免增强相粒子在
基体中的溶解以及界面反应;另外,该技术将材料的制备和成形过程结合在一起,简化了生产工序,降低了生产成本。
目前,喷射共沉积制备铝基复合材料添加增强粒子有两种方式:(a)分体式添加粒子方式;(b)混合式添加粒子方式。
分体式加入粒子方法:以在
铝合金中添加SiC粒子为例,增强相粒子通过两个位于
雾化器下方的喷射管道喷入雾化锥中,其中粒子尺寸约为3~15微米。结果表明,采用此法加入的增强相粒子的体积分数最高可达25%。同时表现出较好的
强度和
韧性,具有较高的
弹性模量。
混合式加入粒子方法:增强相粒子与雾化气体混合在一起,使得喷嘴末端的
冷却速度大幅度提高。SiC粒子尺寸为10~20微米。此法要求提高熔体的过热度,以保证适当的固/液比值。这种方法可降低沉积坯中的孔隙度,并使增强相粒子的分布更为均匀。试验表明,此方法加入的SiC增强相粒子体积分数可达20%以上,并表现出良好的综合性能。
采用喷射共沉积技术制备
金属基复合材料,由于基体
合金处于半凝固状态,温度较低,避免了因过高的接触温度引起界面反应,从而提高了材料的界面性能。同时由于喷射共沉积工艺可细化晶粒组织,提高合金基体的
固溶度,消除宏观偏析以及生成非平衡亚稳相等特点,可进一步提高复合材料性能。
最近几年,在喷射共沉积技术的基础上,又开发出了一种反应喷射成形技术(Reactivesprayforming),将喷射成形技术与反应法制备金属基复合材料技术结合在一起,增强相粒子在金属熔体的喷射过程中通过化学反应直接生成,因而与基体的结合更为良好,从而更好地解决了金属基复合材料的界面问题,再加上快速凝固条件下,基体组织进一步细化,使得该技术有望获得更高性能的铝基复合材料。
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