2-金属复合材料.ppt

纤维束连续熔浸装置及制品种类 将基体金属在坩埚中熔化后，在压力作用下通过喷咀送入雾化器，在高速惰性气体射流的作用下，液态金属被分散为细小的液滴，形成所谓“雾化锥” ； 通过一个或多个喷咀向“雾化锥”喷射入增强颗粒，使之与金属雾化液滴一齐在基板（收集器）上沉积，并快速凝固形成颗粒增强金属基复合材料。 喷射沉积法 ① 工艺流程短，工序简单，喷射沉积效率高，有利于工业化生产； ② 高致密度，直接沉积的复合材料密度一般可达到理论的95%-98%； ③ 属快速凝固方法，冷速可达103 -106 K/s，金属晶粒及组织细化，消除了宏观偏析，合金成分均匀，同时增强材料与金属液滴接触时间短，很少或没有界面反应； 喷射沉积法的优点 ④ 具有通用性和产品多样性。工艺适于多种金属材料基体，如高、低合金钢、铝及铝合金、高温合金等。通过设计雾化器和收集器的形状和一定的机械运动，直接形成盘、棒、管和板带等接近零件实际形状的复合材料的坯料。 原位自生成法 在复合材料制造过程中，增强材料在基体中生成和生长的方法称作原位自生成法。 在金属基复合材料制备过程中，经常遇到两个问题：一是增强材料与金属基体之间的相容性（即润湿性）问题，二是无论固态法还是液态法，增强材料与金属基体之间的界面都存在界面反应。增强材料与金属基体之间的相容性影响金属基复合材料在高温制备和高温应用中的性能和性能稳定性。 如果增强材料（纤维、颗粒或晶须）能从金属基体中直接（即原位）生成，则上述问题就可以得到较好的解决。 以原位自生成法制造的金属基复合材料中，基体与增强材料间的相容性好，界面干净，结合牢固，特别当增强材料与基体之间有共格或半共格关系时，能非常有效地传递应力；而且，界面上不生成有害的反应产物。因此这种复合材料具有较优异的力学性能。 原位自生成法 　　1) 共晶合金定向凝固法 　　2) 直接金属氧化法（DIMOXTM） 　　3) 反应自生成法（XDTM） 增强材料以共晶的形式从基体中凝固析出，通过控制冷凝方向，在基体中生长出排列整齐的类似纤维的条状或片层状共晶增强材料。 要求合金成分为共晶或接近共晶成分，以及有包晶或偏晶反应的两相结合。 共晶合金定向凝固法 工艺过程：合金原料在真空或惰性气体中通过感应加热熔化，控制冷却方向，进行定向凝固，析出的共晶相沿凝固方向整齐排列，连续相为基体，类似纤维的条状或片层状的分散相为增强体。 　定向凝固共晶复合材料的原位生长须满足三个条件： ① 有温度梯度的加热方式； ② 满足平面凝固条件； ③ 两相的成核和生长要协调进行。 定向凝固法的条件 定向凝固共晶复合材料的组织是层片状还是棒状（纤维状）取决于共晶中含量较少的组元的体积分数Xf。在二元共晶中，当Xf32%时呈纤维状，当Xf32%时为层片状。 　　二元共晶的平面凝固条件： 其中， C0为合金成份； GL为液相温度梯度；R为凝固速度； mL为液相线斜率；CE为共晶成份； DL为溶质在液相中的扩散系数。 纤维/基体界面有最低的能量，不发生反应，适于高温结构材料。 基体为镍基和钴基合金，增强材料主要是耐热性好、热强度高的金属间化合物。 问题：为保证对微观组织的控制，需要非常低的共晶生长速率，可选择的材料体系有限，共晶增强材料的体积分数也无法控制。 定向凝固法的特点 定向凝固共晶复合材料的主要应用 航空透平机叶片，有三元共晶合金Al-Ni-Nb，它所形成的α和β相为Ni3Al和Ni3Nb； 共晶合金C-Co-Cr，所形成的α和β相分别为(Co,Cr)和(Cr,Co)7C3。 DIMOXTM是一种可以制备金属基复合材料和陶瓷基复合材料的原位复合工艺。DIMOXTM法根据是否有预成型体又可分为唯一基体法和预成型体法，两者原理相同。 唯一基体法是制备金属基复合材料的原材料中没有填充物（增强材料预成型体）和增强相，只是通过基体金属的氧化或氮化来获取复合材料。 利用唯一基体法，制备Al2O3/Al。 通过铝液的氧化来获取Al2O3增强相。通常铝合金表面迅速氧化，形成一种内聚、结合紧密的氧化铝膜，这层氧化铝膜使得氧无法进一步渗透，从而阻止了膜下的铝进一步氧化。但是在DIMOXTM工艺中，熔化温度上升到900-1300℃，远超过铝的熔点660℃。通过进一步加入促进氧化反应的合金元素Si和Mg，使熔化金属通过显微通道渗透到氧化层外边，并顺序氧化，即铝被氧化，但铝液的渗透通道未被堵塞。 直接金属氧化法（DIMOXTM） 利用唯一基体法工艺，可以根据氧化程度来控制增强相的含量。 如果工艺过程在所有金属被氧化之前停止的话，则所制备的复合材料就是致密互连的Al2O3陶瓷基复合材料，其中含有5%-30%的Al。 除了可以直接氧化外，还可以直接氮化。通过DIMO