第五章II_复合材料及其制备技术-金属基22.ppt

3）利于增强相与金属基体的均匀混合。可降低增强材料与基体互相湿 润的要求，也降低了增强材料与基体粉未的密度差的要求，使颗粒 或晶须均匀分布在金属基复合材料的基体中。 4）其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善；采用热等静压工艺 时，其组织细化、致密、均匀，一般不会产生偏析、偏聚等缺陷， 可使孔隙和其他内部缺陷得到明显改善，从而提高复合材料的性 能。 5）利于净成型或近净成型，二次加工性能好; 粉未冶金法制备的金属基 复合材料可通过传统的金属加工方法进行二次加工。可以得到所需形状的复合材料构件的毛坯。 粉末冶金既可用于连续长纤维增 强，又可用于短纤维、颗粒或晶 须增强的金属基复合材料。在粉 未冶金法中，长纤维增强金属基 复合材料分两步进行。 首先是将预先设计好的一定体 积百分比的长纤维和金属基体粉末 混装于容器中，在真空或保护气氛 下预烧结。 然后将预烧结体进行热等静压 加工。 一般情况下，采用粉未冶金工 艺制备的长纤维增强金属基复合材 料中，纤维的体积百分含量为40% ~ 60%，最多可达75%。 粉末冶金法主要缺点 ① 工艺过程比较复杂，成本较高； ② 金属基体必须制成粉末，增如了工艺的 复杂性和成本； ③ 在制备铝基复合材料时，还要防止铝粉 引起的爆炸。 （2）真空热压扩散结合 在一定的温度和压力下，把表面新鲜清洁的相同或不相同的金属，通过表面原子的互相扩散而连接在一起。因而，扩散结合也成为一种制造连续纤维增强金属基复合材料的传统工艺方法。　 扩散结合工艺中，增强纤维与基体的结合主要分为三个关键步骤： ① 纤维的排布； ② 复合材料的叠合和真空封装； ③ 热压。 特点 工艺相对复杂，工艺参数控制要求严格，纤维排布、叠合以及封装手工操作多，成本高。 扩散结合是连续纤维增强并能按照铺层要求排布的惟一可行的工艺。 在扩散结合工艺中，增强纤维与基体的湿润问题容易解决，而且在热压时可通过控制工艺参数的办法来控制界面反应。 因此，在金属基复合材料的早期生产中大量采用扩散结合工艺。 （2）半固态复合铸造 将颗粒加入半固态的金属熔体中，通过搅拌使颗粒在基体中分布均匀，并取得良好的界面结合，然后浇注成型或将半固态复合材料注入模具中进行压铸成型。是针对搅拌法的缺点而提出的改进工艺。 半固态复合铸造的原理 ① 是将金属熔体的温度控制在液相线与固相线之间，通过搅拌使部分 树枝状结晶体破碎成固相颗粒，熔体中的固相颗粒是一种非枝晶结钩，可以防止半固态熔体粘度的增加。 ② 当加入预热后的增强颗粒时，因熔体中含有一定量的固相金属颗粒，在搅拌中增强颗粒受阻而滞留在半固态金属熔体中，增强颗粒不会结集和偏聚而得到一定的分散。 ③ 同时强烈的机械搅拌也使增强颗粒与金属熔体直接接触，促进润湿。 主要控制工艺参数 　① 金属基体熔体的温度应使熔体达到30%~50%固态； ② 搅拌速度应不产生湍流以防止空气裹入，并使熔体中枝晶破碎形成 固态颗粒，降低熔体的粘度，从而有利于增强颗粒的加入。 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Xf 32 %时呈纤维状，当Xf 32 %时为层片状。 定向凝固共晶复合材料主要应用于航空透平机叶片，有三元共晶合金Al-Ni-Nb，它所形成的α和β相为Ni3Al和Ni3Nb； 单变度共晶合金C-Co-Cr，所形成的α和β相分别为(Co,Cr)和(Cr,Co)7C3。 The end! 增强相从基体中直接生成，生成相的热力学稳定性好，不存在基体与增强相之间的认识润湿和界面反应等问题，基体与增强相结合良好，较好的解决了界面相容性问题。 原位自生成有三种方法 　　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） 原位自生成示意图 （1）共晶合金定向凝固：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