进而制备出AlO3門/A35锌基复合材料,与基体将液体金属在高压惰性气体喷射作用下雾化成微细 合金ZA35相比,复合材料的耐磨性能有了明显的颗粒,然后喷射沉积在一定形状的收集基板上,得 提高。崔峰等人以A1熔液为载体,采用原位反到快速凝固因而获得致密的金属半成品。喷射成形 应生成形状规则、尺寸细小的TiB2颗粒相,再将法特点;得到细小、致密、成分均匀的组织,具有 TiB2颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB2颗粒增强快速凝固工艺的特点,生产工序简单,生产成本较 的ZA27复合材料。TiB2颗粒在ZA27复合材料中,低,适用于生产各种形状的预成形金属制品。Ma 分布均匀,平均直径在3m以下;并随着TB2颗 guchi A等2用自己设计的实验结构溅射仪器溅射 粒含量增加复合材料的抗拉强度、硬度明显提高.Mg-10%和Mg-5%Ca镁合金,溅射的同时同步 黄赞军等研究了原位反应中反应物配比中随着稀注射S汇颗粒,制备了镁基复合材料。复合材料的 释剂铝量的增多,熔体内的自蔓燃反应启动得越慢,致密度高于95%,在挤压后材料的致密度高于 剧烈程度降低,但是反应产物得分布朝不均匀方向99%。这种方法制备的复合材料中,SiC颗粒的含 变化;熔体温度越高,反应启动得越快,而且剧烈;量可达到188%复合材料的弹性模量和硬度都有较 稀释剂镁粉的添加可以极大地缩短反应诱导时间,大的提高,但抗拉强度提高不明显 随着添加量的增加缩短更多 34挤压铸造法 4主要研究的问题 尽管挤压铸造的概念可以追溯到1800年左4.1润湿性 右21,但是第一次挤压铸造实验出现在1931年2 在金属基复合材料制备过程中,影响其组织和 挤压铸造法是制造金属基复合材料较理想的途径.性能的因素有许多。金属熔体与增强相之间的润湿 此工艺先将增强体制成预成型体,放入固定模型内性是其中一个非常关键的因素。影响润湿性主要有 预热至一定温度,浇人金属熔体,将模具压下并加以下两点:1.材料的内在属性(如:基体与增强相 压,迅速冷却得到所需的复合材料。挤压铸造法特的表面能)。2增强颗粒的表面状态(如:颗粒表 点:可以制备出增强相非常高体积分数(40%-面有大量的氧化物和污渍)。而改善金属熔体与增强 50%)的金属基复合材料,由于在高压下凝固,既体之间的润湿性的方法主要有:1.对增强颗粒进行 改善了金属熔体的浸润性,又消除了气孔等缺陷,金属涂覆(如Ni,Cu)处理。2向金属熔体中加 因此,挤压铸造法是制造金属基复合材料质量较好,入活性元素(如L,Mg,CaTi,Zr和P等)。3 可以一次成型。贾玉玺认为挤压加工有助于提高增强颗粒进行预热及保持颗粒表面清洁等方法。例 siC颗粒分布的均匀性,挤压棒料中的Si颗粒在如:在石墨粉末/纤维进行涂覆Ni或SiO2处理可以 挤压方向上定向、有序排列;挤压加工可以消除提高铝基体与石墨增强颗粒之间的润湿性。李子 SIC /AI复合材料中的疏松、气孔等缺陷,大幅度提全应用搅熔铸造工艺硏究了经预处理的siC颗粒 高复合材料的强度和塑性。然而,在制备金属基复在加镁的ZA27合金中的卷入、分散和润湿过程 合材料时,应该适当地控制挤压力地大小,挤压力由于发生了存在于SC颗粒表面的SiO2与由于加 过大会引起金属熔体产生湍流产生内部气泡和基Mg而降低表面能的合金液间的润湿,并在旋涡能 体氧化。也会破坏复合材料地增强相,降低其力学的促进下,Si能呈单粒状分散在熔体中;在高温 性能。因此分两步的挤压铸造(低压力的渗透和搅拌时,由于SO2与合金液中的活性原子Mg和 基体合金高压力的凝固)成功地制备了一种SiCw/Al等发生界面反应,促进了SiO2与合金液间的进 ZK5IA镁基复合材料洲。挤压铸造法的不足之处一步润湿,随后siC颗粒能与合金液发生非反应润 主要受到大体积产品的形状和尺寸的影响,因而,湿的主要原因是界面反应提供了无气洁净的SiC表 针对大体积的零件挤压铸造法适应性不高 面 35喷射成形法 另外,还可以增加増强相的表面能、减少熔化 喷射成形技术是英国斯旺西大学A. Singer教授金属基体的表面张力和基体与增强相之间的界面能 于1968年首先提出的,其目的是在于从熔融金属直来改善其润湿性。同时金属基复合材料在设计和制 接制得固态成品或半成品,并于1970年首次公备过程中应尽可能界面控制化学反应,减少氧化物 开报道。而作为一种工程技术则是从1974年英国形成。通过有效控制界面化学反应来改善其润湿性, O spray公司取得专利权开始的。其工艺的实质是:过分的界面化学反应会使界面区成为薄弱环节,导 10 ?1994-2014chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net进而制备出 Al2O3(P) /ZA35 锌基复合材料 , 与基体 合金 ZA35 相比, 复合材料的耐磨性能有了明显的 提高 。崔峰[ 19] 等人以 Al 熔液为载体 , 采用原位反 应生成形状规则、 尺寸细小的 TiB2 颗粒相, 再将 TiB2 颗粒传递到ZA27 合金中 , 形成 TiB2颗粒增强 的ZA27 复合材料 。 TiB2 颗粒在 ZA27 复合材料中, 分布均匀 , 平均直径在 3μm 以下 ;并随着 TiB2 颗 粒含量增加, 复合材料的抗拉强度 、 硬度明显提高。 黄赞军[ 20] 等研究了原位反应中反应物配比中随着稀 释剂铝量的增多 , 熔体内的自蔓燃反应启动得越慢, 剧烈程度降低, 但是反应产物得分布朝不均匀方向 变化 ;熔体温度越高 , 反应启动得越快 , 而且剧烈; 稀释剂镁粉的添加可以极大地缩短反应诱导时间, 随着添加量的增加缩短更多。 3. 4 挤压铸造法 尽管挤压铸造的概念可以追溯到 1800 年左 右[ 21] , 但是第一次挤压铸造实验出现在 1931 年[ 22] 。 挤压铸造法是制造金属基复合材料较理想的途径, 此工艺先将增强体制成预成型体 , 放入固定模型内 预热至一定温度, 浇人金属熔体 , 将模具压下并加 压, 迅速冷却得到所需的复合材料 。挤压铸造法特 点:可以制备出增强相非常高体积分数 (40 %～ 50 %) 的金属基复合材料 , 由于在高压下凝固, 既 改善了金属熔体的浸润性, 又消除了气孔等缺陷, 因此 , 挤压铸造法是制造金属基复合材料质量较好, 可以一次成型。贾玉玺 [ 23] 认为挤压加工有助于提高 SiC 颗粒分布的均匀性 , 挤压棒料中的 SiC 颗粒在 挤压方向上定向 、 有序排列 ;挤压加工可以消除 SiC /A l 复合材料中的疏松 、 气孔等缺陷 , 大幅度提 高复合材料的强度和塑性 。然而 , 在制备金属基复 合材料时, 应该适当地控制挤压力地大小, 挤压力 过大会引起金属熔体产生湍流, 产生内部气泡和基 体氧化 。也会破坏复合材料地增强相 , 降低其力学 性能 。因此, 分两步的挤压铸造 (低压力的渗透和 基体合金高压力的凝固) 成功地制备了一种 SiCW / ZK51A 镁基复合材料[ 24] 。挤压铸造法的不足之处 主要受到大体积产品的形状和尺寸的影响 , 因而, 针对大体积的零件挤压铸造法适应性不高。 3. 5 喷射成形法 喷射成形技术是英国斯旺西大学 A. Sing er 教授 于 1968 年首先提出的, 其目的是在于从熔融金属直 接制得固态成品或半成品[ 25] , 并于 1970 年首次公 开报道。而作为一种工程技术则是从 1974 年英国 O spray 公司取得专利权开始的。其工艺的实质是: 将液体金属在高压惰性气体喷射作用下雾化成微细 颗粒, 然后喷射沉积在一定形状的收集基板上 , 得 到快速凝固因而获得致密的金属半成品。喷射成形 法特点 :得到细小、 致密、 成分均匀的组织 , 具有 快速凝固工艺的特点 , 生产工序简单, 生产成本较 低 , 适用于生产各种形状的预成形金属制品。M o￾g uchi A 等[ 26] 用自己设计的实验结构溅射仪器溅射 M g - 10 %和 M g - 5 %Ca 镁合金 , 溅射的同时同步 注射 SiC 颗粒, 制备了镁基复合材料。复合材料的 致密度高于 95 %, 在挤压后材料的致密度高于 99 %。这种方法制备的复合材料中, SiC 颗粒的含 量可达到 18. 8 %复合材料的弹性模量和硬度都有较 大的提高, 但抗拉强度提高不明显 。 4 主要研究的问题 4. 1 润湿性 在金属基复合材料制备过程中 , 影响其组织和 性能的因素有许多。金属熔体与增强相之间的润湿 性是其中一个非常关键的因素 。影响润湿性主要有 以下两点:1. 材料的内在属性 (如:基体与增强相 的表面能)。 2. 增强颗粒的表面状态 (如 :颗粒表 面有大量的氧化物和污渍)。而改善金属熔体与增强 体之间的润湿性的方法主要有:1. 对增强颗粒进行 金属涂覆 (如 Ni , Cu) 处理 。 2. 向金属熔体中加 入活性元素 (如 Li , M g , Ca , Ti , Zr 和 P 等)。 3. 增强颗粒进行预热及保持颗粒表面清洁等方法 。例 如 :在石墨粉末 /纤维进行涂覆 Ni 或 SiO2 处理可以 提高铝基体与石墨增强颗粒之间的润湿性[ 27] 。李子 全[ 28] 应用搅熔铸造工艺研究了经预处理的 SiC 颗粒 在加镁的 ZA-27 合金中的卷入 、 分散和润湿过程 。 由于发生了存在于 SiC 颗粒表面的 SiO2 与由于加 M g 而降低表面能的合金液间的润湿 , 并在旋涡能 的促进下, SiC 能呈单粒状分散在熔体中 ;在高温 搅拌时 , 由于 SiO2 与合金液中的活性原子 M g 和 A l 等发生界面反应, 促进了 SiO2 与合金液间的进 一步润湿, 随后 SiC 颗粒能与合金液发生非反应润 湿的主要原因是界面反应提供了无气洁净的 SiC 表 面 。 另外, 还可以增加增强相的表面能、 减少熔化 金属基体的表面张力和基体与增强相之间的界面能 来改善其润湿性 。同时金属基复合材料在设计和制 备过程中应尽可能界面控制化学反应, 减少氧化物 形成。通过有效控制界面化学反应来改善其润湿性 , 过分的界面化学反应会使界面区成为薄弱环节 , 导 102