D0I:10.13374/i.issn1001053x.1996i.05.010 第18卷第5期 北京科技大学学报 Vol.18 No.5 1996年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing Oct.1996 雾化喷射沉积成形材料制备基本过程的分析* 张济山孙祖庆陈国良 北京科技大学新金属材料国家重点实验室材料科学与工程系，北京100083 摘要简要介绍目前为止喷射沉积过程所涉及的主要基本过程及其影响因素的主要研究结果及 相应的理论，也给出实验处理方法的基本原理， 关键词雾化喷射沉积成形，快速凝固，材料制备 中图分类号TG394.3 喷射沉积直接成形是60年代末提出的学术思想，经过多年的发展于80年代逐渐成熟为 一种快速凝固新技术，在高技术新材料领域已广泛应用.它是一项涉及粉末冶金、液态金属 雾化、快速冷却和非平衡凝固等多领域的新型材料制备技术，其特点是将经气体雾化的液 态金属熔滴沉积到一定形状的接收器上，直接制成一定形状的产品喷射沉积成形技术的主主 主要优点可见文献[1-4]. 1雾化喷射沉积成形的基本过程及原理 图1归纳了喷射沉积过程所涉及的主要基本过程及其影响因素.显然，这些基本过程各 自受不同影响因素的控制，但又相互关联.前一过程的结果往往作为下一过程的初始条件或 边界条件，对沉积材料的最终组织和性能有直接或间接的影响.近年来对喷射沉积成形过程 涉及它的基本问题虽有一定的研究，但往往侧重于某些子过程，如熔滴在空中飞行过程中的 冷却与凝固，沉积后的冷却与凝固等.但从整体角度考虑这些子过程之间的相互关系，及如 何应用分析结果进行优化控制喷射沉积过程的研究仍很少见. 1.1液态金属与气体的输运过程 该过程主要决定如何获得稳定的气体与液态金属的流量比(G/M),这是获得稳定的、 范围较窄的熔滴尺寸分布及冷却速度并最终获得均匀组织的关键因素之一5~山.当GM 增加时，熔滴尺寸将减小，相应的冷却速度将增加.显然，G/M的波动不仅导致雾化熔滴的冷 却速度和凝固过程的波动，而且导致沉积件尺寸的不均匀性，难以获得所需形状的材料. 对密耦型(close coupled)气体雾化过程，气体射流与液态金属导流管之间的气体动力学 交互作用可使局部区域的压力偏离环境压力，形成局部正压或负压.在这种情况下，液态金 属的流量也受到局部压力的影响，即Mf(△P,h),△P为导流管端部的局部压力(P)与环境 压力(P)的差值，h为液态金属的静压头.△P的大小取决于雾化气体的压力、导流管的形 1996-06-15收稿第一作者男30岁副教授博士 ◆国家自然科学基金资助项目第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 雾化喷射沉积成形材料制备基本过程 的分析 张济 山 孙祖庆 陈 国 良 北京 科技 大 学新 金属 材 料 国家重点 实验室材料科学 与工程 系 ， 北京 摘要 简要 介绍 目前 为止 喷射沉积过程所涉及 的主要基本过程及其影 响 因素的主要研究结果及 相 应 的理论 ， 也给 出实验处理方法 的基本原理 关键词 雾化喷射沉积成形 ， 快速凝固 ， 材料制备 中图分类号 喷射沉积直 接成形 是 年代末 提 出的学术思想 ， 经过多 年 的发展于 年代逐渐成熟 为 一 种快 速凝 固新技 术 ， 在 高技 术新 材料 领域 已 广泛应 用 它是 一项 涉及 粉末 冶金 、 液 态金 属 雾 化 、 快 速 冷 却和 非平 衡凝 固等多领 域 的新 型 材 料制备技 术 其特点是 将 经气体雾化 的液 态金 属 熔滴沉积 到 一定 形状 的接 收器 上 ，直接 制成 一定形状 的产 品 喷射沉积成 形技 术 的主 主 主要 优 点 可 见 文 献 【 一 雾化 喷射沉积成形 的基本过程及原理 图 归 纳 了 喷射 沉 积 过 程 所 涉 及 的 主要 基 本过 程 及 其影 响 因素 显 然 ， 这 些 基 本 过 程 各 自受 不 同影 响 因素 的控 制 ， 但 又 相 互 关联 前一 过 程 的结果 往 往 作 为 下 一 过 程 的初 始 条 件 或 边 界 条件 ， 对沉 积 材料 的最 终组 织 和性 能有 直 接 或 间接 的影 响 近 年来 对喷射沉 积成 形 过程 涉及 它 的基 本 问题 虽 有 一定 的研 究 ， 但 往 往侧 重 于 某 些 子 过 程 ， 如熔滴 在 空 中飞行过 程 中的 冷却与凝 固 ， 沉 积后 的冷却 与凝 固等 但 从 整体角度 考虑 这 些 子 过 程 之 间 的相 互 关 系 ， 及 如 何 应 用 分 析结果 进行 优化控 制 喷射 沉 积过 程 的研 究仍 很 少见 液态金属 与气体的输运 过 程 该 过 程 主 要 决 定 如 何 获 得 稳 定 的气 体 与 液 态 金 属 的流 量 比 这 是 获 得 稳 定 的 、 范 围 较 窄 的熔 滴 尺 寸 分 布 及 冷却 速 度 并 最 终 获 得 均 匀 组 织 的 关键 因 素之 一 一 川 当 浏 增 加 时 ，熔滴 尺 寸将减小 ， 相 应 的冷 却速度 将增 加 显然 ， 的波 动不仅 导致雾化熔 滴 的冷 却速 度 和 凝 固过 程 的波 动 ， 而 且 导致 沉 积件 尺 寸 的不 均匀性 ， 难 以 获得 所 需 形 状 的材 料 对密祸 型 叩 气体雾化过 程 ， 气体射流 与液 态金 属 导流 管 之 间 的气体 动力 学 交 互 作 用 可 使 局 部 区 域 的压 力 偏 离 环境 压 力 ， 形 成 局 部 正 压 或 负压 在 这 种情 况 下 ， 液 态金 属 的流量 也 受 到 局 部压 力 的影 响 ， 即 材长厂 △尸 ， ， △尸 为导流 管端部 的局 部压力 尸 与环境 压 力 尸， 的 差 值 ， 为 液 态 金 属 的静 压 头 · △尸 的 大 小 取 决 于 雾 化 气 体 的 压 力 、 导 流 管 的形 一 一 巧 收稿 第 一 作 者 男 岁 副教 授 博 士 国家 自然 科 学 基 金 资助 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．05．010