1995N95 材料导报 理,利用铝液在氧化性气氛中自发迅速反应Fe2Als、FeAl3等。另据 Smith3介绍 的特性而提出来的一种新工艺,即采用具有 RLPPS技术可用于AN、Al2O3、SC强化的 液体分散器的特殊装置,在氧化性气氛中将铝基复合材料以及TiAl、Ti3A等金属间化 铝液分散成大量细小的液滴,使其表面氧化合物基复合材料的制造。所用等离子气体为 生成AO3膜,而后这些带有Al2O3簿膜的Ar或He气,反应气氛分别为CH4、C3H3、N2 液滴沉积在一起时,液滴间相互碰撞使表层和O:等。 AlO3膜破碎并分散开来,同时内部铝液迅 总之,无论是RAD技术,还是 RLPPS 速冷却凝固,从而最终形成具有弥散分布了技术,均结合了熔化、快速凝固的特点,在保 Al2O3粒子的铝基复合材料-3 证了细晶基体和增强颗粒分布均匀的同时, 美国 California大学的 Xiaolu Zeng也保证了氧化颗粒与基体间良好的化学或冶 等最近利用RAD技术,将液态NisA(含金结合。所制得的材料具有较高的常温和高 Y和B)在N2O3中雾化喷射沉积,最终氧化温强度,以及高耐磨、耐热性能。由于反应喷 获得Al3O3和YO3增强的Ni3A基复合村射沉积的工艺成本较低、生产速度快,因此具 料。研究RAD工艺发现,通过控制混合气体有很好的发展应用前景 中的氧分压可控制氧化物颗粒的含量及其尺 范固。如增大介质中氧的含量或增大铝波3结束语 分散度(即液滴越细小),有利于提高铝液的 金属基复合材料的反应合成技术具有成 氧化程度,即增加铝基体中氧化物的比例。本低、工艺简单、增强体与基体结合良好、增 2.3.2反应低压等离子喷射沉积法强体大小和数量易于控制等优点,因此是 (RLPPS) 种很有前途的复合方法。随着反应合成工艺 等离子喷射成型的过程也是熔融金属熔和设备的不断完善,所合成的新型工程结构 滴的喷射沉积的过程,低压等离子喷射沉积材料和功能材料可望在不久的将来在航空 有时又称真空等离子喷射沉积 RIPPS法即航天、汽车制造、矿山机械、精密仪器、民用工 是将喷射室预抽至真空后,通入某些气体(如业等方面得到应用。 Ar、He、N2和H2等)使气压升至数千帕;然 然而,由于金属基复合材料反应合成技 后用等离子弧发生器(喷枪)将通入喷射室内术发展历史较短,大部分工艺和反应体系尚 的气体加热和电离,形成高温高速的等高子处于试验和开发研究阶段,要从实验室试验 射流熔化和雾化金属物料;同时在这种高能转向工业性生产,还有许多需要进一步研究 等离子体的轰击碰撞下,反应气体(如CH4、和探索的问题。在今后的工作中,应着重研究 CH3、N2等)和金属小液滴吸收能量而相互反应合成过程的控制措施;进一步优化工艺 反应,生成相应的陶瓷颗粒,再与剩余的金属条件、工艺参数及反应体系;加强对反应合成 液滴一起沉积后即得这种陶瓷顆粒增强的金的复合材料性能的研究,尤其应注意研究增 属基复合材料。这里采用低压的原因,是为了强体大小、形状、分布及体积百分比对金属基 减少金属基复合材料中的孔洞或疏松,降低复合材料性能的影响;加强后续处理工艺(如 沉积时产生的残余应力 挤压、锻造、轧制、重熔等)的研究,以进一步 Tsunekawa等将按一定的比例配好提高材料的某些性能等 的Fe-Al熔体分散成小滴,在N2中进行 我国对金属基复合材料的反应合成技术 RLPs,得到了AN增强的Fe-A金属间化的研究起步较晚研究方向也很少,从整体 合物基复合材料。其中Fe-A金属间化合物上看,与国外的差距还很大但从近几年的研 的类型随含铝量的增加可为 FeAl FeAl.、究进屐来看,一些高校和科研单位已着手进 S1994-2013ChinaacAdemicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net, M S 材料 导报 理 , 利用 铝液 在 氧化 性气 氛 中 自发 迅速 反 应 的特性而 提 出来 的一种新工 艺 , 即 采 用具 有 液体分散器 的特殊装 置 , 在 氧化性 气氛 中 , 将 铝液 分 散成 大量 细 小 的液滴 , 使 其 表 面氧 化 生 成 A I : 0 3 膜 , 而 后 这些 带 有 A I : 0 3薄 膜 的 液滴 沉积 在一起 时 , 液滴 间相 互碰 撞 使表 层 A 1 2 0 3 膜破 碎 并 分散 开 来 , 同时 内部 铝 液 迅 速 冷 却凝 固 , 从而 最 终形 成 具 有弥 散 分布 了 A ! 2 0 : 粒子 的铝基复合材料眯 一 ’3 , 。 美 国 C alif o rn i a 大 学 的 X iao l u Z en g 等〔3‘口最近 利 用 R A D 技术 , 将 液 态 N i 3 A l( 含 Y 和 B )在 N Z一 O : 中雾化 喷射 沉积 , 最终 氧化 获得 A 1 2 0 3 和 Y 2 0 3 增强 的 N i 3A I 荃 复合 材 料 。 研究 R A D 工艺 发现 , 通 过控 制混 合气体 中的氧分压 可控制 氧化物颗 粒 的含量 及其尺 寸范围 。 如增 大 介质 中氧的含 量或增 大铝液 分 散 度 (即液 滴越 细 小 ) , 有 利 于提 高 铝 液 的 氧化 程度 , 即增加 铝基体中氧化物 的 比 例 。 2 , 3 . 2 反 应 低 压 等 离 子 喷 射 沉 积 法 (R L P P S ) 等离 子喷射 成型 的过程也是熔融 金属熔 滴的 喷射 沉积 的 过程 , 低 压等 离子 喷 射 沉积 有时 又称 真空等 离子喷 射沉积 。 R L P P S 法 即 是将 喷射室预抽 至 真空 后 , 通入 某些 气体 (如 A r 、 H e 、 N Z 和 H Z 等 )使气 压 升 至 数 千 帕 ;然 后用 等离子弧 发生器 (喷枪 )将 通入 喷射室 内 的气 体 加热 和 电禽 , 形成 高温 高速 的 等离 子 射流 , 熔 化和 雾化金 属物料 ;同时在 这种高 能 等离子 体 的轰 击 碰撞下 , 反 应 气 体 (如 C H ; 、 C 3 H 。、 N Z 等)和 金 属 小液滴 吸收 能 量 而相 互 反 应 , 生成相 应的 陶瓷颗粒 , 再与 剩余的金属 液 滴一起 沉积后 即得这种 陶瓷颗 粒增强 的金 属 基复 合材料 。 这里 采用 低压的 原因 , 是 为 了 减 少金 属 基复合材料 中 的孔 洞或 疏 松 , 降低 沉积时产 生的残 余应力 。 T s u n e k a w a 等[, 5 〕将 按 一 定 的 比 例 配 好 的 F e 一 A l 熔 体 分 散 成 小 滴 , 在 N : 中 进 行 R L P P S , 得到 了 A IN 增 强的 F e一 A l 金 属 间化 合物 基复合材 料 。 其 中 F e一 A ! 金属 间化 合物 的 类 型 随 含 铝 量 的增 加 可 为 F eA I 、 F e AI Z 、 F e Z A 1 5 、 F e A 1 3 等 。 另 据 Sm ith [36〕 介 绍 , R l , P P S 技 术可 用 于 A IN 、 A 1 2 O : 、 S I C 强化 的 铝 基复 合 材料 以 及 TI A I 、 Ti 3 A I 等金 属 间化 合 物基复合材 料的 制造 。 所用等 离子气体为 A r 或 H e 气 , 反应 气氛分 别 为 C H ; 、 C 3 H 3 、 N Z 和 O : 等 。 总 之 , 无 论 是 R A D 技 术 , 还 是 RI J P P S 技 术 , 均 结 合 了熔 化 、 快 速凝 固的 特 点 , 在 保 证 了细 晶 基体和 增 强 颗粒 分布 均 匀 的 同时 , 也 保证 了氧化颗粒 与基体 间 良好 的 化学 或冶 金 结合 。 所制得的 材料具有 较高 的常温 和高 温强度 , 以 及高耐 磨 、 耐热性 能 。 由于 反应喷 射沉积 的工艺成本较 低 、 生产速 度快 , 因此具 有 很好的 发展应用 前景 。 3 结束语 金属 基复合材 料的 反应合成 技术 具有成 本低 、 工 艺简单 、 增 强 体与 基 体结 合 良好 、 增 强体 大 小和数 量 易于 控制 等 优点 , 因此 是一 种很有前 途的复合 方法 。 随着 反应 合成工艺 和设 备 的不断 完 善 , 所 合 成 的新 型工 程结 构 材 料和功 能材料 , 可望在 不久的 将来 , 在航空 航夭 、 汽 车制造 、 矿 山机 械 、 精密 仪器 、 民用工 业等方 面得到应 用 。 然而 , 由于 金属 基 复 合材 料 反 应合 成技 术 发展 历 史较 短 , 大部 分 工 艺和 反应 体 系 尚 处 于试 验和 开 发研 究 阶段 , 要从 实 验室 试验 转 向工 业性 生 产 , 还 有许 多 需要 进 一步 研 究 和 探索的 问题 。 在今后 的工 作中 , 应着重研 究 反 应 合成过 程 的控 制措 施 ;进一 步 优化工 艺 条件 、 工 艺参数及反 应体 系 ;加 强对反应 合成 的复 合材 料性 能 的研 究 , 尤其 应注 意 研究 增 强体大 小 、 形 状 、 分 布及体 积百 分 比对 金属基 复合材 料性能的影响 ;加 强后续 处理工 艺(如 挤 压 、 锻造 、 轧 制 、 重 熔等 )的 研究 , 以 进一 步 提高材 料的某些性 能等 。 我 国对金属 基复 合 材料的 反应 合成技术 的研 究 , 起步 较晚 , 研 究方 向也很 少 , 从 整体 上看 , 与国外 的差距还很 大 。 但 从近几 年的研 究进 展 来看 , 一些 高 校和 科研 单 位 已 着 手进