Aug.2006 VoL55 No 8 FOUNDRY ·817· 复合材料 金属基复合材料制备中有害界面反应的控制 和润湿性的改善工艺 崔华,郝斌,张济山 (北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083 摘要:介绍了液态法制备颗粒增强金属基复合材料(以SCpA1为例过程中,如何控制增强相颗粒和基体之间发生 的有害界面反应、改善增强颗粒与基体润湿性的常用方法。结果表明,添加Si素、添加Ti、Zr、Nb、V等合金元素 表面涂覆和处理以及控制工艺方法和参数都可有效地抑制有害的界面反应发生和改善基体和增强相的润湿性 关键词:金属基复合材料;增强颗粒;界面反应;润湿性 中图分类号:TB333文献标识码:A文章编号:1001-4977(2000808174 C on tro ling d trim en ta l n terface r eaction and Im proving w etness f Metall atrⅸ C om pos ite CUIHua, HAO Bi, ZHANG Jisha a S tate Key labora tory for a dvanced m etas and M aterak, U n iers ity ofs cience and Techno bgy Being, Being 100083, C hna) Abstract: durng the preparaton ofparti e re nforced m e talm atrix com pos ite by liqun m e thods, the conven tinal m e thods of con tro ling de trim en tal i terface reaction happenig and in proving the wetness betw een re nforcem ent and m atrix are n troduced The resu its nd ia ted that addng to si ebm ent; addng to ti zr nb, v etc a lby ebm ents coa tig and treating the re n forcem ent surface and con to lling the techno bgy and param eter can ntim a te the detrim ental n terface reaction and im prove the wetness be tw een re i forcem entand m a trix e ffective ly. Key words: m e ta lm atrix com posite; re n forcem entpartice; n terface reaction; wetness 金属基复合材料中,发展最快、最受人重视的是差,从制备过程方面考虑,界面反应会有效的改善二 铝基复合材料,因为铝及其合金为基体的复合材料具者的润湿性。但是,SC和A坂反应会生成有害的化学反 有高的比强度和比刚度,是颗粒增强金属基复合材料应产物,如ALC3等,是脆性相,常和水发生化学反应 中开发最早、品种和规格最多,应用最广泛的一类复对复合材料产生不利的影响,如严重损害材料的力学 合材料。在増强相的选择上,注重选择具有高模量、性能、使材料易于腐蚀、使材料基体合金的硅含量增 高强度、耐磨性好以及良好的高温性能,同时在物理加。为了控制S和AL间有害的界面反应,国内外在 化学性能上和基体适当匹配的材料。日前,常见颗粒S颗粒表面处理、基体合金化以及制备工艺的选择和 增强相有S汇、BC、WC、AQ03等 工艺参数的控制方面进行了大量的研究 应用广泛的S,A1复合材料具有较高的比强度 比 刚度、弹性模量、耐磨性和低的热膨胀系数等优良1增强粒子加入到熔化基体中的方法 的物理性能,且制造成本低,可用传统的金属加工工 金属基复合材料由基体和增强相组成,制备金属 艺进行加工,引起了材料研究者的极大兴趣,在航空、基复合材料有很多种方法,大致可以分为液态法(铸 航天、电子仪表、汽车和军事领域中显示出巨大的应造法、喷射成形法、液态浸渗法、原位反应法等和 用前景。在液相制备过程中,运用不同技术将增强粒固态法(粉末冶金法、机械合金化等即。当用液态法 子加入到熔化的基体材料中,经过混合与铸造,最终时,有许多方法可以将增强粒子加入到熔化的基体材 得到颗粒增强型金属基复合材料的成品-3。 料中,比如 在采用半固态搅拌、熔体浸渗法等液态法制备 (D用一个喷射枪将增强粒子粉末与惰性气体 SA复合材料时,SC颗粒和A1熔体之间润湿性很同注入熔化的基体中 C作名简升1华(1956黑龙汪深异峰系天订需王程师主要从事材料微观组的研死王作. Enailkxinm exe 163. om.net· · 收稿日期: 2005- 12- 09收到初稿, 2006- 04- 04收到修订稿。 作者简介: 崔华 ( 1956-) , 女, 黑龙江齐齐哈尔人, 高级工程师, 主要从事材料微观组织的研究工作。Email: xiumeixiu@163.com 崔 华, 郝 斌, 张济山 ( 北京科技大学新金属材料国家重点实验室, 北京 100083) !!!!!" ! ! "!!!!!" " 复合材料 摘要: 介绍了液态法制备颗粒增强金属基复合材料 ( 以SiCp/Al为例) 过程中, 如何控制增强相颗粒和基体之间发生 的有害界面反应、改善增强颗粒与基体润湿性的常用方法。结果表明, 添加Si元素、添加Ti、Zr、Nb、V等合金元素、 表面涂覆和处理以及控制工艺方法和参数都可有效地抑制有害的界面反应发生和改善基体和增强相的润湿性。 关键词: 金属基复合材料; 增强颗粒; 界面反应; 润湿性 中图分类号: TB333 文献标识码: A 文章编号: 1001-4977 ( 2006) 08-0817-04 CUI Hua, HAO Bin, ZHANG Ji-shan (1 State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China) Abstract: During the preparation of particle reinforced metal matrix composite by liquid methods, the conventional methods of controlling detrimental interface reaction happening and improving the wetness between reinforcement and matrix are introduced. The results indicated that adding to Si element; adding to Ti, Zr, Nb, V etc alloy elements; coating and treating the reinforcement surface; and controlling the technology and parameter can intimate the detrimental interface reaction and improve the wetness between reinforcement and matrix effectively. Key words: metal matrix composite; reinforcement particle; interface reaction; wetness 金属基复合材料制备中有害界面反应的控制 和润湿性的改善工艺 Controlling Detrimental Interface Reaction and Improving Wetness of Metal Matrix Composite 金属基复合材料中, 发展最快、最受人重视的是 铝基复合材料, 因为铝及其合金为基体的复合材料具 有高的比强度和比刚度, 是颗粒增强金属基复合材料 中开发最早、品种和规格最多, 应用最广泛的一类复 合材料。在增强相的选择上, 注重选择具有高模量、 高强度、耐磨性好以及良好的高温性能, 同时在物理 化学性能上和基体适当匹配的材料。目前, 常见颗粒 增强相有SiC、B4C、WC、Al2O3等。 应用广泛的SiCp/Al复合材料具有较高的比强度、 比刚度、弹性模量、耐磨性和低的热膨胀系数等优良 的物理性能, 且制造成本低, 可用传统的金属加工工 艺进行加工, 引起了材料研究者的极大兴趣, 在航空、 航天、电子仪表、汽车和军事领域中显示出巨大的应 用前景。在液相制备过程中, 运用不同技术将增强粒 子加入到熔化的基体材料中, 经过混合与铸造, 最终 得到颗粒增强型金属基复合材料的成品[1- 3] 。 在采用半固态搅拌、熔体浸渗法等液态法制备 SiCp/Al复合材料时, SiC颗粒和Al熔体之间润湿性很 差, 从制备过程方面考虑, 界面反应会有效的改善二 者的润湿性。但是, SiC和Al反应会生成有害的化学反 应产物, 如Al4C3等, 是脆性相, 常和水发生化学反应, 对复合材料产生不利的影响, 如严重损害材料的力学 性能、使材料易于腐蚀、使材料基体合金的硅含量增 加。为了控制SiC和Al之间有害的界面反应, 国内外在 SiC颗粒表面处理、基体合金化以及制备工艺的选择和 工艺参数的控制方面进行了大量的研究。 1 增强粒子加入到熔化基体中的方法 金属基复合材料由基体和增强相组成, 制备金属 基复合材料有很多种方法, 大致可以分为液态法 ( 铸 造法、喷射成形法、液态浸渗法、原位反应法等) 和 固态法 ( 粉末冶金法、机械合金化等) [4] 。当用液态法 时, 有许多方法可以将增强粒子加入到熔化的基体材 料中, 比如: ( 1) 用一个喷射枪将增强粒子粉末与惰性气体一 同注入熔化的基体中; Aug. 2006 Vol.55 No.8 铸 造 FOUNDRY 817