鎳基復(fù)合材料

1、鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料發(fā)展發(fā)展。在各種復(fù)合材料的發(fā)展過(guò)程中。在各種復(fù)合材料的發(fā)展過(guò)程中 , 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料(Metal Matrix Composites MMCs) 的的 研究、生產(chǎn)及發(fā)展起步較晚研究、生產(chǎn)及發(fā)展起步較晚 ,但是由于其具有低熱脹但是由于其具有低熱脹 系數(shù)、高耐熱性、在動(dòng)力結(jié)構(gòu)方面的高系數(shù)、高耐熱性、在動(dòng)力結(jié)構(gòu)方面的高比強(qiáng)度、高比比強(qiáng)度、高比 模量、耐磨損和抗老化等特點(diǎn)模量、耐磨損和抗老化等特點(diǎn) ,所以倍受人們青所以倍受人們青睞睞 , 尤其是在汽車、航空、航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在汽車、航空、航天領(lǐng)域得

2、到了廣泛的應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)外的一些科研院所竟相在這一領(lǐng)域展開深入廣外的一些科研院所竟相在這一領(lǐng)域展開深入廣 泛的研究泛的研究 ,并取并取得了豐碩的成得了豐碩的成果。對(duì)金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用和研究目前處于世果。對(duì)金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用和研究目前處于世界領(lǐng)先的國(guó)家主要是美國(guó)和日本。美國(guó)把復(fù)合材料作界領(lǐng)先的國(guó)家主要是美國(guó)和日本。美國(guó)把復(fù)合材料作 為國(guó)防部為國(guó)防部的關(guān)鍵技術(shù)核心來(lái)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)核心來(lái)實(shí)施 ,投入了大量的資投入了大量的資 金和人力金和人力 ,并在復(fù)合材并在復(fù)合材料領(lǐng)域取得了重大的進(jìn)展料領(lǐng)域取得了重大的進(jìn)展 ,處處 于世界領(lǐng)先地位。于世界領(lǐng)先地位。鎳基復(fù)合材料其他民用工業(yè)的應(yīng)用其他民用工業(yè)的應(yīng)

3、用 其他方面其他方面 ,金屬基復(fù)合材料還用于制造金屬基復(fù)合材料還用于制造高爾夫高爾夫 球桿頭球桿頭 ,自行車鏈輪以及醫(yī)療上的假肢等等。近年自行車鏈輪以及醫(yī)療上的假肢等等。近年 來(lái)來(lái) ,電力行業(yè)也使用了金屬基復(fù)合材料電力行業(yè)也使用了金屬基復(fù)合材料 ,如法國(guó)的如法國(guó)的 EDF公司和美國(guó)公司和美國(guó)的的 3M 公司聯(lián)合研制的一種新型纖公司聯(lián)合研制的一種新型纖 維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料導(dǎo)線維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料導(dǎo)線 ,因其導(dǎo)電性好因其導(dǎo)電性好 ,環(huán)境適應(yīng)環(huán)境適應(yīng) 性好性好 ,耐腐蝕等特點(diǎn)耐腐蝕等特點(diǎn) ,在電力傳輸方面在電力傳輸方面應(yīng)用前景良好。應(yīng)用前景良好。鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料 鎳基復(fù)合材料是以鎳

4、基復(fù)合材料是以制造制造的。由于鎳的的。由于鎳的，因此這種復(fù)，因此這種復(fù)合材料主要是用于制造合材料主要是用于制造高溫下工作的零部高溫下工作的零部件件。鎳基復(fù)合材料 鎳基復(fù)合材料最有前途的應(yīng)用之一是做燃鎳基復(fù)合材料最有前途的應(yīng)用之一是做燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片。用于鎳基復(fù)合材料氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片。用于鎳基復(fù)合材料的基體主要有：純鎳、鎳鉻合金、鎳鋁合的基體主要有：純鎳、鎳鉻合金、鎳鋁合金等。金等。鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料 對(duì)于像燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)于像燃?xì)廨啓C(jī)零件這類用途的，零件這類用途的，需耐較高的溫度。需耐較高的溫度。但由于制作和使但由于制作和使用環(huán)境的溫度高。用環(huán)境的溫度高。其制作難度，增其制作難度，增強(qiáng)體

5、與基體之間強(qiáng)體與基體之間化學(xué)反應(yīng)的可能化學(xué)反應(yīng)的可能性也變高了。性也變高了。鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料的制備鎳基復(fù)合材料的制備 在鎳基復(fù)合材料中，一個(gè)合適的增強(qiáng)材料在鎳基復(fù)合材料中，一個(gè)合適的增強(qiáng)材料必須具備良好的高溫強(qiáng)度，熱膨脹系數(shù)相必須具備良好的高溫強(qiáng)度，熱膨脹系數(shù)相匹配，同時(shí)必須與基體潤(rùn)濕及化學(xué)相容。匹配，同時(shí)必須與基體潤(rùn)濕及化學(xué)相容。金屬基體與增強(qiáng)材料的化學(xué)相容指：不發(fā)金屬基體與增強(qiáng)材料的化學(xué)相容指：不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)體不溶于基體。下面以生化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)體不溶于基體。下面以“碳纖維增強(qiáng)鎳基材料碳纖維增強(qiáng)鎳基材料”為例。為例。鎳基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)鎳基材料制備簡(jiǎn)述碳纖維增強(qiáng)鎳基材料制備簡(jiǎn)

6、述 材料：材料：碳纖維碳纖維 , 銅銅，鎳鎳 。工藝步驟為。工藝步驟為 碳纖維預(yù)碳纖維預(yù)處理處理 , 電沉電沉 積銅積銅 、清洗、清洗 、中和、中和 , 電沉積鎳電沉積鎳 , 成型成型電沉積鎳電沉積鎳 , 坯料清洗坯料清洗 、烘干、烘干 , 裁剪坯料放入模具裁剪坯料放入模具 , 真空熱真空熱 壓壓 , 隨爐冷卻隨爐冷卻 。本發(fā)明利用三步電沉積方。本發(fā)明利用三步電沉積方法制備法制備 的的 復(fù)合材料復(fù)合材料 , 不僅能夠滿足燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)不僅能夠滿足燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī) 的葉片使用要求的葉片使用要求 , 而且具有而且具有 良好的高溫強(qiáng)度良好的高溫強(qiáng)度 、高高 彈性模量彈性模量 、低密度、低密度 、高熔點(diǎn)

7、、高熔點(diǎn) 等優(yōu)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn) 鎳基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)鎳基材料彈力假肢碳纖維增強(qiáng)鎳基材料彈力假肢 鎳基復(fù)合材料應(yīng)用的成功例子。強(qiáng)度高，耐用，不對(duì)人體造成不良影響。鎳基復(fù)合材料應(yīng)用：鎳基材料用于飛機(jī)、船舶、工業(yè)和車應(yīng)用：鎳基材料用于飛機(jī)、船舶、工業(yè)和車輛用燃?xì)廨啓C(jī)的最關(guān)鍵的高溫部件，如渦輪輛用燃?xì)廨啓C(jī)的最關(guān)鍵的高溫部件，如渦輪機(jī)葉片、導(dǎo)向葉片和整體渦輪等。這些領(lǐng)域機(jī)葉片、導(dǎo)向葉片和整體渦輪等。這些領(lǐng)域的材料主要是：的材料主要是：鎳基鑄造高溫合金鎳基鑄造高溫合金鎳基復(fù)合材料鎳基鑄造高溫合金鎳基鑄造高溫合金 以鎳為主要成分的鑄造高溫合金，以以鎳為主要成分的鑄造高溫合金，以“K”加序加序號(hào)表示，如號(hào)表示，如K

8、1、 K2等。隨著使用溫度和強(qiáng)度等。隨著使用溫度和強(qiáng)度的提高，高溫合的提高，高溫合金的合金化程度越來(lái)越高，熱加金的合金化程度越來(lái)越高，熱加工成形越來(lái)越困難，必須采用鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。工成形越來(lái)越困難，必須采用鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。另外，采用冷卻技術(shù)的空心葉片的內(nèi)部復(fù)雜型腔，另外，采用冷卻技術(shù)的空心葉片的內(nèi)部復(fù)雜型腔，只能采用精密鑄造工藝才能生產(chǎn)。這樣，鎳基變只能采用精密鑄造工藝才能生產(chǎn)。這樣，鎳基變形高溫合金就轉(zhuǎn)化為鎳基鑄造高溫合金。形高溫合金就轉(zhuǎn)化為鎳基鑄造高溫合金。鎳基復(fù)合材料添加元素及作用添加元素及作用鎳基鑄造高溫合金以鎳基鑄造高溫合金以(Ni3Nb)相為基體，添加鋁、鈦、相為基體，添加鋁、

9、鈦、鈮、鉭等形成鈮、鉭等形成 (Ni3Al)相（增強(qiáng)體）進(jìn)行強(qiáng)化，相（增強(qiáng)體）進(jìn)行強(qiáng)化， (Ni3Al)相數(shù)量較多，有的合金高達(dá)相數(shù)量較多，有的合金高達(dá)60%；加入鈷能提；加入鈷能提高高 相的溶解溫度，提高合金的使用溫度；鉬、鎢、鉻相的溶解溫度，提高合金的使用溫度；鉬、鎢、鉻具有強(qiáng)化固溶體的作用，鉻、鉬、鉭還能形成一系列對(duì)具有強(qiáng)化固溶體的作用，鉻、鉬、鉭還能形成一系列對(duì)晶界產(chǎn)生強(qiáng)化作用的碳化物；鋁和鉻有助于抗氧化能力，晶界產(chǎn)生強(qiáng)化作用的碳化物；鋁和鉻有助于抗氧化能力，但鉻降低但鉻降低 相的溶解度和高溫強(qiáng)度，因此鉻含量應(yīng)低些；相的溶解度和高溫強(qiáng)度，因此鉻含量應(yīng)低些；鉿：改善合金中溫塑性和強(qiáng)度；為

10、了強(qiáng)化晶界，添加適鉿：改善合金中溫塑性和強(qiáng)度；為了強(qiáng)化晶界，添加適量硼、鋯等元素量硼、鋯等元素鎳基復(fù)合材料缺點(diǎn)及克服方法缺點(diǎn)及克服方法 （1）疲勞性能稍差、塑性較低、）疲勞性能稍差、塑性較低、使用中組織穩(wěn)定性有所下降；使用中組織穩(wěn)定性有所下降；（2）存在疏松，性能波動(dòng)較大。）存在疏松，性能波動(dòng)較大。鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料的現(xiàn)狀和前景鎳基復(fù)合材料的現(xiàn)狀和前景是由于鎳的高溫性能優(yōu)良，因此這種復(fù)合是由于鎳的高溫性能優(yōu)良，因此這種復(fù)合材料主要是用于制造高材料主要是用于制造高溫下工作的零部件。溫下工作的零部件。 人們研制鎳基復(fù)合材料的一個(gè)重要目的，即人們研制鎳基復(fù)合材料的一個(gè)重要目的，即是希望用它來(lái)制造燃汽輪機(jī)的葉片，從而進(jìn)一步提高燃汽輪機(jī)的是希望用它來(lái)制造燃汽輪機(jī)的葉片，從而進(jìn)一步提高燃汽