第二章噴射成型技術(shù)材料制備技術(shù)課件

1第2章噴射成型技術(shù)噴射成型（sprayforming）是20世紀(jì)60年代提出的學(xué)術(shù)思想，經(jīng)過多年的發(fā)展80年代逐漸成熟的一種快速凝固新技術(shù)，噴射成型(sprayforming),又稱噴射霧化沉積(sprayatomizationanddeposition)或噴射鑄造(spraycasting)等,是用快速凝固方法制備大塊、致密材料的高新科學(xué)技術(shù)，它把液態(tài)金屬的霧化（快速凝固）和霧化熔滴的沉積（熔滴動態(tài)致密化）自然地結(jié)合起來，以最少的工序，直接制備整體致密并具有快速凝固組織特征的塊狀金屬材料或坯件。噴射成形技術(shù)與傳統(tǒng)的鑄造、鑄錠冶金、粉末冶金相比具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，近年來被廣泛用于研制和開發(fā)高性能金屬材料，如鋁合金、銅合金、特殊鋼、高溫合金、金屬間化合物以及金屬基復(fù)合材料等，可制備圓柱形棒料或鑄坯、板材、管件、環(huán)形件、覆層管等不同形狀的成品、半成品或坯料，噴射成型材料已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段，用于冶金工業(yè)、汽車制造、航空航天、電子信息等多個(gè)領(lǐng)域，在國內(nèi)外得到了快速的發(fā)展。2.1噴射成型技術(shù)原理與工藝1第2章噴射成型技術(shù)噴射成型（sprayforming圖2-1噴射成形示意圖2.1.1技術(shù)原理噴射成型主要由合金熔液的霧化、霧化熔滴的飛行與冷卻、沉積坯的生長三個(gè)連續(xù)過程構(gòu)成。其成型過程如圖2-1所示，其基本原理：在高速惰性氣體（氬氣或氦氣）的作用下，將熔融金屬或合金液流霧化成彌散的液態(tài)顆粒，并將其噴射到水冷的金屬沉積器上，迅速形成高速致密的預(yù)成形毛坯。圖2-1噴射成形示意圖2.1.1技術(shù)原理噴射成型主要由合32.2噴射成型的霧化過程1.氣體霧化

在氣體霧化中，高速氣體射流的動能將連續(xù)金屬液流分散成熔滴?？諝饣蛩部勺饔渺F化介質(zhì)，但因過度的氧化，在噴射成型技術(shù)中很少采用。霧化介質(zhì)的選擇主要考慮以下因素：金屬粉末成分（是否發(fā)生不良反應(yīng)）；所需的冷卻速度（同最終坯件的顯微組織密切相關(guān)）；成本。目前用于噴射成型的氣體霧化方法主要包括以下幾種。（1）亞音速氣體霧化（2）超聲氣體霧化常用的霧化器結(jié)構(gòu)有兩種基本類型：（1）限制性（閉）霧化器（2）自由降落（開）霧化器32.2噴射成型的霧化過程1.氣體霧化在氣體霧圖2-5離心霧化噴射成形的示意圖2.離心霧化對最簡單的離心霧化，液態(tài)金屬由快速轉(zhuǎn)動的板或盤甩出，如圖2-5所示。為實(shí)現(xiàn)霧化，轉(zhuǎn)動盤邊緣的離心力加速液態(tài)金屬，使其超過表面張力和粘滯力，液體變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)并破碎。圖2-5離心霧化噴射成形的示意圖2.離心霧化對最簡單的離5第2章噴射成型技術(shù)對于某一種具體產(chǎn)品形式的霧化沉積坯，它的質(zhì)量、形狀、尺寸、主要通過具有一定功能的噴射成型裝置和按照優(yōu)化的霧化沉積工藝來實(shí)現(xiàn)和保證的，裝置和工藝之間有內(nèi)在的相互依存關(guān)系。噴射成型裝置的技術(shù)關(guān)鍵主要包括裝置總體布局、霧化噴嘴、沉積器結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式等。裝置結(jié)構(gòu)布局（1）傾斜布局沉積器按一定的角度傾斜配置，如圖2-6（a）所示。由于霧化錐中熔滴射流的質(zhì)量分布（流率分布）不均勻，為了得到形狀、尺寸、質(zhì)量優(yōu)良的柱形坯，坯件的成形生長方向和熔滴射流方向之間必須保持一定角度的傾斜關(guān)系。（2）垂直布局如圖2-6（b）所示，為了克服傾斜布局對坯件尺寸的限制，發(fā)展了大尺寸沉積坯垂直生長的結(jié)構(gòu)布局。傾斜固定的霧化噴嘴，產(chǎn)生傾斜的霧化熔滴射流，射流方向與坯件生長方向的相對關(guān)系仍保持固定的傾角。（3）水平布局如圖2-6（c）所示，這種布局的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠沉積很長的坯，在液體金屬源足夠充分時(shí)甚至有可能沉積連續(xù)的大直徑坯件，而不受廠房高度的限制。5第2章噴射成型技術(shù)對于某一種具體產(chǎn)品形

(a)傾斜布局(b)垂直布局(c)水平布局 圖2-6噴射成形裝置示意1－霧化室；2－霧化器；3－坩堝；4－金屬液；5－霧化流；6－沉積柸；

7－沉積器 (a)傾斜布局(b)垂7第2章噴射成型技術(shù)霧化噴嘴系統(tǒng)噴嘴系統(tǒng)始終是噴射成型裝置的關(guān)鍵技術(shù)，大體上沿著固定式單噴嘴→掃描式噴嘴→雙噴嘴→掃描型雙噴嘴的方向發(fā)展（如圖2-7）。霧化噴嘴系統(tǒng)的安裝服從于裝置布局的需要，可以垂直或傾斜固定以產(chǎn)生不同的霧化射流。（1）單噴嘴固定式單噴嘴及垂直布局是最初采用的結(jié)構(gòu)，沉積坯形狀難以控制、收得率低、沉積坯尺寸小、表面質(zhì)量差，用于實(shí)驗(yàn)室研究。（2）掃描型噴嘴掃描型噴嘴和傾斜布局能改善霧化錐的熔滴質(zhì)量（流率），使其分布更趨均勻。噴射前后的掃描角度和頻率可以根據(jù)沉積坯的行狀、尺寸按優(yōu)化工藝確定的參量，通過控制伺候機(jī)電來驅(qū)動噴嘴掃描機(jī)構(gòu)的工作。（3）雙噴嘴采用雙噴嘴使坯料的溫度刨面得到很大的改善，中心的射流通常在較高氣/液比下工作，相應(yīng)地形成坯件的心部，而另一個(gè)射流形成坯的邊部外殼，兩個(gè)射流相互覆蓋，提供一種漸變的條件（4）掃描型雙噴射掃描型雙噴嘴系統(tǒng)可制備在大直徑沉積坯，同時(shí)也能達(dá)到整體致密，表面質(zhì)量改善，坯料尺寸精度提高。7第2章噴射成型技術(shù)霧化噴嘴系統(tǒng)

(a)垂直單固定(b)傾斜單掃描(c)傾斜雙掃描

圖2-7霧化噴嘴及沉積溫度場示意圖(a)垂直單固定(b)傾斜單掃描裝置真空熔煉霧化噴嘴系統(tǒng)液壓傳動沉積器抽真空系統(tǒng)送料系統(tǒng)收粉除塵真空排氣及壓力控制冷卻水9裝置真空熔煉9晶粒組織氣體含量宏觀偏析致密度熱塑性力學(xué)性能10第2章噴射成型技術(shù)

成型材料特性晶粒組織10第2章噴射成型技術(shù)

成型材料特性11

(a)常規(guī)變形合金(b)噴射成形合金

圖2-8GH742合金的熱工藝塑性氣體含量噴射成型過程中，金屬熔滴的霧化是在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行的，且時(shí)間較短，被氧化程度很低。11 (a)常規(guī)變形合金12第2章噴射成型技術(shù)共噴射成型的技術(shù)特點(diǎn)與工藝（1）技術(shù)特點(diǎn)共噴射沉積技術(shù)是在基體材料合金液噴射沉積工藝的基礎(chǔ)上，將增強(qiáng)顆粒加入到霧化的合金液流中，使兩者同時(shí)沉積，獲得復(fù)合材料的技術(shù)。與合金液噴射沉積快速凝固技術(shù)相同，霧化的合金液在進(jìn)入沉積體以前，有些為凝固狀態(tài)，有些為液態(tài)，而是些為半凝固狀態(tài)，從而陳基體的表面維持一個(gè)很薄的液膜，凝固在較高速率下完成。采用共噴射沉積技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料具有以下有以下優(yōu)點(diǎn)：

由于增強(qiáng)顆粒與合金液的接觸時(shí)間短，凝固速率快，合金液與增強(qiáng)顆粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的傾向?。徊粫l(fā)生由重力作用引起的增強(qiáng)顆粒沉聚，也可減少偏析。增強(qiáng)顆粒在與合金液滴接觸的過程中，由于合金液的冷卻速率快，顆粒被融化的程度小，所以顆?？梢曰颈３制湓汲叽?。

④通過控制噴射角度和速率可以控制增強(qiáng)顆粒的加入量和分布。

12第2章噴射成型技術(shù)共噴射成型的技術(shù)特點(diǎn)與工藝 圖2-9共噴射沉積工作原理示意圖

1一霧化室；2一熔化爐；3一霧化器；4一沉積體；5—壓力釋放罩；

6一粉末回收料；7一搜集室 圖2-9共噴14第2章噴射成型技術(shù)圖2-10反應(yīng)霧化噴射沉積成形的示意圖非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的噴射成型技術(shù)反應(yīng)合成金屬基復(fù)合材料技術(shù)主要可分為三種類型：

液態(tài)反應(yīng)合成，主要包括氣-液反應(yīng)法、固-液反應(yīng)法和加鹽反應(yīng)法等；固態(tài)反應(yīng)合成，主要包括白蔓延高溫合成法、反應(yīng)燒結(jié)法和機(jī)械合金化等；反應(yīng)噴射沉積，主要包括反應(yīng)噴射成型和反應(yīng)低壓等離子噴射沉積等。14第2章噴射成型技術(shù)圖2-10反應(yīng)霧化噴射沉積成形的15第2章噴射成型技術(shù)圖2-11多層噴射沉積管坯生產(chǎn)裝置原理圖2-12多層噴射沉積板坯生產(chǎn)裝置原理圖1一加熱坩堝；2一噴嘴；3一霧化金屬液滴；1一加熱坩堝；2一噴嘴；3一霧化金屬液滴；4一旋轉(zhuǎn)軸；5一噴射沉積坯；6一霧化室；4一強(qiáng)化外冷裝置；5一水冷小車；7一強(qiáng)制外冷裝置；8一排氣口6一霧化室；7一排氣口15第2章噴射成型技術(shù)圖2-11多層噴射沉積管坯生16第2章噴射成型技術(shù)（a）生產(chǎn)設(shè)備(b)合金圓錠產(chǎn)品圖2-13噴射成形過共晶Al-Si系合金圓錠生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品(德國PEAK公司)噴射成型技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀16第2章噴射成型技術(shù)（a）噴射成型鋁合金

鋁合金具有密度低、比強(qiáng)度高、韌性好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造行業(yè)中不可缺少的重要結(jié)構(gòu)材料。將噴射成型技術(shù)用于一些合金化程度高的鋁合金的制備，可以顯著細(xì)化合金坯錠的組織，消除粗大的第二相質(zhì)點(diǎn)，減輕宏觀和微觀偏析，增加合金中的固溶度，從而獲得各種性能優(yōu)異煩人鋁合金材料。噴射成型過共晶鋁硅合金

過共晶Al-Si系合金具有質(zhì)量輕、熱膨脹系數(shù)低、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已被世界各國工業(yè)廣泛使用。噴射成型過共晶Al-Si系合金目前在國外最主要的用途是被用于制造汽車發(fā)動機(jī)中的一些關(guān)鍵部位。噴射成型鋁合金18第2章噴射成型技術(shù)

圖2-14噴射成形過共晶Al-Si合金缸套(德國奔馳公司V6發(fā)動機(jī))18第2章噴射成型技術(shù) 圖2-14噴射成形過共晶Al19第2章噴射成型技術(shù)圖2-15國內(nèi)采用噴射成形過共晶A1—Si系合金制備的發(fā)動機(jī)新型缸套樣品19第2章噴射成型技術(shù)圖2-15國內(nèi)采用噴射成形過共20第2章噴射成型技術(shù)

圖2-16國內(nèi)采用噴射成形工藝制備的超高強(qiáng)7000系鋁合金沉積坯件如圖2-16所示為利用噴射成型技術(shù)制備的超高強(qiáng)度7000鋁合金沉積坯件。將噴射成型高強(qiáng)度鋁合金沉積坯進(jìn)行后續(xù)的變形加工和相應(yīng)的熱處理，生產(chǎn)出具有優(yōu)異的常規(guī)力學(xué)性能、動態(tài)力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的噴射成型超高強(qiáng)度7000系鋁合金材料20第2章噴射成型技術(shù) 圖2-16國內(nèi)采用噴射成形工21第2章噴射成型技術(shù)圖2-17國內(nèi)采用噴射成形及熱變形加工/熱處理工藝制備的超高強(qiáng)7000系鋁合金鍛件/擠壓件21第2章噴射成型技術(shù)圖2-17國內(nèi)采用噴射成形及熱22第2章噴射成型技術(shù)圖2-18美國Howment公司生產(chǎn)的噴射成形高溫合金環(huán)形件高溫合金中的強(qiáng)化元素多，成分復(fù)雜，使得熱加工性能變差。傳統(tǒng)的鑄造高溫合金具有嚴(yán)重的組織偏析，晶粒較為粗大，快凝粉末冶金工序繁多，成本昂貴，氧化嚴(yán)重。噴射成型高溫合金22第2章噴射成型技術(shù)圖2-18美國Howment公23第2章噴射成型技術(shù)圖2-19瑞典的Sandvik工廠利用噴射成形技術(shù)生產(chǎn)的復(fù)合鋼管高溫鋁合金管23第2章噴射成型技術(shù)圖2-19瑞典的Sandvik24第2章噴射成型技術(shù)圖2-20Osprey公司生產(chǎn)的特殊鋼坯(直徑400mm,長1m)噴射成型鋼鐵合金噴射成型對于提高工具鋼、磨具鋼、高速鋼等特殊的性能已得到世界各國工業(yè)部門的普遍關(guān)注。軋輥軋輥是軋制軋件的工具，是軋機(jī)上的主要消耗部件。24第2章噴射成型技術(shù)圖2-20Osprey公司生產(chǎn)25第2章噴射成型技術(shù)圖2-21瑞士SwissmetallBoillat公司生產(chǎn)的噴射成形銅合金坯錠高合金鋼最初Osprey公司用300Kg容量的水平設(shè)備生產(chǎn)200mm直徑的鋼錠，在同Danishsteel等三家公司合作開發(fā)大直徑鋼錠計(jì)劃實(shí)施過程中，將設(shè)備容量擴(kuò)大到1.2t，目前能生產(chǎn)直徑為200mm、325mm和400mm，長度達(dá)1.2m的工具鋼和沉淀硬化不銹鋼以及高速鋼錠坯。如圖2-20所示。這些高合金鋼具有優(yōu)良的性能，其制造成本可與冶金鑄造工藝相競爭。25第2章噴射成型技術(shù)圖2-21瑞士Swissmet26第2章噴射成型技術(shù)圖2-22國內(nèi)采用噴射成形工藝制備的CuCr50合金觸頭材料26第2章噴射成型技術(shù)圖2-22國內(nèi)采用噴射成噴射成型銅合金汽車工業(yè)中大量使用的焊接電極頭，要求有好的電導(dǎo)性、高的硬度和足夠高的高溫強(qiáng)度，以保證產(chǎn)品的使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用。德國Wieland工廠1991年進(jìn)入這一領(lǐng)域從事開發(fā)，他們利用噴射成型技術(shù)制備的Cu-Cr-Zr電極頭，具有均勻細(xì)小的顯微組織，其壽命是連珠電極頭的2倍；開發(fā)的氧化鋁顆粒增強(qiáng)Cu-Cr-Zr復(fù)合材料電極頭，以用于汽車工業(yè)中鍍鋅鋼板的焊接。該公司利用噴射成型技術(shù)制備了長達(dá)2500mm的銅合金棒坯，如圖2-21所示。如圖2-22所示為我國的白凈有色金屬研究總院和北京科技大學(xué)利用噴射成型技術(shù)開發(fā)出了高熔點(diǎn)的CuCr50和CuCr25合金觸頭材料棒坯，材料中的Cu基體呈網(wǎng)格狀分布，而類似球形的Cr相均勻分布在Cu基體上，其中Cr相顆粒尺寸平均值為15ｕｍ噴射成型銅合金28第2章噴射成型技術(shù)圖2-23噴射成形A1—70si合金封裝的功率放大器28第2章噴射成型技術(shù)圖2-23噴射成形A1—70s29第2章噴射成型技術(shù)圖2-24國內(nèi)利用噴射成形技術(shù)制備的Al-60～70Si合金熱沉片29第2章噴射成型技術(shù)圖2-24國內(nèi)利用噴射成形技術(shù)制噴射成型硅鋁合金硅鋁合金是一種性能優(yōu)越的電子封裝材料，它具有低的熱膨脹系數(shù)、高的熱導(dǎo)率和低的密度，而且，可以根據(jù)基體的需要，通過鋁硅合金的調(diào)整，得到不同熱膨脹系數(shù)的封裝材料，此外，該材料還具有良好的熱、機(jī)械穩(wěn)定性（使用溫度可達(dá)到５５０℃），良好的機(jī)械加工性能，可采用碳化物或多晶金剛石刀具獲得較高的加工精度，易于加工成不同的形狀（包括各種凹槽、窄槽和邊角等），而且，該材料與環(huán)境與環(huán)境友好，不含有害健康的元素，易于循環(huán)處理，易于進(jìn)行鍍金、銀和鎳等表面涂裝材料，并具有良好的焊接性能，這些都顯示該材料的研究開發(fā)具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

噴射成型硅鋁合金31表2-1常用噴射成形霧化介質(zhì)的主要物理參數(shù)介質(zhì)相對分子質(zhì)量熱導(dǎo)率[W/(m﹒K)]比熱容CP/[(kJ/(kg﹒K)]密度/(g／cm3)ArHeN239.954.0028.010.0180.1570.0250.545.231.051.780.17851.2531表2-1常用噴射成形霧化介質(zhì)的主要物理參數(shù)介質(zhì)相對分子質(zhì)32表2-2噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸性能測試溫度制備方法屈服強(qiáng)度б0.2/MPa抗拉強(qiáng)度бb/MPa伸長率δ/%斷面收縮率A/%制備方法屈服強(qiáng)度б0.2/MPa抗拉強(qiáng)度бb/MPa伸長率δ/%斷面收縮率A/%20℃SF盤件（742）1060144923.641.2SF環(huán)件（718）1228144618.631.720℃IM盤件（742）864132917.718.9IM技術(shù)指標(biāo)103512751215650℃SF盤件（742）9571326SF環(huán)件（718）1039119022.033.6650℃IM技術(shù)指標(biāo)6861127IM環(huán)件（718）960114219.321.832表2-2噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸33表2-3噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸性能制備方法650℃/834MPa750℃/539MPa制備方法650℃/690MPaSF坯件（742）16590SF環(huán)件（718）146SF盤件（742）27463SF軋環(huán)（718）235IM技術(shù)指標(biāo)＞50＞50IM技術(shù)制備＞2533表2-3噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸34表2-4非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要制備

技術(shù)比較合成技術(shù)主要工藝主要優(yōu)點(diǎn)存在的主要問題液相合成鑄造、壓鑄、浸滲等低成本增強(qiáng)相數(shù)量和尺寸受到限制(一般分別<20%（體積分?jǐn)?shù)）和>50μm)；易發(fā)生不利的增強(qiáng)相和基體之間的界面反應(yīng)；為提高增強(qiáng)相和基體的潤濕性，有時(shí)需采用昂貴的增強(qiáng)相表面處理和加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，會影響?fù)合材料的性能固相合成粉末冶金(真空熱壓、高性能、熱等靜壓、粉末擠壓、粉末鍛造、機(jī)械合金化等)高性能、增強(qiáng)相的類型、數(shù)量和大小可任意選擇和控制制造工藝復(fù)雜、效率低、綜合成本偏高，使其應(yīng)用限于小批量的高性能復(fù)合材料；易氧化合金系統(tǒng)易發(fā)生氧化污染，造成性能降低和使用安全性兩相區(qū)合成噴射成形(噴射成形(包括惰性氣體噴射沉積成形和反應(yīng)(或原位)噴射成形)和熱噴涂沉積成形)、流變鑄造高性能；減小界面反應(yīng)；方法靈活熱噴涂方法沉積效率較低；流變鑄造方法工藝控制要求高，可選用的合金系統(tǒng)有限34表2-4非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要制備

技術(shù)比較合35表2-5不同工藝制備的過共晶Al-Si系合金中

初晶Si相的尺寸合金（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/％工藝Si相的尺寸/μmA1-17Si-4.5Cu-0.6Mg鑄錠冶金80Al-l7Si-4.5Cu-0.6Mg噴射成形5Al-20Si-5Fe噴射成形2Al-20Si-5Fe-3Cu-lMg快速凝固／粉末冶金3Al-20Si-3Cu-1Mg快速凝固／粉末冶金2~7A1-20Si-3Cu-1Mg鑄錠冶金70A1-17Si-4.5Cu-0.6Mg噴射成形5~11Al-12Si噴射成形<0.535表2-5不同工藝制備的過共晶Al-Si系合金中

初晶S36表2-6不同快速凝固工藝制備的過共晶Al-Si

系合金的力學(xué)性能合金及成分狀態(tài)制坯工藝力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度бb/MPa屈服強(qiáng)度б0.2/Mpa伸長率δ/%A390金屬型鑄造+T6鑄錠冶金290290-Al-12SiRS/PM+熱擠壓離心霧化24416219A1-12Si-2CuRS/PM+熱擠壓離心霧化3862337A1-12Si-2CuRS/PM+熱擠壓+T6離心霧化4763635Al-l2Si-3MgRS/PM+熱擠壓離心霧化29623315A1-12Si-3MgRS/PM+熱擠壓+T6離心霧化4253805A1-12Si-1.1NiRS/PM熱擠壓離心霧化33325313Al-12Si-0.5CoRS/PM+熱擠壓離心霧化25420720A1-12Si-0.07SrRS／PM+熱擠壓離心霧化28319718A1-12Si-7.5FeRS/PM+熱擠壓氣體霧化3252608.5A1-20Si-7.5FeRS/PM+熱擠壓氣體霧化380260236表2-6不同快速凝固工藝制備的過共晶Al-Si

系合金37表2-6不同快速凝固工藝制備的過共晶Al-Si

系合金的力學(xué)性能合金及成分狀態(tài)制坯工藝力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度бb/MPa屈服強(qiáng)度б0.2/Mpa伸長率δ/%A1-12Si-5Fe-3Cu-0.5MgRS/PM+熱擠壓+T6氣體霧化4860.6A1-20Si-5Fe-1.9NiRS/PM+熱擠壓氣體霧化413.61A1-20Si-3Cu-1Mg-5FeRS/PM+熱擠壓+T6氣體霧化535Al-25Si-2.5Cu-1MgRS/PM+熱擠壓+T6氣體霧化4901.2A1-12Si-7Ni-0.45ZrRS/PM+熱擠壓氣體霧化4003A1-25Si-4Cu-1Mg.SF+熱擠壓+T6噴射成形4163891.3Al-20Si-5Fe-3Cu-lMgSF+熱擠壓+T6噴射成形4364140.9A1-20Si-5Fe-3Cu-lMg-2MnSF+熱擠壓+T6噴射成形4424210.8A1-17Si-6Fe-4.5Cu-0.5MgSF+熱擠壓+T6噴射成形550460137表2-6不同快速凝固工藝制備的過共晶Al-Si

系合金38表2-7噴射成形與粉末冶金技術(shù)制備材料的

力學(xué)性能試樣熱處理制度屈服強(qiáng)度б0.2/MPa抗拉強(qiáng)度бb/MPa斷面收縮率A/%SD-1T67908104.9PM-1T67167351.9PM-2T7X6606916.738表2-7噴射成形與粉末冶金技術(shù)制備材料的

力學(xué)性能39表2-8噴射成形與粉末冶金技術(shù)制備材料的氧含量材料氧含量/Х10-6氫含量/Х10-6SD式樣50~2000.1~0.2PM式樣1000~30001~439表2-8噴射成形與粉末冶金技術(shù)制備材料的氧含量40表2-9噴射成形超高強(qiáng)7000系鋁合金的

力學(xué)性能合金及成分制備加工工藝

力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度бb/Mpa屈服強(qiáng)度б0.2/Mpa伸長率δ/%7034(英國)噴射成形+熱擠壓+T6800~81590~8054~6Al-l0.8Zn-2.9Mg-l.7Cu(國內(nèi))噴射成形+熱擠壓+T6800~810790~8009~1140表2-9噴射成形超高強(qiáng)7000系鋁合金的

力學(xué)性能41表2-10噴射成形高溫合金B(yǎng)的力學(xué)性能序號狀態(tài)拉伸性能持久斷裂650℃/834MPa

時(shí)間/h 沖擊值αkv/(kJ/m2)抗拉強(qiáng)度бb/Mpa屈服強(qiáng)度б0.2/Mpa伸長率δ/%

斷面收縮率A/％E01SF135689826.336.616447E02HIP1316186263797-E03SF+F+HT1139294725.832.8-54E04SF+F+HT21468106422.222.917562標(biāo)準(zhǔn)121075513145024注：SF為噴射成形；F為鍛造；HT1為1140℃固溶處理；HT2為1180℃固溶處理。41表2-10噴射成形高溫合金B(yǎng)的力學(xué)性能序號狀態(tài)拉伸性能持42第2章噴射成形技術(shù)

式中，w為盤的轉(zhuǎn)速；D為盤的直徑；ρ為金屬密度；γ為金屬表面張力；A為常數(shù)。反應(yīng)合成的基本類型包括：合成反應(yīng)：A[M]+B[M]→AB[S](2-2)

替代反應(yīng)：AB+C→AC+B(2-3)

其中AB和AC可以是氧化物、氮化物、硼化物以及各種有強(qiáng)化功能的金屬間化合物。

（2-1）

42第2章噴射成形技術(shù)（2-1）43

式中，T為反應(yīng)溫度；aA和aB分別為A和B在M中的活度；R為氣體常數(shù)。當(dāng)A和B的活度滿足以下條件時(shí)

將形成化合物AB。

(2-4)

(2-5)平衡時(shí)的自由能變化為43(2-4)(2-5)平衡時(shí)的自由能變化為44第2章噴射成型技術(shù)噴射成型（sprayforming）是20世紀(jì)60年代提出的學(xué)術(shù)思想，經(jīng)過多年的發(fā)展80年代逐漸成熟的一種快速凝固新技術(shù)，噴射成型(sprayforming),又稱噴射霧化沉積(sprayatomizationanddeposition)或噴射鑄造(spraycasting)等,是用快速凝固方法制備大塊、致密材料的高新科學(xué)技術(shù)，它把液態(tài)金屬的霧化（快速凝固）和霧化熔滴的沉積（熔滴動態(tài)致密化）自然地結(jié)合起來，以最少的工序，直接制備整體致密并具有快速凝固組織特征的塊狀金屬材料或坯件。噴射成形技術(shù)與傳統(tǒng)的鑄造、鑄錠冶金、粉末冶金相比具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，近年來被廣泛用于研制和開發(fā)高性能金屬材料，如鋁合金、銅合金、特殊鋼、高溫合金、金屬間化合物以及金屬基復(fù)合材料等，可制備圓柱形棒料或鑄坯、板材、管件、環(huán)形件、覆層管等不同形狀的成品、半成品或坯料，噴射成型材料已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段，用于冶金工業(yè)、汽車制造、航空航天、電子信息等多個(gè)領(lǐng)域，在國內(nèi)外得到了快速的發(fā)展。2.1噴射成型技術(shù)原理與工藝1第2章噴射成型技術(shù)噴射成型（sprayforming圖2-1噴射成形示意圖2.1.1技術(shù)原理噴射成型主要由合金熔液的霧化、霧化熔滴的飛行與冷卻、沉積坯的生長三個(gè)連續(xù)過程構(gòu)成。其成型過程如圖2-1所示，其基本原理：在高速惰性氣體（氬氣或氦氣）的作用下，將熔融金屬或合金液流霧化成彌散的液態(tài)顆粒，并將其噴射到水冷的金屬沉積器上，迅速形成高速致密的預(yù)成形毛坯。圖2-1噴射成形示意圖2.1.1技術(shù)原理噴射成型主要由合462.2噴射成型的霧化過程1.氣體霧化

在氣體霧化中，高速氣體射流的動能將連續(xù)金屬液流分散成熔滴?？諝饣蛩部勺饔渺F化介質(zhì)，但因過度的氧化，在噴射成型技術(shù)中很少采用。霧化介質(zhì)的選擇主要考慮以下因素：金屬粉末成分（是否發(fā)生不良反應(yīng)）；所需的冷卻速度（同最終坯件的顯微組織密切相關(guān)）；成本。目前用于噴射成型的氣體霧化方法主要包括以下幾種。（1）亞音速氣體霧化（2）超聲氣體霧化常用的霧化器結(jié)構(gòu)有兩種基本類型：（1）限制性（閉）霧化器（2）自由降落（開）霧化器32.2噴射成型的霧化過程1.氣體霧化在氣體霧圖2-5離心霧化噴射成形的示意圖2.離心霧化對最簡單的離心霧化，液態(tài)金屬由快速轉(zhuǎn)動的板或盤甩出，如圖2-5所示。為實(shí)現(xiàn)霧化，轉(zhuǎn)動盤邊緣的離心力加速液態(tài)金屬，使其超過表面張力和粘滯力，液體變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)并破碎。圖2-5離心霧化噴射成形的示意圖2.離心霧化對最簡單的離48第2章噴射成型技術(shù)對于某一種具體產(chǎn)品形式的霧化沉積坯，它的質(zhì)量、形狀、尺寸、主要通過具有一定功能的噴射成型裝置和按照優(yōu)化的霧化沉積工藝來實(shí)現(xiàn)和保證的，裝置和工藝之間有內(nèi)在的相互依存關(guān)系。噴射成型裝置的技術(shù)關(guān)鍵主要包括裝置總體布局、霧化噴嘴、沉積器結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式等。裝置結(jié)構(gòu)布局（1）傾斜布局沉積器按一定的角度傾斜配置，如圖2-6（a）所示。由于霧化錐中熔滴射流的質(zhì)量分布（流率分布）不均勻，為了得到形狀、尺寸、質(zhì)量優(yōu)良的柱形坯，坯件的成形生長方向和熔滴射流方向之間必須保持一定角度的傾斜關(guān)系。（2）垂直布局如圖2-6（b）所示，為了克服傾斜布局對坯件尺寸的限制，發(fā)展了大尺寸沉積坯垂直生長的結(jié)構(gòu)布局。傾斜固定的霧化噴嘴，產(chǎn)生傾斜的霧化熔滴射流，射流方向與坯件生長方向的相對關(guān)系仍保持固定的傾角。（3）水平布局如圖2-6（c）所示，這種布局的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠沉積很長的坯，在液體金屬源足夠充分時(shí)甚至有可能沉積連續(xù)的大直徑坯件，而不受廠房高度的限制。5第2章噴射成型技術(shù)對于某一種具體產(chǎn)品形

(a)傾斜布局(b)垂直布局(c)水平布局 圖2-6噴射成形裝置示意1－霧化室；2－霧化器；3－坩堝；4－金屬液；5－霧化流；6－沉積柸；

7－沉積器 (a)傾斜布局(b)垂50第2章噴射成型技術(shù)霧化噴嘴系統(tǒng)噴嘴系統(tǒng)始終是噴射成型裝置的關(guān)鍵技術(shù)，大體上沿著固定式單噴嘴→掃描式噴嘴→雙噴嘴→掃描型雙噴嘴的方向發(fā)展（如圖2-7）。霧化噴嘴系統(tǒng)的安裝服從于裝置布局的需要，可以垂直或傾斜固定以產(chǎn)生不同的霧化射流。（1）單噴嘴固定式單噴嘴及垂直布局是最初采用的結(jié)構(gòu)，沉積坯形狀難以控制、收得率低、沉積坯尺寸小、表面質(zhì)量差，用于實(shí)驗(yàn)室研究。（2）掃描型噴嘴掃描型噴嘴和傾斜布局能改善霧化錐的熔滴質(zhì)量（流率），使其分布更趨均勻。噴射前后的掃描角度和頻率可以根據(jù)沉積坯的行狀、尺寸按優(yōu)化工藝確定的參量，通過控制伺候機(jī)電來驅(qū)動噴嘴掃描機(jī)構(gòu)的工作。（3）雙噴嘴采用雙噴嘴使坯料的溫度刨面得到很大的改善，中心的射流通常在較高氣/液比下工作，相應(yīng)地形成坯件的心部，而另一個(gè)射流形成坯的邊部外殼，兩個(gè)射流相互覆蓋，提供一種漸變的條件（4）掃描型雙噴射掃描型雙噴嘴系統(tǒng)可制備在大直徑沉積坯，同時(shí)也能達(dá)到整體致密，表面質(zhì)量改善，坯料尺寸精度提高。7第2章噴射成型技術(shù)霧化噴嘴系統(tǒng)

(a)垂直單固定(b)傾斜單掃描(c)傾斜雙掃描

圖2-7霧化噴嘴及沉積溫度場示意圖(a)垂直單固定(b)傾斜單掃描裝置真空熔煉霧化噴嘴系統(tǒng)液壓傳動沉積器抽真空系統(tǒng)送料系統(tǒng)收粉除塵真空排氣及壓力控制冷卻水52裝置真空熔煉9晶粒組織氣體含量宏觀偏析致密度熱塑性力學(xué)性能53第2章噴射成型技術(shù)

成型材料特性晶粒組織10第2章噴射成型技術(shù)

成型材料特性54

(a)常規(guī)變形合金(b)噴射成形合金

圖2-8GH742合金的熱工藝塑性氣體含量噴射成型過程中，金屬熔滴的霧化是在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行的，且時(shí)間較短，被氧化程度很低。11 (a)常規(guī)變形合金55第2章噴射成型技術(shù)共噴射成型的技術(shù)特點(diǎn)與工藝（1）技術(shù)特點(diǎn)共噴射沉積技術(shù)是在基體材料合金液噴射沉積工藝的基礎(chǔ)上，將增強(qiáng)顆粒加入到霧化的合金液流中，使兩者同時(shí)沉積，獲得復(fù)合材料的技術(shù)。與合金液噴射沉積快速凝固技術(shù)相同，霧化的合金液在進(jìn)入沉積體以前，有些為凝固狀態(tài)，有些為液態(tài)，而是些為半凝固狀態(tài)，從而陳基體的表面維持一個(gè)很薄的液膜，凝固在較高速率下完成。采用共噴射沉積技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料具有以下有以下優(yōu)點(diǎn)：

由于增強(qiáng)顆粒與合金液的接觸時(shí)間短，凝固速率快，合金液與增強(qiáng)顆粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的傾向小；不會發(fā)生由重力作用引起的增強(qiáng)顆粒沉聚，也可減少偏析。增強(qiáng)顆粒在與合金液滴接觸的過程中，由于合金液的冷卻速率快，顆粒被融化的程度小，所以顆?？梢曰颈３制湓汲叽?。

④通過控制噴射角度和速率可以控制增強(qiáng)顆粒的加入量和分布。

12第2章噴射成型技術(shù)共噴射成型的技術(shù)特點(diǎn)與工藝 圖2-9共噴射沉積工作原理示意圖

1一霧化室；2一熔化爐；3一霧化器；4一沉積體；5—壓力釋放罩；

6一粉末回收料；7一搜集室 圖2-9共噴57第2章噴射成型技術(shù)圖2-10反應(yīng)霧化噴射沉積成形的示意圖非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的噴射成型技術(shù)反應(yīng)合成金屬基復(fù)合材料技術(shù)主要可分為三種類型：

液態(tài)反應(yīng)合成，主要包括氣-液反應(yīng)法、固-液反應(yīng)法和加鹽反應(yīng)法等；固態(tài)反應(yīng)合成，主要包括白蔓延高溫合成法、反應(yīng)燒結(jié)法和機(jī)械合金化等；反應(yīng)噴射沉積，主要包括反應(yīng)噴射成型和反應(yīng)低壓等離子噴射沉積等。14第2章噴射成型技術(shù)圖2-10反應(yīng)霧化噴射沉積成形的58第2章噴射成型技術(shù)圖2-11多層噴射沉積管坯生產(chǎn)裝置原理圖2-12多層噴射沉積板坯生產(chǎn)裝置原理圖1一加熱坩堝；2一噴嘴；3一霧化金屬液滴；1一加熱坩堝；2一噴嘴；3一霧化金屬液滴；4一旋轉(zhuǎn)軸；5一噴射沉積坯；6一霧化室；4一強(qiáng)化外冷裝置；5一水冷小車；7一強(qiáng)制外冷裝置；8一排氣口6一霧化室；7一排氣口15第2章噴射成型技術(shù)圖2-11多層噴射沉積管坯生59第2章噴射成型技術(shù)（a）生產(chǎn)設(shè)備(b)合金圓錠產(chǎn)品圖2-13噴射成形過共晶Al-Si系合金圓錠生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品(德國PEAK公司)噴射成型技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀16第2章噴射成型技術(shù)（a）噴射成型鋁合金

鋁合金具有密度低、比強(qiáng)度高、韌性好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造行業(yè)中不可缺少的重要結(jié)構(gòu)材料。將噴射成型技術(shù)用于一些合金化程度高的鋁合金的制備，可以顯著細(xì)化合金坯錠的組織，消除粗大的第二相質(zhì)點(diǎn)，減輕宏觀和微觀偏析，增加合金中的固溶度，從而獲得各種性能優(yōu)異煩人鋁合金材料。噴射成型過共晶鋁硅合金

過共晶Al-Si系合金具有質(zhì)量輕、熱膨脹系數(shù)低、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已被世界各國工業(yè)廣泛使用。噴射成型過共晶Al-Si系合金目前在國外最主要的用途是被用于制造汽車發(fā)動機(jī)中的一些關(guān)鍵部位。噴射成型鋁合金61第2章噴射成型技術(shù)

圖2-14噴射成形過共晶Al-Si合金缸套(德國奔馳公司V6發(fā)動機(jī))18第2章噴射成型技術(shù) 圖2-14噴射成形過共晶Al62第2章噴射成型技術(shù)圖2-15國內(nèi)采用噴射成形過共晶A1—Si系合金制備的發(fā)動機(jī)新型缸套樣品19第2章噴射成型技術(shù)圖2-15國內(nèi)采用噴射成形過共63第2章噴射成型技術(shù)

圖2-16國內(nèi)采用噴射成形工藝制備的超高強(qiáng)7000系鋁合金沉積坯件如圖2-16所示為利用噴射成型技術(shù)制備的超高強(qiáng)度7000鋁合金沉積坯件。將噴射成型高強(qiáng)度鋁合金沉積坯進(jìn)行后續(xù)的變形加工和相應(yīng)的熱處理，生產(chǎn)出具有優(yōu)異的常規(guī)力學(xué)性能、動態(tài)力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的噴射成型超高強(qiáng)度7000系鋁合金材料20第2章噴射成型技術(shù) 圖2-16國內(nèi)采用噴射成形工64第2章噴射成型技術(shù)圖2-17國內(nèi)采用噴射成形及熱變形加工/熱處理工藝制備的超高強(qiáng)7000系鋁合金鍛件/擠壓件21第2章噴射成型技術(shù)圖2-17國內(nèi)采用噴射成形及熱65第2章噴射成型技術(shù)圖2-18美國Howment公司生產(chǎn)的噴射成形高溫合金環(huán)形件高溫合金中的強(qiáng)化元素多，成分復(fù)雜，使得熱加工性能變差。傳統(tǒng)的鑄造高溫合金具有嚴(yán)重的組織偏析，晶粒較為粗大，快凝粉末冶金工序繁多，成本昂貴，氧化嚴(yán)重。噴射成型高溫合金22第2章噴射成型技術(shù)圖2-18美國Howment公66第2章噴射成型技術(shù)圖2-19瑞典的Sandvik工廠利用噴射成形技術(shù)生產(chǎn)的復(fù)合鋼管高溫鋁合金管23第2章噴射成型技術(shù)圖2-19瑞典的Sandvik67第2章噴射成型技術(shù)圖2-20Osprey公司生產(chǎn)的特殊鋼坯(直徑400mm,長1m)噴射成型鋼鐵合金噴射成型對于提高工具鋼、磨具鋼、高速鋼等特殊的性能已得到世界各國工業(yè)部門的普遍關(guān)注。軋輥軋輥是軋制軋件的工具，是軋機(jī)上的主要消耗部件。24第2章噴射成型技術(shù)圖2-20Osprey公司生產(chǎn)68第2章噴射成型技術(shù)圖2-21瑞士SwissmetallBoillat公司生產(chǎn)的噴射成形銅合金坯錠高合金鋼最初Osprey公司用300Kg容量的水平設(shè)備生產(chǎn)200mm直徑的鋼錠，在同Danishsteel等三家公司合作開發(fā)大直徑鋼錠計(jì)劃實(shí)施過程中，將設(shè)備容量擴(kuò)大到1.2t，目前能生產(chǎn)直徑為200mm、325mm和400mm，長度達(dá)1.2m的工具鋼和沉淀硬化不銹鋼以及高速鋼錠坯。如圖2-20所示。這些高合金鋼具有優(yōu)良的性能，其制造成本可與冶金鑄造工藝相競爭。25第2章噴射成型技術(shù)圖2-21瑞士Swissmet69第2章噴射成型技術(shù)圖2-22國內(nèi)采用噴射成形工藝制備的CuCr50合金觸頭材料26第2章噴射成型技術(shù)圖2-22國內(nèi)采用噴射成噴射成型銅合金汽車工業(yè)中大量使用的焊接電極頭，要求有好的電導(dǎo)性、高的硬度和足夠高的高溫強(qiáng)度，以保證產(chǎn)品的使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用。德國Wieland工廠1991年進(jìn)入這一領(lǐng)域從事開發(fā)，他們利用噴射成型技術(shù)制備的Cu-Cr-Zr電極頭，具有均勻細(xì)小的顯微組織，其壽命是連珠電極頭的2倍；開發(fā)的氧化鋁顆粒增強(qiáng)Cu-Cr-Zr復(fù)合材料電極頭，以用于汽車工業(yè)中鍍鋅鋼板的焊接。該公司利用噴射成型技術(shù)制備了長達(dá)2500mm的銅合金棒坯，如圖2-21所示。如圖2-22所示為我國的白凈有色金屬研究總院和北京科技大學(xué)利用噴射成型技術(shù)開發(fā)出了高熔點(diǎn)的CuCr50和CuCr25合金觸頭材料棒坯，材料中的Cu基體呈網(wǎng)格狀分布，而類似球形的Cr相均勻分布在Cu基體上，其中Cr相顆粒尺寸平均值為15ｕｍ噴射成型銅合金71第2章噴射成型技術(shù)圖2-23噴射成形A1—70si合金封裝的功率放大器28第2章噴射成型技術(shù)圖2-23噴射成形A1—70s72第2章噴射成型技術(shù)圖2-24國內(nèi)利用噴射成形技術(shù)制備的Al-60～70Si合金熱沉片29第2章噴射成型技術(shù)圖2-24國內(nèi)利用噴射成形技術(shù)制噴射成型硅鋁合金硅鋁合金是一種性能優(yōu)越的電子封裝材料，它具有低的熱膨脹系數(shù)、高的熱導(dǎo)率和低的密度，而且，可以根據(jù)基體的需要，通過鋁硅合金的調(diào)整，得到不同熱膨脹系數(shù)的封裝材料，此外，該材料還具有良好的熱、機(jī)械穩(wěn)定性（使用溫度可達(dá)到５５０℃），良好的機(jī)械加工性能，可采用碳化物或多晶金剛石刀具獲得較高的加工精度，易于加工成不同的形狀（包括各種凹槽、窄槽和邊角等），而且，該材料與環(huán)境與環(huán)境友好，不含有害健康的元素，易于循環(huán)處理，易于進(jìn)行鍍金、銀和鎳等表面涂裝材料，并具有良好的焊接性能，這些都顯示該材料的研究開發(fā)具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

噴射成型硅鋁合金74表2-1常用噴射成形霧化介質(zhì)的主要物理參數(shù)介質(zhì)相對分子質(zhì)量熱導(dǎo)率[W/(m﹒K)]比熱容CP/[(kJ/(kg﹒K)]密度/(g／cm3)ArHeN239.954.0028.010.0180.1570.0250.545.231.051.780.17851.2531表2-1常用噴射成形霧化介質(zhì)的主要物理參數(shù)介質(zhì)相對分子質(zhì)75表2-2噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸性能測試溫度制備方法屈服強(qiáng)度б0.2/MPa抗拉強(qiáng)度бb/MPa伸長率δ/%斷面收縮率A/%制備方法屈服強(qiáng)度б0.2/MPa抗拉強(qiáng)度бb/MPa伸長率δ/%斷面收縮率A/%20℃SF盤件（742）1060144923.641.2SF環(huán)件（718）1228144618.631.720℃IM盤件（742）864132917.718.9IM技術(shù)指標(biāo)103512751215650℃SF盤件（742）9571326SF環(huán)件（718）1039119022.033.6650℃IM技術(shù)指標(biāo)6861127IM環(huán)件（718）960114219.321.832表2-2噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸76表2-3噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸性能制備方法650℃/834MPa750℃/539MPa制備方法650℃/690MPaSF坯件（742）16590SF環(huán)件（718）146SF盤件（742）27463SF軋環(huán)（718）235IM技術(shù)指標(biāo)＞50＞50IM技術(shù)制備＞2533表2-3噴射成形合金(GH742、IN718)的拉伸77表2-4非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要制備

技術(shù)比較合成技術(shù)主要工藝主要優(yōu)點(diǎn)存在的主要問題液相合成鑄造、壓鑄、浸滲等低成本增強(qiáng)相數(shù)量和尺寸受到限制(一般分別<20%（體積分?jǐn)?shù)）和>50μm)；易發(fā)生不利的增強(qiáng)相和基體之間的界面反應(yīng)；為提高增強(qiáng)相和基體的潤濕性，有時(shí)需采用昂貴的增強(qiáng)相表面處理和加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀瑫绊憦?fù)合材料的性能固相合成粉末冶金(真空熱壓、高性能、熱等靜壓、粉末擠壓、粉末鍛造、機(jī)械合金化等)高性能、增強(qiáng)相的類型、數(shù)量和大小可任意選擇和控制制造工藝復(fù)雜、效率低、綜合成本偏高，使其應(yīng)用限于小批量的高性能復(fù)合材料；易氧化合金系統(tǒng)易發(fā)生氧化污染，造成性能降低和使用安全性兩相區(qū)合成噴射成形(噴射成形(包括惰性氣體噴射沉積成形和反應(yīng)(或原位)噴射成形)和熱噴涂沉積成形)、流變鑄造高性能；減小界面反應(yīng)；方法靈活熱噴涂方法沉積效率較低；流變鑄造方法工藝控制要求高，可選用的合金系統(tǒng)有限34表2-4非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要制備

技術(shù)比較合78表2-5不同工藝制備的過共晶Al-Si系合金中

初晶Si相的尺寸合金（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/％工藝Si相的尺寸/μmA1-17Si-4.5Cu-0.6Mg鑄錠冶金80Al-l7Si-4.5Cu-0.6Mg噴射成形5Al-20Si-5Fe噴射成形2Al-20Si-5Fe-3Cu-lMg快速凝固／粉末冶金3Al-20Si-3Cu-1Mg快速凝固／粉末冶金2~7A1-20Si-3Cu-1Mg鑄錠冶金70A1-17Si-4.5Cu-0.6Mg噴射成形5~11Al-12Si噴射成形<0.535表2-5不同工藝制備的過共晶Al-Si系合金中

初晶S79表2-6不同快速凝固工藝制備的過共晶Al-Si

系合金的力學(xué)性能合金及成分狀態(tài)制坯工藝力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度бb/MPa屈服強(qiáng)度б0.2/Mpa伸長率δ/%A390金屬型鑄造+T6鑄錠冶金290290-Al-12SiRS/PM+熱擠壓離心霧化24416219A1-12Si-2CuRS/PM+熱擠壓離心霧化3862337A1-12Si-2CuRS/PM+熱擠壓+T6離心霧化4763635Al-l2Si-3MgRS/PM+熱擠壓離心霧化29623315A1-12Si-3MgRS