金属材料制备喷射成型技术
喷射成型
喷射成形（Spray Forming）技术，也有人称为喷射沉积（Spray Deposition）或喷射铸造（Spray casting）技术，这是廿世纪80年代以来，工业发达国家在传统快速凝固／粉末冶金（RS/PM）工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术。
喷射成形技术的基本原理是用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到一定形状的接收体上成形。
这样，通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式，便可以从液态金属直接制备出具有快速凝固组织特征，整体致密的圆棒、管坯、板坯、圆盘等不同形状的沉积坯。
采用喷射成形工艺制备的材料与用传统铸造或变形工艺制备的材料相比，由于在制备过程中的快速冷却使显微组织明显细化、析出相细小且均匀分布，从而使材料的化学成分和组织在宏观和微观上得到有效地控制，因此材料的力学性能几乎没有各向异性，使材料的总体性能得到了明显的提高。
这种新工艺与传统的粉末冶金工艺相比，由于从冶炼到坯件成形可在一个工序完成，省去了粉末冶金制粉、混料、压坯和烧结等多道工序，且可有效地控制材料中的氧含量与纯净度，这可使材料坯件的制造成本大幅度地降低。
当今，各工业发达国家利用喷射成形技术在高速钢、高温合金、铝合金、铜合金等先进材料的开发和生产方面已经取得了很大进展，其中高性能铝合金是喷射成形技术领域中最具吸引力的开发方向。
喷射成形技术的开发和应用喷射成形技术作为一种高新技术，其产品可广泛用于航天、航空、国防、汽车、化工、海洋和石油等工业领域。
国外喷射成形技术的应用开发主要集中在圆锭坯和管坯上，对平板产品的应用较少。
目前，已经能生产直径450mm和长度2500mm的棒材，其收得率可高达70%~80%，所生产的管坯直径为150~1800mm、长度为8000，其收得率为80%~90%。
而成形的合金材料主要有：铝硅合金、铝锂合金、2000及7000系列铝合金、各种铜合金、不锈钢和特种合金等。
简述熔融沉积成型的成型原理
简述熔融沉积成型的成型原理熔融沉积成型是一种高效、精确的制造技术，可以实现复杂零件的快速制造。
其成型原理主要基于熔融金属的沉积和凝固过程。
在熔融沉积成型过程中，金属材料首先被加热至其熔点以上，使其变为熔融状态。
然后，通过控制加热源的移动和喷射速度，将熔融金属喷射到工件的特定位置上。
在喷射过程中，熔融金属与已有的材料层发生热交换，迅速冷却并凝固。
随着喷射的持续进行，熔融金属逐渐沉积在工件上，形成所需的形状和结构。
熔融沉积成型的成型原理可以分为以下几个关键步骤：1. 材料预处理：在熔融沉积成型之前，需要对金属材料进行预处理。
这包括去除表面的氧化物和杂质，以确保沉积的金属材料具有良好的质量和精度。
2. 加热和熔化：通过引入高温能源，如激光束或电弧，将金属材料加热至其熔点以上，使其变为熔融状态。
在熔化过程中，金属材料的颗粒逐渐熔化并形成液态金属。
3. 喷射和沉积：通过控制加热源的移动和喷射速度，将熔融金属喷射到工件的特定位置上。
喷射过程中，熔融金属与已有的材料层发生热交换，迅速冷却并凝固。
随着喷射的持续进行，熔融金属逐渐沉积在工件上，形成所需的形状和结构。
4. 层与层的连接：在沉积过程中，各层之间需要保持良好的连接。
这可以通过控制喷射参数、调整喷射路径和优化沉积策略来实现。
确保各层之间的连接性对于最终工件的性能和质量非常重要。
5. 结构调整和后处理：在完成沉积过程后，可能需要对工件进行结构调整和后处理。
这包括去除不需要的材料、表面光洁处理、热处理等。
这些步骤可以进一步提高工件的质量和性能。
熔融沉积成型技术的成型原理基于金属材料的熔化和凝固过程，通过控制喷射参数和沉积策略，可以实现复杂零件的高精度制造。
与传统的制造方法相比，熔融沉积成型具有快速、灵活和可定制性强的优势，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
随着材料科学和制造技术的不断发展，熔融沉积成型技术将进一步推动制造业的创新和进步。
喷射成型法制备超高强铝合金
七 结论和展望
1.利用往复喷射成型技术制备的Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金比传统铸造工 艺成型的铝合金具有诸多优点。喷射成型可以得到均匀细小的晶粒，显微组织 为等轴晶，宏观均匀，基本上没有宏观偏析，但是由于冷却速度较快，使得成 分偏析仍然存在。晶界比较细，结合相对较好。喷射成形材料晶粒内部分布着 细小的第二相，提高了样件的性能。经过适当的热处理之后，沉积坯内的第二 相显著减少，析出相细小弥散，显著提高了样件的性能。 2.鉴于喷射成型技术的优点，开发和完善先进的喷射成形制备工艺,通过制备方 法的改进和工艺参数的合理选择,结合合金纯度提高、熔体净化,获得高质量的 铸锭组织,最终提高合金的韧性、抗腐蚀性和疲劳强度。突破一些技术难点，将 会对超高强铝合金的研究和开发过程大有裨益。
喷射成型法制备超高强铝合金
S20130649
郑饶文
一 Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金
超高强度铝合金是以Al-Zn-Mg-Cu 系(简称7xxx 系) 为主的可热处理强化的 铝合金。它具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、较 好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点
二 喷射成型技术
喷射成形技术的基本原理是先 将金属或合金材料加热到熔化 状态，再用高压保护性气体将 熔融的液态金属雾化成细小弥 散的颗粒，再以极高速度将其 喷射并沉积。
2 SEM&XRD分析
沉积坯SEM组织图 a为全貌图 b为局部放大图
铸造 7055 铝合金 SEM 组织图：(a)全貌图；(c)是(a)图中局部高倍放大
六 热处理方法
1. 固溶热处理
2. 单级时效（T6)
3. 双级时效(T73.T74.T76)
4. 回归再时效(RRA)
对该实验喷射成型的样坯进行T6热处理，得到如下组织,与未 处理的沉积坯，进行对比。
喷射成型技术1
喷射成型技术一、概述喷射成型一般用于复合材料和金属粉末中，常用的玻璃钢喷射成型法是使用喷射机将玻璃纤维切断(通常切成25～30mm长)并与树脂一起喷到模具外表，再用辊子将沉积物压平实，同时去除气泡喷射成型是一种半机械化操作，生产效率比手糊成型高2一4倍，劳动强度低，尤其对于大制品，其优点更为突出。
采用喷射成型的制品有游艇、船舶、汽车外壳和槽罐、家具、浴缸、等。
喷射成型无搭缝，制品整体性好，可涂敷胶衣树脂。
增强材料采用了最廉价的粗纱，从而降低了材料费用。
另外，这种成型装置构造紧凑且搬运容易。
喷射成型的开展方向是代替手糊法制作玻璃钢。
在手糊成型工艺中，操作者常触及原材料，而原材料中含有一些挥发性较强的毒性化学辅助剂，假设施工现场排风及个人防护条件较差，常会产生身体不适的病症。
因此从保护操作人员的身体安康方面来说，也需要开发喷射成型技术。
喷射成型中金属粉末喷射成型(Metal Powder Injection Molding，简称MIM)应用最广，它是将现代塑料喷射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术，而最初金属粉末喷射是受塑料喷射成型的启发，美国加州Parmatech公司于1973年创造，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开场研究该技术，并得到迅速推广。
特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的开展，每年都以惊人的速度递增。
经过10多年的探索、研发，金属喷射成型技术取得了很大的进展。
到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。
日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与金属粉末喷射成型工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、XX特殊钢等。
目前日本有四十多家专业从事金属粉末喷射成型产业的公司，其金属粉末喷射成型工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。
玻璃钢化工设备-喷射缠绕成型工艺
玻璃钢化工设备喷射缠绕成型工艺玻璃钢化工设备成型工艺目前可简述为喷射缠绕成型，“喷衬工艺”为使用喷枪喷射技术制作玻璃钢化工设备内衬成型的工艺。
“衬”为玻璃钢化工设备的内衬，内衬层结构上分为内衬层和过渡层，主要作用为防腐防渗。
玻璃钢化工设备结构由防腐防渗内衬层、增强结构层、外表抗老化层组成。
确保不仅良好的耐介质腐蚀性，又具有足够的物理机械性能，满足不同的介质工况需求。
采用无碱玻璃纤维高张力、多层次、多角度、加强型缠绕，满足有机、无机溶剂及具有化学、电化学腐蚀性介质的储存、中转和生产等需要，满足非电解质流体的中转、输送、消除静电的需要，满足各式支承剪切及掩埋与荷载的力学要求。
玻璃钢的可塑性强、设计灵活性大、化工设备容器壁物理结构性能优异。
成熟的纤维缠绕玻璃钢可以通过改变树脂体系或增强材料来调整容器、塔器等的物理化学性能，以适应不同介质工况条件的需要。
通过调整结构层厚度、缠绕角和壁厚结构的设计来调整设备本体的承载能力，适应不同压力等级、容积大小，以及某些特殊性能的玻璃钢容器、塔器的需要，是其它同性的金属材料无法比拟。
玻璃钢制品耐腐蚀、防渗漏、耐候性好、使用寿命长。
玻璃钢具有优越的耐腐蚀性能，在贮存各种腐蚀性介质时，玻璃钢显示出其他材料所不及的优越性，可以储存各种不同的酸、碱、盐和有机溶剂，由此可见玻璃钢的应用十分普遍，但是玻璃钢产品的质量却是取决于原材料、施工工艺等几方面因素。
玻璃钢喷衬工艺作为目前国内成熟的机械化生产工艺，具有空前的优势。
喷衬工艺的优点：1、生产效率比手糊的高4-8倍。
2、产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好。
3、可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗。
4、产品尺寸、形状不受限制。
5、喷射机能使催化剂和树脂于喷射前在液压下在喷管内混合均匀，故喷射时无压缩空气漏出，喷射时空气污染少。
生产准备：1、材料准备：原材料主要为树脂和无碱玻璃纤维。
2、模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。
金属3d打印的原理
金属3d打印的原理
金属3D打印的原理是采用金属粉末或金属丝作为原料，通过计算机的控制逐层堆积成型。
具体来说，金属3D打印技术主要分为两类：粉末烧结法和金属喷射法。
粉末烧结法是一种增材制造技术，它利用激光束、电子束或热压机等加热源将金属粉末烧结成型。
其中，激光选区烧结（SLS）是最常用的粉末烧结法之一。
在SLS中，首先在工作台上铺一层金属粉末，然后激光束在计算机控制下按照界面轮廓信息对实心部分粉末进行烧结。
完成一层后，再铺上一层新的金属粉末并进行烧结，如此循环往复，层层堆积成型。
金属喷射法是一种基于喷射沉积原理的3D打印技术。
它采用高能脉冲将金属粉末瞬间熔化并喷射沉积成型。
其中，最有代表性的是3D打印中的激光选区熔化（SLM）技术。
在SLM中，首先将金属粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平。
激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地熔化，一层完成后再进行下一层熔化，如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。
总的来说，金属3D打印技术是一种将金属粉末通过计算机控制逐层堆积成型的制造技术。
它具有制造工艺简单、柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜、成本低、材料利用率高、成型速度快等特点，被广泛应用于铸造业、航空航天等领域。
喷射成型
喷射成形（Spray Forming ）技术，也称为喷射沉积（Spray Deposition）或喷射铸造（Spray casting）技术，这是20 世纪60 年代以来，工业发达国家在传统快速凝固/粉末冶金（RS / PM）工艺基础上，发展起来的一种全新的先迚材料制备与成形技术。
金属喷射成形技术包括金属熔化、雾化和沉积三个过程，即用高压惰性气体将融化后的金属液流雾化成细小液滴，幵使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到具有一定形状的接收体上，从而获得99%理论密度的金属实体。
这样，通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式，便可以从液态金属直接制备出具有快速凝固组织特征、整体致密的圆棒、管坯、板坯、圆盘等不同形状的半成品坯件［1］。
金属喷射成形是一种新型的快速凝固技术，它与铸锭冶金、粉末冶金工艺相比较，具有以下主要优点［2］：1）坯料成分均匀，组织细化2）固溶度大，氧化程度小。
3）材料致密度较高。
4）喷射沉积效率高。
5）生产流程短，成本低。
喷射成形是英国Swansea 大学的A. R. E. Singer教授于1968 年首先提出的。
为了降低传统铸造- 轧制工艺的消耗，Singer 等人发明了将熔融金属喷射沉积到旋转辊上幵直接轧制成带材的一体化工艺，即喷射轧制工艺。
此后Brooks R G 等人继续发展了该技术，成立了Osprey 金属公司，于1974 年将喷射沉积原理应用于锻造毛坯的生产，发明了著名的Osprey 工艺，设计制造了多种Osprey 成套设备，取得多项专利，使喷射沉积技术获得迅速发展。
近年来，喷射成形技术已成为材料科学与工程界的研究和产业化发展的热点之一［3］。
国外喷射成形技术的应用开发主要集中在圆坯和管坯上。
目前，已经能生产直径450mm 和长度2500mm 的棒材，其收得率可高达70% ~ 85%，所生产的管坯直径为150 ~ 1800mm、长度为8000mm，其收得率为80% ~ 90%。
5喷射沉积技术简介
喷射室
坯
托架
移动杆
模冲
喷射锻造的专利装置
喷射涂层
喷射涂层示意图
同时喷射喷丸
同时喷射喷丸是 Singer教授1985年提出 的英国专利，它不同于 上述喷射成形工艺，该 工艺金属沉积与致密化 是同时进行的，并且在 喷雾室一次联合操作即 可容易地实现沉积与致 密化密切结合。它可生 产达到理论密度的沉积 物，防止内部氧化的可 能性，从而体现快速凝 固的优点。
(2) 产品性能优异
由于在喷射沉积过程中，金属液流通过水冷基体传导传 热和高速气流的对流、辐射传热，因而与铸造工艺相比具有 较高的冷却速度(10-102K/s)，并且能够获得晶粒细小，无宏 观偏析的微晶组织。 (3) 制备复合材料的新方法 喷射沉积是一种制备金属基复合材料的崭新方法，它可 将广范围的颗粒引进到任何基体金属中，并且分布均匀、结 合良好。另外采用此法能够很好地制备层状复合材料，各种 金属交替沉积，形成的层状结构在冷热轧时不必担心脱层， 并且可以在致密金属基体上沉积其他金属和合金。喷射沉积 目前广泛应用于制备金属基颗粒增强材料、摩擦材料、双金 属等层状材料中。
雾化沉积过程的热传导主要是依靠雾化液滴和惰性气体的对流和辐 射进行热交换以及沉积坯通过基底传导和表面气体的对流、辐射进行热 交换来实现的。 根据所选择的工艺参数的不同，经雾化喷射后的颗粒与基底碰撞时， 可以有以下几种状态： (1) 绝大部分颗粒在与基底碰撞前已凝固，在这种情况下，只能获 得疏松的粉末堆聚体。 (2) 绝大部分颗粒在与基底碰撞前仍保持液相，在这种情况下，金 属在沉积后的凝固行为类似铸造。 (3) 金属颗粒在与基底碰撞时，部分颗粒呈现液态(约占30-50%)， 部分颗粒呈现固态和半固态，碰撞后有可能在基底上形成液体薄层，再 与下层颗粒流结合成致密的沉积层。 (4) 金属颗粒在与基底碰撞时，大部分颗粒呈现液态(约占50-70%)， 由于基底冷却速度快，过冷熔体在基体上迅速冷却而获得具有快速凝固 组织特征的沉积层。这种沉积方式的基体在下一层颗粒碰撞前一般不形 成液体薄层，消除孔隙和溅射边界主要是靠上层较多量的液相。
铝合金喷射成形工艺
铝合金喷射成形工艺喷射成形是用高压惰性气体将合金液流雾化成细小熔滴，在高速气流下飞行并冷却，在尚未完全凝固前沉积成坯件的一种工艺。
它具有所获材料晶粒细小、组织均匀、能够抑制宏观偏析等快速凝固技术的各种优点，又具有从合金熔炼到近终成型一步完成的优势，因而引起人们高度重视。
铝合金具有密度低、强度高、韧性好和耐腐蚀等优点，在航空航天工业中被广泛用作结构材料，同时，也正在积极开发作为汽车先进材料而应用于高档轿车发动机。
铸造工艺是传统铝合金主要制备方法，但已难以满足制备高性能铝合金的需要。
第一，传统工艺已经难以进一步提高强度、塑性、刚度、耐热性和耐腐蚀性；第二，在追求高性能的过程中，铸造工艺成本由于增添设备和成品率下降而迅速上升；第三，由于合金含量上升，塑性往往降低，因而后续压力加工成本上升、成品率降低。
因此，生产的高成本大大提高了先进铝合金的使用门槛，严重影响整体市场规模的发展。
在这些方面，喷射成形工艺正好具有性能和综合成本的双重优势，可使先进铝合金的使用门槛降低，还可以进一步提高性能，在一定范围内实现以铝代钢，从而迅速培育先进铝合金的市场，并反过来促进喷射成形工艺获得规模成本优势。
因此，喷射成形工艺将成为先进铝合金的主要生产工艺。
目前已获成功的喷射成形高性能铝合金材料主要有以下几种：（1）高强铝合金。
如Al—Zn系超高强铝合金。
由于Al—Zn系合金的凝固结晶范围宽，比重差异大，采用传统铸造方法生产时，易产生宏观偏析且热裂倾向大。
喷射成形技术的快速凝固特性可很好解决这一问题。
在发达国家已被应用于航空航天飞行器部件以及汽车发动机的连杆、轴支撑座等关键部件。
（2）高比强、高比模量铝合金。
Al-Li合金具有密度小，弹性模量高等特点，是一种具有发展潜力的航空、航天用结构材料。
铸锭冶金法在一定程度上限制了Al-Li合金性能潜力的充分发挥。
喷射成形快速凝固技术为Al-Li合金的发展开辟了一条新的途径。
（3）低膨胀、耐磨铝合金。
特殊成型技术之喷射成型
国外喷射成形技术的应用开发
• 主要集中在圆锭坯和管坯上，对平板产品的应用 较少。目前，已经能生产直径450mm和长度 2500mm的棒材，其收得率可高达70%~80%，所 生产的管坯直径为150~1800mm、长度为8000， 其收得率为80%~90%。而成形的合金材料主要有： 铝硅合金、铝锂合金、2000及7000系列铝合金、 各种铜合金、不锈钢和特种合金等。这些材料已 经用于火箭壳体、尾翼、涡轮发动机涡轮盘、海 洋中耐腐蚀管道（IN625合金）、轧辊、导电材 料（Cu-Cr、Cu-Ni-Sn等）、汽车连杆、活塞及 体育器材等。
5 、控制往复喷射成形技术
针对多层喷射成形工艺存在的采用紧耦合 雾化器， 雾化喷射流分散，喷射密度低，形成 大量孔隙等问题，上海交通大学的张豪等人在 对工艺控制模型、雾化器结构和成套设备深入 研究的基础上，开发出控制往复 喷射成形技术 和装置，于2 0 0 3 年申请了控制往复喷射成形 工艺的发明专利，并于2 0 0 4 年首次在我国发 起成立华通喷射成形有限公司，专业从事喷射 成形产业化。 获得有益效果是：沉积坯凝固速率高 ( 大 于1 0 4 K ／ s ) 。 组织精细 ( 平均晶粒度 0 ． 9 ～ 2 0 I x m) ，同时，致密度高 ( 大于 9 6 ％) 、层界面缺陷少，适宜制备大规格的沉 积坯 ( 管坯、锭坯、板坯等) ，材料收得率大 幅度提高( 大于8 5将一个电渣熔炼系统的熔池作为喷 射成形工艺用液态金属熔池．采用冷壁式感应 导板的漏斗形浇口来控制金属液流的传输，该 导板采用感应加热以避免金属液流的凝结。纯 净金属喷射成形工艺通过熔渣中的化学精炼来 达到理想的纯净水平，同时采用铜制CIG系统 避免了传输过程中的污染。并在工艺过程中仅 少量金属处于液态．减少了伴随大量金属熔化 时带来的各种问题，同时减少了能量损失。该 工艺与粉末冶金工艺相比，生产步骤大大减少， 而产量明显提高。产品成本低，性能优越，可 替代粉末冶金工艺制造航空发动机涡轮盘。
金属喷射成型的最新发展态势
金属喷射成型的最新发展态势摘要：金属雾化喷射成型技术是在快速凝固粉末冶金工艺基础上发展起来的一种介于铸造和粉末冶金之间的冶金新工艺。
金属雾化喷射成型工艺过程是将合金原料熔化后，注入中间包内，由中间包下部的导液管流出后，经雾化喷嘴射出的高速气体雾化，形成细小的金属液滴，在高速气流作用下加速飞行并逐步冷却，在半固态下沉积到沉积器上，最终凝结成锭坯。
金属喷射成型工艺分为４个阶段，雾化阶段，喷射阶段，沉积阶段和凝固阶段。
关键词：粉末冶金工艺；金属喷射成型；发展态势一、生产量增长方兴未艾在过去的10年中，欧洲金属粉末喷射成型的产品产量平均每年增长10%左右。
当然，它的基数较低。
据国外统计，2007年金属粉末喷射成型生产使用的金属粉末接近5400吨，而全球粉末冶金生产消耗的金属粉末是90万吨。
普通的粉末金属市场主要由汽车制造业的需求支配。
但是，世界各地金属粉末喷射成型的产品市场不完全相同。
在美洲，用粉末金属喷射成型技术生产的零部件产量最大当属机械工程行业，其次是汽车制造业、医疗器械制造业；在欧洲，汽车制造业是主要市场，机械制造业则属第二；而亚洲，主要市场是信息行业，机械制造业排第二。
从表可以看出，全球金属粉末喷射成型制品的最大市场，是机械工程行业，占35%；信息行业居第二位，占26%；第三位是汽车制造行业，占25%。
各行业消费的金属粉末喷射成型的典型制品包括：机械工程行业用的主要是小齿轮、园林机械零件、手工工具以及更简易的物品等；信息行业主要是笔记本电脑、移动电话等的结构零件，磁盘驱动的组成部件，光纤连接器组成部件和热能管理组成部件；汽车制造行业的金属粉末喷射成型制品，主要是涡轮增压器系统的组成部件和其它发动机的组成部件。
在欧洲，汽车行业的衰退虽然有可能继续，但是应用金属粉末喷射成型方法制造零部件，是发展最快的行业。
医疗行业使用的金属粉末喷射成型制品有：植入人体内的植入物、外科用的各种工具、牙科用的牙托；金属粉末喷射成型技术已经成为制造上述制品的理想技术，特别是在美国，医疗行业已成为使用金属粉末喷射成型制品的重要行业。
第二章 喷射成型技术
2.4 喷射成形材料特性
•（1） 晶粒组织：等轴细晶组织 • 喷射成形属于快速凝固范畴，其冷却速度高，沉
喷射成形合金（GH742、IN718）的拉伸性能
• 喷射成形合金（GH742、IN718）的拉伸性能
2.5 共喷射成形技术
• 在基体材料合金液喷射沉积工艺的基础上，将增强颗
粒喷到雾化的合金液流中，使两者同时沉积，获得复 合材料的技术。
1-雾化室 2-熔化炉 3-雾化器 4-沉积 体 5-压力释放罩 6-粉末回收料 7-搜集室
耗少，沉积收得率进一步提高80%，表面疏松减少。
• （4）扫描型双喷嘴
• 扫描型双喷嘴系统可制备更大直径沉积坯(直径达
600mm),同时也能达到整体致密,表面质量改善，坯件 尺寸精度提高。沉积速率可达100Kg/min 、气体消耗 减少 25%、沉积收得率达90%，可用于规模化生产 。
• 2.3.3 喷射成形装置
熔滴为球形，分布较宽。一般采用较低的气压和较大的气体
流量进行。 （2）超声气体雾化：喷嘴附加超声波发生装置，可获得 较大的熔滴冷却速率及更加细小的沉积组织。
• 雾化器是获得理想坯件显微组织的关键，设计原则： • （1）雾化介质能够获得尽可能大的出口散射束和能量
• （2）雾化介质与金属液滴之间能形成合理的喷射角度
• 扫描型喷嘴和倾斜布局能使雾化锥的熔滴质量(流率)分
布更趋均匀, 扫描喷嘴和倾斜布局降低坯件疏松,改善表 面质量 ,使沉积材料收得率平均提高约 10%。 • （3）双喷嘴 • 双喷嘴系统使坯件的温度剖面得到很大改善,两个射流相 互覆盖,射流中液相的含量可以按坯件的半径来控制,从 而促进沿坯件半径组织更加均匀, 金属流率高、气体消
喷雾锻造的工作原理
喷雾锻造的工作原理
喷雾锻造是一种利用高速气流将熔融金属微粒喷射到基底上，形成均匀且致密的金属涂层或复合材料的工艺。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 材料准备：首先，需要将原始金属材料（通常是粉末状的）预先熔融，并将其注入到高压气流中形成一个金属喷雾。
2. 喷射：金属喷雾被高速喷射到待加工的基底表面。
喷射速度可以达到每秒数十至数百米，高速的喷射使得金属微粒具有较高的动能。
3. 堆积：金属微粒被喷射到基底表面后，会迅速冷却并凝固成固态金属，并与基底紧密结合。
4. 成型：被喷射的金属微粒在堆积过程中会不断堆积积累，形成一个均匀且致密的金属涂层或复合材料。
通过控制喷射的速度、角度和密度等参数，可以调整涂层的厚度、连接强度和表面质量。
5. 后续处理：形成的金属涂层通常需要进行后续处理，如热处理、机械加工等，以进一步改善其物理和机械性能。
总体来说，喷雾锻造通过高速喷射熔融金属微粒，利用其动能和凝固特性，实现了高效、均匀和致密的金属涂层或复合材料的制备。
这种工艺在航空航天、汽车
制造、能源领域等方面有着广泛的应用。
材料喷射成型技术
材料喷射成型技术
材料喷射成型技术是一种先进的制造技术，它使用高压气体将材料喷射到特定的表面上，形成所需的形状和结构。
这种技术可以广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗等领域，具有高效、精确和可持续等优点。
材料喷射成型技术的应用范围非常广泛。
在航空航天领域，它可以用于制造飞机发动机零件，如涡轮叶片和燃烧室。
在汽车制造中，材料喷射成型技术可以用于制造发动机缸体和缸盖等关键部件。
在电子行业，它可以制造高性能的散热器和导电材料。
在医疗领域，材料喷射成型技术可以用于制造人工关节和牙科种植体等医疗器械。
材料喷射成型技术具有高效和精确的特点。
通过调整喷射参数和材料特性，可以实现对成型件形状和尺寸的精确控制。
与传统的制造方法相比，材料喷射成型技术可以大大缩短生产周期，提高生产效率。
此外，该技术还可以实现多材料的喷射成型，使得复合材料的制造更加灵活和高效。
材料喷射成型技术具有可持续的特点。
它采用的材料通常是粉末状的金属或陶瓷材料，可以充分利用材料资源，减少浪费。
此外，由于材料喷射成型技术可以减少机械加工的需求，可以降低能耗和环境污染。
材料喷射成型技术是一种高效、精确和可持续的制造技术，广泛应
用于航空航天、汽车、电子、医疗等领域。
它的发展将推动制造业的升级和转型，为人类社会的进步做出贡献。
我们有理由相信，随着科技的不断进步，材料喷射成型技术将在未来发展中发挥更加重要的作用。
粉末冶金 (1)
金属喷射成型粉末冶金金属喷射成型粉末冶金（Metal Injection Molded）金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding，简称M IM)技术是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净成形技术。
其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～1 50℃)用注射成型机注入模腔内固化成型，然后用化学或热分解的方法将成型坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。
与传统工艺相比，MIM具有精度高、组织均匀、性能优异、生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。
国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
MIM技术由美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并使其得到迅速推广，特别是在八十年代中期该技术实现产业化以来，更获得了突飞猛进的发展，产量每年都以惊人速度递增。
到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。
日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM 工艺的推广应用，这些公司包括太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工-爱普生、大同特殊钢等。
目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。
MIM技术已成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，是世界冶金行业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向。
金属粉末注射成型技术是塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科渗透与交叉的产物，利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件，能够快速、准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。
喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研_省略_展_一_喷射成形技术的原理_特
Email： cscui@ iwt． unibremen． de 作者简介： 崔成松， 男， 工学博士， 主要从事快速凝固技术、 新材料开发及计算机模拟等方面的研究，
第2 期
崔成松等： 喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研究进展（ 一）
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气体雾化成细小液滴， 并喷射沉积到以一定方式 运动的基底表面。金属雾滴在雾化气流冷却作用 下快速凝固， 到达沉积表面时， 小尺寸的雾滴凝固 成为固体颗粒， 较大尺寸的雾滴仍保持液态， 而中 间尺寸的雾滴则含有一定比例液相 。这些凝固程 高速撞 度不同的大小雾滴被雾化气流加速运动， 击沉积表面， 随之在沉积表面附着、 铺展、 熔合， 逐 步沉积生长为一个金属实体。喷射成形把液态金 属的雾化和金属雾滴的沉积自然地结合起来 ， 能 以最少的工序直接从液态金属制取具有快速凝固 组织特征的高性能材料 （ 或半成品坯料 ） 。 通过 合理地设计沉积基底的形状和控制其运动方式 ， 可以制备圆锭、 管坯、 环坯、 板坯、 圆盘等不同形 状、 甚至不具简单对称形状的沉积坯。 如将金属 雾滴喷入具有一定形状的模具空腔里， 也可以获 。 得复杂形状的构件 1． 2 喷射成形的主要特点 1． 2． 1 喷射成形与热喷涂的区别 但它与热喷涂有 喷射成形的雏形是热喷涂，
3
为解决金属粉末氧化以及致密化周期长的问 题， 英国 Swansea 大学冶金系 Singer 教授在 1968 年首次提出了喷射成形的技术思想 ， 称之为 Spray ［9 ］ rolling 。这种方法是将金属熔液喷射到旋转圆 筒上制成板状半成品， 随后直接轧制出金属薄带。 1974 年， Singer 教授的三个学生 Brooks、 Leatham 和 Coombs 创建了 Osprey 公司， 研制出了可制造
喷丸成形
喷丸成型原理：利用高速弹丸流撞击金属板材的表面,使受撞击的表面及其下层金属材料产生塑性变形而延伸(如图1所示),从而逐步使板材发生向受喷面凸起的弯曲变形而达到所需外形的一种成形方法。
分类：按照驱动弹丸运动的方式，喷丸成形分为叶轮式喷丸成形和气动式喷丸成形。
（两者没有本质区别）按照喷打方式，喷丸成形分为单面喷丸成形和双面喷丸成形。
（双面喷丸成形主要用于复杂型面构件的成形）根据喷丸成形时构件是否承受弹性外力，喷丸成形分为自由状态喷丸成形和预应力喷丸成形。
（预应力喷丸成形可以获得更大的喷丸变形量和更复杂的构件外型）喷丸成形所引起的零件变形量与喷丸强度、弹丸覆盖率和零件厚度有关。
影响喷丸强度的因素主要有与弹丸有关的参数，包括弹丸材料、弹丸热处理状态和弹丸直径，以及与喷丸设备有关的参数，包括弹丸速度和喷射角度。
影响弹丸覆盖率的因素主要有喷丸时间和受喷零件的材料性能。
喷丸成形的优点成本低——无需成形模具、生产准备周期短、场地占用少、零件尺寸不受设备喷丸室大小限制等；品质高——具有疲延长制件疲劳寿命、提高制件抗耐腐蚀性能的潜质。
既可以成形单曲率零件，也可以成形复杂双曲率零件。
喷丸成形的局限性球面变形趋势变形有限限制条件苛刻影响因素繁多喷丸成形的发展国外：自20世纪40年代初期,美国Lockheed航空公司的工程师JimBoerger从喷丸强化Almen 试片产生变形这一特点受到启发,从而开创了这一对现代飞机制造产生重大影响的先进成形技术。
伴随机床控制技术的进步，喷丸设备由过去的机械控制喷丸机发展到后来的数控喷丸机。
此外，通过竞争兼并，已经形成高度垄断、大型、专业化、喷丸工艺及设备兼营的跨国集团公司喷丸成形设备供应商，如美国金属改进公司等。
随着大型运输机机翼设计技术的发展，喷丸成形技术经历了带纵筋机翼整体壁板蒙皮类零件到不带筋条机翼整体厚蒙皮类零件和带曲筋机翼整体壁板类零件的喷丸成形等发展阶段。
在成功应用于Constellation(星座号)飞机壁板零件的生产之后，喷丸成形技术便被广泛应EM120,A10,A6,EA6,S3A,P3,C5,C130,C141,F15,F5E,B1等军用飞机及A310-A340、707-777、REGIONALJET 、DASH 7、DASH 8、L1011、MD11、MD80、MD90、MD95、DC10、ATR72、Do.228、Do.328等民用飞机以及运载火箭ARIANE-4,5和ATLASII 上的整体壁板零件制造中。
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由V6钢淬火后再经回火处理试样拍摄的TEM照片上， 可以清晰看到，细小碳化物析出明显增加，图14(a) 至图14(c)这组TEM照片非常清楚地展示了这种微观 组织形貌特征，其中图14(b)尤为突出。图14(d)则为 大块碳化物颗粒分布于回火马氏体基体上的形貌像， 这种大尺寸碳化物颗粒很可能是具有简单立方结构的 V8C7相，X射线衍射分析已经证明此种碳化物的存在， 表明上述推测是合理的。
演讲人：辛宏辉
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喷射成形对钢组织 的影响
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喷射成形原理简介
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喷射成形工艺也称雾化喷 射沉积成形工艺，该工艺是 由金属熔体雾化以及雾化液 滴沉积在基板上形成不同形 状工件的两个基木过程组成。
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喷射成形装置主要由熔化室、雾化室和沉积器构成。熔化室 的作用是熔炼金属，对于活泼金属可以在真空或保护气氛下 进行熔炼。熔化室中的熔融金属，经过导液管而进入雾化室 内。雾化室的上端是喷嘴.高压惰性气体如氮气或氢气送入喷 嘴.经过环状排列的小孔或环缝向外高速喷射，使从导流管流 出的金属熔液细流雾化成细小液滴，并形成雾化锥。雾化室 的下部是沉积器，从喷嘴飞出的细小液滴经过动量传递过程， 被高速气流加速而飞向沉积器。在飞行过程中，细小液滴通 过能量传递失去热量而降温，根据失去热能的多少液滴抵达 沉积器时，可以仍保持液态，也可以已经完全凝固为固态， 还可以处于半固态。
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喷射成形V6冷作模具钢的组 织结构研究及与锻造态组织 比较
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引言：采用喷射成形工艺制备了Vanadis6 (V6) 冷作模具 钢,并对不同状态下的组织结构进行了观察分析。铸造态 V6钢存在严重的枝晶偏析，这种极差组织是很难通过后 续热加工与热处理加以改善的；而喷射态V6钢具有细小 的等轴晶组织，碳化物主要分布在基体中，在晶界上也 出现了一些形状不规则的较大尺寸碳化物和少量共晶莱 氏体组织，但与铸造态V6钢相比，喷射态V6钢的组织有 了极大改善。经过球化退火处理，喷射成形V6钢获得了 优良的球化组织。根据X射线衍射及TEM试验观察分析， 对喷射态、淬火态以及回火态V6钢的相组成进行了鉴别。
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工作组制作工作组制作 Nhomakorabea 2.2 V6钢的锻后组织观察 图6为喷射成形V6钢锻造后微观组织的一组TEM形貌 像，其中图6(a)所显为共析组织与弥散分布的细小碳化物 相，图6(b)为晶内未溶解碳化物颗粒的形貌像。图7为同 一锻造态试样中微观组织的另一组TEM形貌像，其中图 7(a)显示碳化物颗粒与位错线塞积，图7(b)为晶内孪晶马 氏体形貌像。
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Vanadis6（V6）高合金冷作模具钢是瑞典Uddeholm公司采用粉末冶 金工艺生产的V系列模具钢中的一种，与广泛应用的Vanadis 4（V4） 钢相比[1～4]，其碳含量和钒含量均有明显增加，分别高达2.1%和 5.4%。V6钢属铬-钼-钒系冷作模具钢，具有优良的综合性能，如非常 高的耐磨性和良好的韧性；高的淬透性和抗压强度。此外，该钢淬回 火后的尺寸稳定性明显优于传统铸造工艺生产的冷作模具钢和高速钢， V6钢的这一特点也意味着它是一种非常适合于在其上进行CVD和PVD 涂层的工具钢。由于V6钢中碳和合金含量较高，使用传统铸造工艺生 产，容易产生严重的成分偏析、粗大碳化物以及网状碳化物。目前只 能用粉末冶金工艺生产V6钢，但工艺带来的生产成本昂贵和生产工艺 复杂的不足，却成了制约该类钢种规模生产和推广应用的主要原因。 因此，寻求一种既经济又可行的生产V6钢的工艺技术以满足市场之需 求，是一项颇有意义并具有实际应用背景的研究工作。
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1. 试验材料与方法 试验用材料为喷射成形V6高合金冷作模具钢，其合金成分特点 是碳和合金含量比广泛应用的V4钢更高。V6钢母合金是在宝钢研究 院50kg真空感应炉中冶炼，其化学成分（质量分数%）为2.1C， 6.8Cr，1.5Mo，5.4V，1.0Si，0.4Mn，0.03S，0.03P。采用多孔模 壳浇注的圆棒，经过喷砂处理去掉外表面氧化皮，作为喷射成形用 母合金原料。喷射成形制取的V6钢坯件形状呈高斯分布，中间最高 度约30mm，直径约130mm，重量1.8kg左右。 采用金相显微镜、电子显微镜（TEM）、以及X射线衍射仪，对 取自于铸造V6钢母合金、喷射态V6钢、锻造态V6钢、退火态V6钢 以及淬回火态V6钢试样的组织结构进行了观察分析研究。
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2.3 退火与淬回火组织结构分析 喷射态V6钢经过锻造加工以及去应力退火处理，原先碳化 物不均匀分布及少量共晶莱氏体组织明显得到改善。为了给后 续淬回火处理创造组织条件，需要进行球化退火处理，以期获 得一个理想的球化组织。图10所示为喷射成形V6钢球化退火后 的金相组织照片，由图10可见，球化退火处理后的组织比较均 匀，碳化物弥散分布于基体中，其中近似于球形的小尺寸碳化 物占大多数，系二次析出碳化物；另有少量不规则形状的未溶 一次碳化物。
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众所周知，喷射成形是一项新颖的快速凝固技术，在材 料制造与加工方面极具潜力。该技术不仅能改善传统材 料的组织与性能，而且更大优势是能开发新型材料。根 据喷射成形工艺具有快速凝固特点，将它应用于高合金 冷作模具钢生产，其优势会得到充分显现。基于上述考 虑，作者采用喷射成形这一有效工艺手段，制取了V6钢， 并对试验材料的基本组织、以及经过后续热加工和热处 理后的组织结构演变进行了研究。本文只是此项研究工 作的初步试验结果及分析讨论。
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结合X射线衍射试验以及TEM观察分析，基 本确认了喷射成形V6钢淬火态和回火态试 样的相组成：淬火态试样具有马氏体、残 余奥氏体、M7C3型、V8C7型、以及M3C 型碳化物相；而回火态试样的组成相由马 氏体、残余奥氏体、M7C3型、V8C7型碳 化物构成。
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3 结论 （1） 传统铸造工艺制备的V6冷作模具钢存在严重的枝晶偏析组织，这种 极差组织是很难通过后续热加工和热处理加以改善的；而喷射成形V6钢具 有细小的等轴晶组织，碳化物主要分布在基体中，在晶界上也出现了一些 形状不规则的较大尺寸碳化物和少量共晶莱氏体组织，但与铸造V6钢相比， 喷射态V6钢的组织有了极大改善。 （2） 根据X射线衍射以及TEM试验结果分析，已确认喷射态V6钢的相组成 是由奥氏体、马氏体、以及碳化物构成，其中碳化物主要有M7C3和M23C6 两种类型，另外，还有一种尺寸小于50nm的碳化物，推测可能是MC类型 的VC碳化物。 （3） 喷射成形V6钢淬火态试样的相组成由马氏体、残余奥氏体、M7C3型、 V8C7型、M3C型碳化物构成；回火态试样的相组成由马氏体、残余奥氏体、 M7C3型、V8C7型碳化物构成。
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图2所示为喷射态V6钢试样X射线衍射谱，根据相鉴定已 基本确认喷射态V6钢组成相为奥氏体和马氏体，而衍射 谱上还剩余一根d值为0.2403nm的线条无法确认所属相。 虽然从图1(b)金相照片上已能清楚看到喷射态V6钢试样 中存在较多碳化物，但在X射线衍射试验上却未能确认碳 化物的类型。因此，有必要通过TEM试验来弥补金相观 察和X射线衍射分析的不足。
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图4所示为喷射态V6钢试样中M7C3碳化物形貌像及电子衍射 花样，其中图4(a)为明场像，图4(b)为暗场像，图4(c)为[014] 晶带衍射花样。图5为喷射态V6钢试样中M23C6碳化物形貌 像及电子衍射花样，其中图5(a)和图5(b)分别对应碳化物的明 场像与暗场像，而图5(c)则为[129]晶带电子衍射花样。 根据X射线衍射以及TEM试验结果综合分析，已基本确认 喷射态V6钢的相组成是由奥氏体、马氏体、以及碳化物构成， 其中碳化物主要有M7C3和M23C6两种类型，另外，还有一 种尺寸小于50nm的碳化物，推测可能是MC类型的VC碳化物。
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2. 试验结果与分析 2.1 喷射态V6钢组织结构分析 V6钢由于碳和合金含量较高，采用传统铸造工艺生产因冷却 速度缓慢，而导致严重的成分偏析和共晶莱氏体的产生，通过后 续热加工和热处理，虽能减轻缺陷，但改善的程度极为有限。图 1(a)和图1(b)分别给出铸造态和喷射态V6钢的组织照片。由图1(a) 可见，铸造工艺制备的V6钢存在严重的枝晶偏析，这种极差组织 是很难通过后续热加工与热处理加以改善的。喷射态V6钢具有细 小的等轴晶，细小碳化物主要分布在基体上，在晶界上也出现了 一些形状不规则的较大尺寸碳化物和少量共晶莱氏体组织，如图 1(b)所示。尽管如此，但与铸造态V6钢相比，喷射态V6钢的组织 有了极大改善。
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V6钢的锻造加热温度为1070～1080℃，在此温度范围，尚有部分碳 化物未溶入奥氏体中，在锻造后的冷却过程中依然被保留下来。钢 在缓慢冷却过程中发生了共析转变，与此同时，原先固溶于奥氏体 中的碳和合金元素以碳化物形式析出。TEM观察表明：V6钢锻造加 工后的组织较复杂，有些区域为共析反应析出的呈条带状分布的 M23C6碳化物，并在其周围析出非常细小的二次碳化物（如图6(a) 所示）；有些区域为孪晶马氏体（如图7(b)所示），也有位错密度很 高的区域，类似于胞状组织，在碳化物处受阻发生缠结形成胞壁 （如图7(a)所示），表明锻造加工产生的变形组织尚未消除；另外， 还可观察到未溶解一次碳化物（如图6(b)所示）。电子衍射花样分析 表明，图8所示的球形碳化物主要为M7C3型碳化物，而图9中看到的 断续分布的条状碳化物为共析反应析出的M23C6型碳化物。碳化物 对应的明、暗场像及电子衍射花样分别如图8和图9所示。
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课下研究：喷射成形在表面热处理中的应用
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注释 CVD：化学气相沉积法 PVD：物理气相沉积法
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注释 冷作模具钢：金属在冷态下变形所用的模具 钢，工作温度不高，主要承受高的压力或冲 击力，金属之间有强烈摩擦，所以冷作模具 钢要求具有高硬度、高耐磨性、及一定韧性。