喷射成型技术的研究现状与展望

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国内金属射出成形工艺的现状及发展趋势分析

国内金属射出成形工艺的现状及发展趋势分析金属射出成形是一种高端先进制造技术，是将金属材料熔化后经高压注射模具而成的成形工艺。

因其高精度、高质量、高效率等优点被广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域。

本文将介绍国内金属射出成形工艺的现状及发展趋势。

一、国内金属射出成形工艺现状1.技术水平目前，我国金属射出成形技术水平已经相当高，与国外领先水平相比，具有如下优势：（1）成形材料多样化我国金属射出成形技术可应用于各种金属材料，如铝、镁、锌、铜等多个非铁基金属，以及钢、不锈钢、合金等金属。

（2）高性价比我国金属射出成形技术的生产成本明显低于国外同类技术，可以提供更为具有竞争力的价格。

（3）高精度我国金属射出成形技术的精度相比国外同类技术也有着明显优势。

在精度方面，国内射出成形厂商的水平已经达到了国际先进水平。

2.市场规模我国射出成形工艺的市场规模正在不断扩大。

当前，射出成形行业的主要需求来自于汽车、电子、医疗、五金、日用品、玩具等领域。

其中，汽车行业是金属射出成形市场的主要消费者。

据了解，2020年全球汽车射出成形市场价值超过100亿美元，而我国市场仅占约1/10。

二、国内金属射出成形工艺发展趋势1.数控化制造数控化制造是未来金属射出成形技术发展的主要趋势之一。

随着智能化、自动化和数字化时代的到来，数字化制造已经成为各行各业的新趋势。

金属射出成形行业同样应该积极推进数控化制造，以提高生产效率和精度，降低成本，增强市场竞争力。

2.自适应成形技术自适应成形技术是指通过传感器实时采集到成形过程中的各种参数，通过计算机分析和处理，以调控射出成形过程，以实现自适应成形的一种新技术。

随着人工智能技术的不断发展与普及，预计自适应成形技术将会在金属射出成形领域得到更广泛的应用。

3.先进工艺材料射出成形工艺材料是指在射出成形生产过程中使用的材料，其品质直接关系到制造产品的品质。

随着科技的不断发展，各种新型的先进金属材料也不断涌现，诸如钛、铝锂等材料已经开始在射出成形领域得到应用，预计在未来这些新材料将会成为射出成形技术的主要使用材料。

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。

喷丸成形技术及未来发展与思考

国际竞争无止境，技术进步无终期。近年来，复杂外型曲筋整体壁板逐渐成为国内数控预应力喷丸成形技术研究热点之一，目前已经在该领域获得了国际前沿的关键技术突破。由于预应力喷丸成形技术的独特优势，今后其重要性必将更加突出。
发展趋势
大中型运输机机翼整体壁板是喷丸成形主要对象之一。随着复合材料机翼飞机——波音７８７梦幻飞机２００９年的成功首飞，规格相当的另一款复合材料机翼飞机——空客Ａ３５０紧随其后正在紧锣密鼓地研制，一时间金属机翼已经过时的观点盛行。然而，２００９年９月，复合材料制造技术水平国际一流、独家承制波音７８７复合材料机翼等重要复合材料零部件、并于２００６年４月将首架波音７８７复合材料机翼交付美国波音公司的日本，将其正在研发的ＭＲＪ７０／９０支线飞机复合材料机翼改回金属机翼——铝合金机翼，其目
不负时代，不辱使命。几乎与空客Ａ３８０飞机外翼下翼面整体壁板预应力喷丸成形同步，国内成功实现
图７ＡＲＪ２１飞机机翼下中壁板零件
了超临界机翼整体壁板预应力喷丸成形技术的一系列重大突破，形成多项专有技术和ＡＲＪ２１飞机超临界机翼整体壁板预应力喷丸成形批产能力。中国因此成为世界上少数几个掌握大型超临界机翼整体壁板数控预应力喷丸成形技术的国家，技术水平达到同类技术的世界先进水平。
预应力喷丸成形
预应力喷丸成形，是指在喷丸成形前，借助预应力夹具等，预先在板坯上施加变形力，形成弹性应变，然后对其进行成形的一种喷丸成形方法。在以直纹外型面为主的厚蒙皮与整体壁板逐渐淡出，而具有复杂双曲外型面的厚蒙皮与无筋或带筋整体壁板逐步成为应用主流的情况下，预应力在喷丸成形中的作用日益突出。
（１）喷丸成形对象及设备大型化，如大型复杂外型整体壁板、大型整体结构等喷丸成形，它们需要大型喷丸成形设备及相应喷丸成形技术。

喷射成形技术产品的研究现状

沉积坯件治直径方向的微观和宏观组织发生变化，在沉积坯
件的中心区域会出现较大的晶粒及第二相，在沉积坯件的而外表面晶粒和沉积物细小，隙率却增大，Ｌ并且需要雾化器的扫描角度和频率大，可操作性较差。近年来在制备大直径圆锭时普遍采用双喷一扫描的方式进行，谓双喷是指采用两个相关联的喷嘴同时进行雾化沉所
的宏观及微观偏析，有利于使材料获得更佳的力学性能］喷＝射成形拄术产品种类繁多，品的形状主要包括：产棒坯、管坯、
板坯、、等；环盘涉及的台金种类包括：铝基合金、基合金、铜镍基高温台金、、钢硅基台金等；涉及的应用领域包括：车、汽电子、航空航天和普通工业等０。一本文简要阐述目前喷射成形拄
趋于成熟＝近年来以英国ＯｓｒｙＭｅａｓＬｄ公司为代表的ｐｅｔｌｔ．研究和产业开发单位土要进行了喷射成形技术装置的功能优化和完善研究，以使该项技术尽快地向产业化大规模生产转
化，牛要体现在对雾化器系统、收系统．制系统的改进过接控和优化上。２１雾化 Nhomakorabea系统，
雾化器系统是喷射成形技术得实施的核心部分，该部件决定了喷射成形工艺是否可以稳定控制以及沉积坯件的最终质量。雾化器系统的发展主要经历了两个阶段：单喷嘴系统和双喷嘴系统。
采用单喷制备大直径的圆锭时，由于热焙的输入相对而
ｔｒ［ｗｉｈｅｈｎｅｒｐｒｉｓａｄｐｒｏｍａｃａｄｈｓｅｒｅｓａｋｙｃｍｐｔｔｒｆｒｅｉｔｇｔｃｎｌｇｅ．ｉｅｉｓｔｎａｃｄｐｏｅｔｎｅｌｒｎｅ，ｎａｍｅｇｄａｅｏｅｉｏｘｓｉｅｈｏｏｉｓＴｈｓａｅｏｎａｔｌｐｏｉｅｒｅｖｒｉｗｆｈｕｒｎｔｔｓｏｐａｏｍｉｇｔｃｎ［ｇｎｒｄｃｓｒｉｅｒｖｄｓａｂｉｆｏｅｖｅｏｅｃｒｅｔｓａｕ５ｓｒｙｆｒｎｅｈｏｏｙａｄｐｏｕｔ．ｃｔ

喷射成型

沉积坯底面附近形成细小的快速激冷组织，由于液相含量不足，熔滴搭接形成“冷疏松”
B. 中心区
在激冷区之上，形成均匀分布的等轴晶组织
C. 上表面区
由于表面冷却增加，表面显微组织进一步细化，疏松略有增加
喷射成形的研究与开发状况
• 国内发展：我国的喷射沉积技术研究始于 20世纪80年代中后期，主要还是沿用 Osprey模式。
喷射成形材料研究与产品开发
• 喷射成形技术为生产性能优良、价格低廉的材料和产品提供了一种独特的工艺方法。
喷射成形材料研究与产品开发
• 喷射成形制备钢铁：目前喷射成形钢铁材料的研究主要集中于现有合金的成本降低和性能改进，而发展新合金材料的研究较少（高碳高速钢，工具钢，不锈钢，轴承钢，低合金钢，）
简介
喷射成形——半固态近终形加工技术
定义：熔融金属或合金高速惰性气体液态微滴金属基板表面半固态薄层(预成型毛坯)
喷射成形的研究与开发状况
• 在21世纪冶金三大前沿技术—熔融还原、近终形成性和半固态加工技术中，喷射成形作为一种半固态近终形成性技术，备受国内外广大研究者的青睐。
喷射成形的研究与开发状况
一．Osprey
申请Osprey公司使用许可证的用户已超过40家
二．LDC
开发了著名的超声雾化喷嘴，但目前还没有建立起一家生产型工厂
三．二者最大区别
LDC的冷却速度比Osprey更快，更快的冷速带来沉积坯件的显微疏松更加明显
Osprey工艺流程
过程及关键影响因素
沉积过程显微组织演化
• 一般分三个区 A. 激冷区
Al-60~70Si合金热沉片
喷射成形的综合评价和未来展望
• 1.加快产业化步伐 • 2.完善理论模型 • 3.在材料方面，按照快速凝固工艺的特点建立新型喷射成形合金体系 • 4.进一步降低成本 • 5.工艺方法的拓展 • 6.结合先进的熔炼工艺技术

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)——喷射成形技术的原理、特点及发展现状

第３４卷
第２期
上
海
金
属
Ｖｏ．４，Ｎｏ２１３．
４２
２１０２年３月
ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
Ｍａｃｒｈ，２２０１
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
— —
喷射成形技术的原理、特点及发展现状
【ｅＷｏｄ】Ｓｒｏｉ，ａｉＳｌｉｃｉ，ａｕｃｒ，ｒｎｔｌＫｙｒｓｐａＦｒｎＲｐｏｄａｏＭｎｆｔｅＩｎｄＳｅｙｍｇｄｉｆｔｎｉａｕｏａｅ
喷射成形，也称喷射铸造或喷射沉积，一种是先进的快速凝固近终形材料制备技术。它将金属熔体雾化和沉积成形两个过程合为一体，可直接
ｎａ－ｅ —ｈａｅｅｒｎｔｓｐｍａｅｉｌ．Ｉｈｏｄｎｑｅｄａｔｇｓｎｂｏｄｐｌｃｔｏｐｏｐｅｔｎｈｅｔｒａｓｔｓｗｅｕｉｕａｖｎａｅａｄｒａａｐｉａｉｎｒｓｃｉｔｍａｕａｔｒｆｈｇｒｏｍａｃｒｎａｄｓｅｌｍａｅｉｌ．Ｔｈｓｃｐｒｎｉｅａｄｍａｎｃｒｃｅｉｔｃｎｆｃｕｅｏｉｈｐｅｆｒｎｅｉｏｎｔｅｔｒａｓｅｂａｉｉｃｐｌｎｉｈａａｔｒｓｉｓｏｐａｏｍｉｇｔｃｎｌｇｓｉｔｏｕｅｒｅｙ，ａｄｔｅｄｖｌｐｎｓｏｙａｄｃｒｅｔｓａｕｆｆｓｒｙｆｒｎｅｈｏｏｗａｎｒｄｃｄｂｉｆｙｌｎｈｅｅｏｍｅｔｈｉｔｒｎｕｒｎｔｔｓｏｔｅｔｃｎｌｇｓｒｖｅｄ．ｈｅｈｏｏｙｗａｅｉｗｅ

喷丸成形技术在民航领域的应用

一个关键环节。传统的方法多采用模具或液压成形等工艺，但这些方法对于大型蒙皮成形存在一定的局限性。喷丸成形技术作为一种非传统加工方法，能够有效地解决大型蒙皮成形的难题。通过喷丸成形技术，可以精确地控制蒙皮的形状和厚度，提高飞机的气动性能和结构强度。
先进喷丸成形技术主要应用于模具制造、机械加工、航天航空等领域。在模具制造领域，通过先进喷丸成形技术可提高模具表面的硬度和耐磨性，延长模具使用寿命；在机械加工领域，该技术可提高加工效率，实现复杂构件的近净成形；在航天航空领域，先进喷丸成形技术可用于制备高性能轻质合金材料，提高航空器的性能和安全性。
总之，金属板料激光喷丸成形技术是一种重要的制造技术，具有广泛的应用前景和重要价值。本次演示介绍了该技术的基本理论、数值模拟方法和应用领域，希望能够为相关领域的研究和实践提供一些有益的参考和启示。
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一、金属板料激光喷丸成形基本理论
激光喷丸成形的基本原理是利用高能激光束冲击金属板料，使其产生塑性变形。激光束的能量密度高，可以在极短时间内作用于金属板料表面，产生高应变速率，导致材料发生非均匀塑性变形。这种变形是不可逆的，因此可以在金属板料表面形成各种形状和结构的物体。
在激光喷丸成形过程中，金属板料的变形受到多种因素的影响，如激光功率、脉冲宽度、脉冲次数、冲击速度等。这些因素会影响到金属板料的变形程度、变形均匀性、残余应力等。因此，需要对这些因素进行深入研究，以优化工艺参数，提高成形质量。
二、金属板料激光喷丸成形数值模拟
金属板料激光喷丸成形的数值模拟是利用计算机软件对激光喷丸过程进行模拟，以预测材料的变形行为、应力分布、缺陷形成等。常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法、离散元法等。
有限元法是一种将连续体离散化为单元体的数值模拟方法。该方法能够准确地模拟材料的力学行为和非线性变形，因此在激光喷丸成形中得到了广泛应用。在有限元法中，常用的软件包括ANSYS、SolidWorks等。有限差分法是一种将区域离散化为网格的方法。该方法在处理激光喷丸成形问题时，具有计算速度快、内存占用少等优点。

2024年精冲市场分析现状

2024年精冲市场分析现状1. 引言精冲，又称喷射成形或注塑成形，是一种常见的金属加工工艺。

随着工艺技术的不断更新与发展，精冲在制造业中得到了广泛应用。

本文旨在对精冲市场的现状进行分析，以期为企业制定市场策略提供参考。

2. 市场规模分析精冲市场的规模在过去几年逐步扩大。

根据行业数据显示，全球精冲市场的年平均增长率约为X％。

其中，汽车行业、电子行业和工业制造业是精冲市场的主要需求方。

随着市场需求的增加，精冲行业的市场规模有望继续增长。

3. 竞争对手分析在全球范围内，精冲行业的竞争激烈。

许多知名的企业进入该市场，如ABC公司、XYZ公司等。

这些企业拥有先进的技术和先进的生产设备，能够提供高质量的精冲产品。

此外，这些竞争对手还注重创新和研发，不断推出具有竞争力的新产品。

4. 市场趋势分析4.1 技术发展趋势随着科技的不断进步，精冲行业也面临一系列技术发展趋势。

其中，数控技术、自动化生产以及材料研究与创新是当前的主要趋势。

通过引入先进的数控技术和自动化生产设备，精冲行业可以提高生产效率和产品质量。

同时，材料研究与创新也能够为精冲行业带来更多的发展机遇。

4.2 市场需求趋势随着消费者对产品质量和外观的要求不断提高，精冲行业面临不断变化的市场需求。

市场需求趋势包括对更高精度和更好外观的需求，同时还要求更快的交货周期和更低的成本。

企业应根据市场需求的变化，及时调整产品设计和生产工艺，以满足客户的需求。

5. 市场挑战分析5.1 原材料价格波动原材料价格的波动对精冲行业造成了一定的市场挑战。

原材料价格的上涨会导致成本的增加，进而影响企业的盈利能力。

企业需要通过与供应商的合作关系和采购策略的优化，降低原材料成本，以应对市场挑战。

5.2 环境监管压力在全球环境保护意识的增强下，精冲行业面临着越来越严格的环境监管压力。

企业需要加大环保投入，改进生产工艺，减少环境污染，以满足政府对环境保护的要求。

这对企业来说是一项重要的市场挑战，也需要企业采取切实有效的措施来应对。

喷射成形工艺的理论研究进展

ｃｎｏｉａｉｎｏｏｌｉｎａｄｔｅｐｅｏｍｏｌｇｉｏｔｕｄｐｏｅｓｇｓｅｏｓｌｔｎｃｌｓｏｎｈｒｆｒｃｏｉｎｃｎｉｅｒｃｓｉｔｐ．Ｔｈｅｓｑｅｔｌｓａｅｏｔｏｎｄｏｉｎｎｎｓｅｅｕｎｉｔｇｃｎｒｌａｄａｓｃａｇｈｏｉｉｃｔｎｃｎｉｏｓｏｈｌａｄｄｔｒｉｅｔｅｓｒｙｆｒｄｐｅｏ ’ ｃｏｔｕｔｒ．ＮｅｒｎｔｈｎｅｔｅｓｌｆａｉｏｄｔｎｆｅｍｅｔｎｅｅｎｈｐａｏｍｅｒｆｒＳｍｉｓｒｃｕｅｄｉｏｉｔｍｍｒａ — ｅ— ｓａｅｍａｕａｔｒｇｉａｏｈｒｃａａｔｒｔｆｔｅｓｒｙｆｒｉｇｈｐｎｆｃｕｉｎｔｅｈｒｃｅｓｉｏｈｐａｏｎｓｉｃｍｎ．Ｔｈｒｆｒ ’ ｈｐｅｅｄｎｔｅｓｒｃｕｅｅｐｅｏｍＳｓａｅｄｐｎｓｏｈｔｕｔｒ
ｐｅｏｍｓａｅｉｆｕｎｅｂｎｙｆｃｏｒ．Ｈｏｅｅｒｆｒｒｎｅｃｄｙｍａａｔｓｌｗｖｒ，ｔｆｅｔｈｅｐｏｅｓｎｇｐｒｍｅｅｓｈｖｏｅｎｄｅｈｅｅｆｃｓｏｆｔｒｃｉａａｔｒａｅｎｔｂｅｍａｓ
冷却等阶段，到特殊的锭坯组织的成形过程。沉积锭坯组织是上述四个阶段金属熔体凝固的综合结果。近得 ’ 终形成形是喷射成形技术的另一特点，嘴形式、嘴数量、积器的形状与运动方式影响和决定沉积锭坯的喷喷沉外形。材料的凝固与成形受众多因素影响，多工艺参数的作用规律尚不明确，此喷射成形过程的模拟研很因究十分必要。笔者介绍了目前喷射成形工艺中所涉及的理论问题与相关模型。关键词：喷射成形；值模型；固过程数凝

喷射成形工艺的发展现状及其对先进铝合金产业的影响_张豪

喷射成形工艺的发展现状及其对先进铝合金产业的影响张　豪1,2,张　捷2,杨　杰2,杨永平2,张　荻1,曾苏民3(1.上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室,上海　200030;2.张家港华通喷射成形有限公司,江苏　张家港　215625;3.西南铝业(集团)有限责任公司,重庆　九龙坡　401326)摘要:对喷射成形技术的发展现状及其对先进铝合金产业结构的影响作了综述和分析。

认为喷射成形工艺是一种新型的快速凝固近形材料制备方法,其产品具有组织精细、合金含量高、力学性能优越、生产效率高、产品规格大的优点,填补了传统铸造和粉末冶金工艺的产品空白,将对铝合金性能升级和产业结构产生深远影响,推动我国先进铝合金产业的发展。

关键词:喷射成形;铝合金;粉末冶金;治金工艺中图分类号:TG113.1 文献标识码:A 文章编号:1005-4898(2005)04-0001-06Current Development Situation of Spray Forming Process and Its Influence on Advanced Aluminum Alloy IndustryZHANG Hao 1,2,ZHANG Jie 2,YANG Jie 2,YANG Yong -ping 2,ZHANG Di 1,ZENG Su -min 3(1.State Key Laboratory of Metal Matrix Composites ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030;2.Zhangjiagang Huatong Spra y For ming Co .Ltd .,Jiangsu 215625;3.Southwest Aluminum (Group )Co .Ltd .,Chongqing 401326,China )Abstract :The current develop ment situation of spray forming process and its influence on advanced aluminum alloy industril struc -ture are described and analyzed .It is known that spary forming process is a novel rapid solidification technology for metal produc -tion .The advantages of the products made by this process include fine microstructure ,high alloy content ,excellent mechanical properties ,high productivity and large scale product .The process has been filling a vacancy in conventional casting and p ower metallurgical processes .Key words :spray forming ;alu minum alloy ;powder metallurgy ;metallurgical process收稿日期:2005-06-03作者简介:张豪(1970-),江苏镇江人,上海交通大学材料学院博士后,韩国国家科学技术研究院(KIST )高级访问学者。

喷射成形技术制备钢铁材料的研究进展

ｒｔｏｈｓｒｔｎｉｐａ－ｏｍｅ３ｔｏｔｅ￣］ａｅｎｐａｅｆｍａｉｓｒｙｆｒｄＨ１ｏｌｅｌＪ．ｏｏｎｓ
ＭａｅｃＥｎ，０８，７５ｔｒＳｉｇＡ２０４７：０１ＺａｇＹｏｇＡｎｌｓｓｏｗｉ－ｏｚｅｓａｎｎｐａｏｍｉｇｈｎｎ．ａｙｉｆｔｎｎｚｌ－ｃｎｉｇｓｒｙｆｒｎ５
ｔｒｎｃａｉａｒｐｒｉｓｏｐａｏｍｅｌａｉｈｕｅａｄｍｅｈｎｃｌｐｏｅｔｆｓｒｙｆｒｄｕｔｈｇ－ｅｒ
业不可缺少的重要软磁合金，是产量最大的金属功能材也料。在硅含量约为６５时，钢的磁性能达到最佳，而随．硅然着硅含量的增加，料塑性下降，以市场上出售的商业硅材所
温时就会有裂纹产生［２。有学者成功地采用Ａｒ喷射成形法制备了厚０５．ｍｍ的Ｆ一Ｓ一．Ａｌ厚０６ｍｍ的Ｆ一ｅ３ｉ５３和．０ｅ
ｆｒｎｉｐｅｔｅｐｏｅｔｓａｄｐｏｅｓｇＪ．Ｍａｏｍｉｇｈｇｓｅｄｓｅｌｒｐｒｅｎｒｃｓｉ［］ｈ－ｉｎ —
ｓｏｓｆｃｎｅｔｏａｌｒｃｓｅｎｐａｏｅｉｈｐｎｅｏｏｖｎｉｎｌｐｏｅｓｄａｄｓｒｙｆｒｄｈｇｙｍ
３结束语
喷射成形具有传统铸造及粉末冶金等工艺无法比拟的优点，在钢铁材料的研究也日益广泛和深入，且在欧美等并发达国家已经获得实际应用。相信随着研究的继续深入，喷

黏结剂喷射成形技术研究进展

黏结剂喷射成形技术研究进展
杨紫涵;苏捷;刘咏
【期刊名称】《中国有色金属学报》
【年(卷),期】2024(34)4
【摘要】黏结剂喷射成形是一种基于粉末床的增材制造技术,通过液态黏结剂的沉积以选择性地连接粉末颗粒,实现近净成形,最后通过烧结进行固结。

该技术因为工艺简单、材料适应性广、成形效率高、批量化生产潜力大而受到关注。

本文对黏结剂喷射成形的工艺流程进行了概述,总结了影响黏结剂喷射成形过程的因素。

粉末特性、铺粉方式、黏结剂种类及其与粉床的相互作用是控制生坯密度、尺寸精度的关键。

烧结及熔渗是主要的后处理方式,借助助烧剂、分步烧结工艺、超固相线液相烧结等方式可实现更高程度的致密化。

黏结剂喷射成形已在铸造、医疗器械、3C行业等得到了广泛的应用,通过进一步优化黏结剂体系、全流程自动化设备和提升致密化及后处理技术可推动黏结剂喷射成形技术的大规模产业化。

【总页数】26页(P1329-1354)
【作者】杨紫涵;苏捷;刘咏
【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG669
【相关文献】
1.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)——喷射成形技术的原理、特点及发展现状
2.喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研究进展(二)——喷射成形钢铁材料的研究进展
3.喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研究进展(三)——喷射成形钢铁材料在特钢等领域的研发
4.喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研究进展(四)——喷射成形钢铁材料的工业化生产及展望
5.基于黏结剂喷射的木质材料增材制造技术研究进展
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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。

喷射成形

已采用喷射成形工艺成功制备：
（1）铝合金、铜合金、合金钢、不锈钢、高温合金和复合材料；（2）圆锭、管材、板材、带材、环形件等；（3）大尺寸、高性能的产品
4
South China University of Technology
College of Mechanical Engineering
2.2 喷射成形的基本原理和特点
A high-pressure diecast engine block with spray formed Al-Si cylinder liners (Daimler-Benz)
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South China University of Technology
College of Mechanical Engineering
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South China University of Technology
College of Mechanical Engineering
过共晶Al-Si合金
(a) Spray formed
(b) Cast
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South China University of Technology
College of Mechanical Engineering
喷射成形技术的优势与不足
主要优势和特点： (1)致密度高；(2)成形后合金的氧含量低；(3)具有快速凝固的显微组织特征；(4)材料性能优异且易加工成形；(5)工艺流程短，成本低；(6)节约能源；(7)生产效率高；(8)灵活的柔性制造系统；(9)近终形成形。主要不足之处： 1）存在“过喷”现象，增加了成本，降低了沉积效率。 2）产品的形状和尺寸受到一定限制。 3）综合理论研究深度不够，难以有效指导实际应用。

喷射成形技术国内外发展与应用概况

··喷射成形（Spray Forming ）技术是一种新的金属成形工艺，又可称为喷射沉积（Spray Deposition ）、喷射铸造（Spray Casting ）及液体动态压实（Liquid Dynamics Compaction ）等[1]。

它是20世纪70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新的先进材料制备与成形技术。

本文介绍喷射成形技术的发展历程、喷射成形合金材料的研究、喷射成形技术的工艺改进、产业化发展现状，并对喷射成形技术的发展趋势进行了展望。

1喷射成形技术国内外的发展简况1.1喷射成形技术及其发展历程喷射成形的概念最早由英国Swansea 大学Singer 教授于1968年提出[2]，并于1972年获得专利。

作为工程技术则是从1974年英国Osprey Metals 公司取得专利权开始，该公司成功地将Singer 提出喷射沉积成形应用于锻造毛坯的生产，发明了著名的Osprey 工艺。

在此期间，Singer 教授的学生Brooks 等人对Osprey 工艺作大量研究，设计制造了多种Osprey 成套设备，并致力于成形工艺和扩大实用范围的研究，先后在Al-Cu 、高合金铸铁、工具钢、高温合金中得到良好效果，取得多项专利，使喷射成形技术获得了迅速发展[3]。

美国加州理工学院欧文分校的vernia 教授对喷射成形铝合金、镁合金、反应喷射沉积金属基复合材料、喷射沉积过程的基础（如雾化液滴沉积过程的临界条件）和喷射沉积过程中等轴晶粒的形成机制等方面均进行了卓有成效的研究[4]。

总体来看，喷射成形技术经历了适用合金系统的实验研究（1975—1984年）、工艺优化和雾化沉积机理的研究（1984—1992年）、雾化技术规模的扩大与产业化（1992—1998年）等自身发展和重大改进的历程。

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。

喷射成形技术的发展概况及展望

2004年1月第27卷第1期重庆大学学报Journal of Chongqing UniversityJan.2004V ol.27　N o.1 文章编号:1000-582X(2004)01-0101-06喷射成形技术的发展概况及展望Ξ王文明1,潘复生1,Lu Y un2,曾苏民3(1.重庆大学材料科学与工程学院,重庆400030;2.Faculty of Engineering,Chiba University,Chiba Japan;3.西南铝业(集团)有限公司,重庆401326)摘　要:喷射成形工艺流程短、成本低、沉积效率高、制造系统灵活柔性,是一种极富有发展前景的近终形成形快速凝固技术。

介绍了喷射成形技术的发展历程;叙述了喷射成形在铝合金、钢铁材料、镁合金、铜合金、高温合金、金属基复合材料的研究与应用情况;阐述了多层喷射成形技术和原位反应雾化喷射沉积成形技术,对喷射成形技术进行了评价和展望。

关键词:喷射成形;快速凝固;评价;展望中图分类号:T B333文献标识码:A1　喷射成形技术产生的背景现代工业中,金属材料作为结构材料的主体,用量大,应用范围广,在国民经济中发挥着极其重要的作用。

随着科学技术的日新月异和现代航空、航天、汽车、电子工业的迅速发展以及各国军事装备的竞赛,迫切需要高性能金属材料的制备技术。

传统制备技术难以满足客观形势的要求,而且材料的使用环境越来越苛刻。

快速凝固技术是近几十年来冶金材料领域中凝固技术的一项重要技术进展,由于该技术具有很高的冷却速率(≥103～106K/s)和大过冷度下高的界面生长速率(≥1～100cm/s)的凝固特性,能使材料的微观组织均匀细化,消除成分宏观偏析,抑制微观偏析生成,形成亚稳结构,减少脆性相,从而表现出一系列特殊优异的使用性能。

可以说它的出现和发展直接促进了新一代金属玻璃、微晶和纳米晶合金的形成[1-10]。

在世界各国研究者的不懈努力下,快速凝固方法层出不穷。

飞机制造中的喷丸成形技术及未来发展与思考

飞机制造中的喷丸成形技术及未来发展与思考2005年4月27日，载客量最多（可达800余人）的空客A380飞机一飞冲天首飞成功，人类民航客机历史上新一代空中巨无霸横空出世，至此自1969年2月9日以来，雄踞该宝座30余年的波音747 飞机，只能退居第二。

无论空客A380还是波音747，在9万飞行小时寿命周期内安全可靠地飞行，必须借助一对巨大机翼产生足够的升力。

机翼是飞机制造中最复杂、最困难、最关键的部件，机翼上最重要的零件之一是与飞机外翼几乎等长的机翼整体壁板。

飞机机翼整体壁板，是一种能够有效提高飞机性能的重要承力构件，是衡量飞机先进程度的一个重要标志。

30余年来，波音747 和空客A380飞机的大型机翼整体壁板成形不约而同地先后选用了喷丸成形工艺。

喷丸成形喷丸成形是一种借助高速弹丸流撞击金属构件表面，使构件产生变形的金属成形方法，喷丸成形是一种无模成形工艺，是大中型飞机金属机翼整体壁板首选的成形方法，其原理如图1所示。

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（见图2）和双面喷丸成形（见图3），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（见图4）和预应力喷丸成形（见图5），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。

喷丸成形工艺优点显著：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等。

自20世纪中叶以来，喷丸成形工艺被广泛应用于飞机尤其是运输机金属机翼整体壁板的成形，包括当前正在营运的所有空客客机系列飞机、波音客机系列飞机、庞巴迪客机等。

目前，国内飞豹、枭龙、歼10、ARJ21等飞机机翼整体壁板也采用了喷丸成形工艺。

因此，喷丸成形技术是大中型运输机金属机翼制造领域不可或缺的重大关键技术之一。

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《喷射成形技术的研究现状与展望》
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班级：材加11-A2
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喷射成形技术的研究现状与展望
摘要：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。

介绍了喷射成形技术的原理、特点、工艺改进及在不同材料中的研究及应用情况，综合评述了喷射成形技术在国内外的产业化现状，探讨了喷射成形技术的几个重要应用发展方向。

关键词：喷射成形；快速凝固；技术；前景
喷射成形技术是把金属熔融、液态金属雾化、快速凝固、喷射沉积成形集成在一个冶金操作流程中制成金属材料产品的新工艺技术，对发展新材料、改革传统工艺、提升材料性能、节约能耗、减少环境污染都具有重大作用。

由于快速凝固的作用，所获金属材料成分均匀、组织细化、无宏观偏析，且含氧量低。

与传统的铸一锻工艺和粉末冶金工艺相比较，它流程短、工序简化、沉积效率高，不仅是一种先进的制取坯料技术，还正在发展成为直接制造金属零件的制程。

现已成为世界新材料开发与应用的一个热点。

一、喷射成形技术的发展历程
喷射成形的概念最早由英国Swansea大学Singer教授于1968年提出，并于1972年获得专利。

作为工程技术则是从1974年英国Osprey Metals公司取得专利权开始，该公司成功地将Singer提出喷射沉积成形应用于锻造毛坯的生产，发明了著名的Osprey工艺。

总体来看，喷射成形技术经历了适用合金系统的实验研究(1975～1984年)、工艺优化和雾化沉积机理的研究(1984～1992年)、雾化技术规模的扩大与产业化(1992～1998年)等自身发展和重大改进的历程。

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。

二、喷射成形在金属材料加工中的应用
金属喷射成形是一种新型的快速凝固技术，它有一些优点，如（1）坯料成分均匀，组织细化。

加工中可消除坯件中合金成分的宏观偏析，抑制了显微偏析及偏析相的产生。

晶粒为均匀细小的等轴晶，其晶粒大小一般在10~100nm之间。

（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，成本低等。

凭借着这些优点它的应用也十分广泛。

比如应用在钢材上，如高速钢材料及其制品、轧辊上。

应用在高温合金上，应用在铝合金上，应用在层状金属复合材料上等。

此处着重介绍其在铝合金中的应用。

铝合金作为金属材料中最典型的轻质结构材料，具有密度低、易加工、成本低等优点，在航空航天、交通运输及兵器工业等行业中占据重要地位。

如果利用传统铸造工艺制备铝合金存在很多问题。

而应用喷射成形工艺可方便地生产铝合金，且其生产出来地制件具有综合性能高和成本低等优点。

目前，运用喷射成形工艺已可生产各种不同成分的铝合金，包括超高强铝合金、高比强度和高比模量铝合金、高硅铝合金、低膨胀和耐磨铝合金、耐热铝合金、颗粒增强铝基复合材料等。

如喷射成形出来的AI—Zn-Mg—Cu系合金，它属于超强铝合金，它具有强度高、密度小、加工性能良好等优点，目前已在飞机机身、机翼梁、机舱壁板、火箭高强度结构件、高速列车挂钩等领域获得广泛应用。

如果运用铸造工艺生产A1一Zn-Mg-Cu系合金时材料的晶粒粗大。

有明显的宏观偏析，合金有很高的应力腐蚀敏感性并且无法普及应用。

而喷射成形技术的发展和逐步成熟使得生产制备各种实用化的Al—Zn—Mg-Cu系超高强铝合金材料及产品变为现实。

运用喷射成形技术制备高Zn含量铝合金时。

由于合金中的晶粒被显著细化．各种宏观和微观偏析受到抑制。

因此可有效控制沉积坯件凝固过程中内部产生热裂的倾向，同时凝固速度加快使沉积坯件中各种合金元素的过饱和度增大，后续热处理过程中各种沉淀相的析出更加充分，从而有利于使材料获得更好的力学性能(如强度、塑性等)。

运用喷射成形技术制备的铝合金材料晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、致密度高、氧化程度小、接近成品零件几何形状，且喷射成形工艺具有流程短、成本低、沉积效率高等优点。

目前，在工业发达国家喷射成形铝合金已成功地应用于汽车、竞技体育、航空航天等领域。

国内的科研院所和有关企业也正致力于该技术及产品的开发，不久也将步入产业化。

三、喷射成形技术的发展趋势
目前金属喷射成形技术已逐步应用于高性能材料的研究和开发中，并已由实验室研究阶段迈向工业应用阶段。

在世界范围内，已有几十条Osprey生产线，其产品涉及管、环、板材、棒材等形状。

综观世界各国的研究发展热潮，今后的重点研究方向将为：
（1）喷射成形过程的精确控制。

金属喷射成形过程是一个众多参数共同作用的复杂过程。

研究发现，金属喷射成形的可控参数有近l0个，而过程参数就更多，而且各参数之间相互制约，相互影响，给工艺参数的选择和优化带来一定的困难，因此如何优化工艺、精确控制成形过程是该技术必须解决的问题之一。

（2）扩大工艺的适用性。

金属喷射成形不仅适用于现有的多种合金，如铝合金和高温合金等，而且给新型材料，如金属间化合物和复合材料的研制，提供了新的技术手段。

但目前要想得到形状比较复杂的零件，就必须将大块坯料进行成形加工，因此通过控制工艺、改进雾化沉积装置，将使直接制造各种复杂形状的近终型产品成为可能。

四、总结
喷射成形技术将液体金属的雾化（快速凝固）与雾化熔滴的沉积（动态致密固化）自然结合，以一步冶金操作方式用最少工序直接从液态金属制取具有快速凝固组织特征的大块高性能材料（坯料），解决了传统工艺生产的成分偏析、组织粗大、热加工困难等难题。

经过30多年的发展，喷射成形技术作为一种先进的金属成形工艺在世界范围内得到认可，已成为21世纪冶金领域三大前沿技术（熔融还原、近终形加工和半固态加工技术）之一。

可以预见，随着人们对其机制和工艺的不断深入研究，对其设备不断完善，该技术与合金熔炼技术和后续致密化工艺结合，必将成为高性能材料的重要生产方式之一。

世界工业发达国家的喷射成形技术已进入商业化应用阶段，取得了显著的技术效果和可观的经济效益，成为高新技术的支柱产业。

在我国，喷射成形技术仍处于基础研究阶段，其应用的潜力和前景十分广阔。

参考文献：
[1]王建强.喷射成形技术的研究发展及展望[J].世界科技研究与发展,2001,22(1):62-65.
[2]张永昌.金属喷射成形的进展[J].粉末冶金工业,2001,11(6):17-22.
[3]张济山,陈国良.雾化喷射沉积成形材料制备技术的新进展[J].北京科技大学
学报,1997,19(1):15-21.
[4]孙剑飞,沈军,贾均,等.喷射成形——一种先进的金属热成形技术[J].材料开发与应用,1999,14(2):42-45.
[5]米国发,田世藩,曾松岩,等.雾化喷射沉积技术的发展概况及展望[J].材料科学与工程,1996,14(4):8-13。