喷射沉积技术在高温合金和硅铝合金中的应用
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。
喷射沉积铝合金材料研究现状与发展趋势_马力
图1Osprey 喷射沉积制备盘或棒示意图Fig.1Scheme of Osprey spray -forming machine formanufacturing disc and bar在线参数喷嘴直径雾化气体类型雾化器结构沉积器几何结构雾化沉积沉积器预设参数喷射熔融金属1熔融金属过热度2金属流量3气体压强4射流运动状态5喷射高度6沉积器运动状态喷射沉积技术作为快速凝固技术领域的一个新的发展方向，迄今已经有近30多年的历史。
其研究起因是为了解决快速凝固—粉末冶金（RS/PM ）工艺中存在的种种问题，如无法制备大型的构件，以及粉末冶金工艺固有的材料含氧高、成本高的缺点。
喷射沉积技术概念最初由英国Swansea 大学的A ·Singer 教授于1968年最先提出喷射雾化轧制工艺，即把熔融的金属雾化喷射到一旋转沉积辊上，并直接将沉积坯料旋转到轧机加工成板材［1］。
随后，Swansea 大学的研究者成立Osprey 金属公司，致力于把喷射沉积技术商用化，与英国Oxford 大学、Swansea 大学合作进行喷射沉积机理方面的研究，主要研究雾化与凝固数学模型［2］，并以此理论模型结合Singer 教授的雾化器技术，最终提出Osprey TM 工艺。
该工艺是将熔融金属流利用高压惰性气体以103~105K 的冷却速度，雾化成半固/半液的糊状物沉积在一旋转的盘或管上，制成棒状、管状坯料［3］（见图1）。
与Osprey 工艺相对应，美国麻省理工学院的Grant 教授，采用拉乌尔喷嘴结构，把高压雾化气体加速到超音速，使得雾化液滴更细小。
该工艺称为超声气体雾化和液态动压实工艺（USGA-LDC 工艺）［4］，但该工艺的商业普及远不及Osprey 工艺。
1研究现状喷射沉积作为一项材料制备的新工艺，其技术研究方向目前基本分为3类，其一为工艺研究，主要通过数学分析方法进行喷射沉积过程中的传热、传质过程研究，对雾化、沉积等工艺过程提出数理模型，指导喷射沉积工艺技术的改进，为基础研究工作。
喷射成形高温合金的研究与应用
温合金成分均 匀、 宏观 偏析 、 无 晶粒 细小、 气体 夹杂含量低 ， 力学性能与粉末合金相 当， 高于变形合金 ， 冷热加工性 能明 显改善 ， 成本 较低 。喷 射 成 形 高 温合 金 技 术 通 过 ２ 多年 的发 展 取 得 了较 大 的 进 步 ， 且 ０ 包括 纯 洁金 属 喷 射 成 形 （ ＭＳ ） Ｃ Ｆ 和纯洁金属成核铸造 （ ＭＮ ） Ｃ Ｃ 。喷射 成形 高温合金 的应 用主要 是管件 、 形件和 盘件 。最后 对喷射 成形 涡 环 轮盘材料 Ｆ ＧＨ９ 织作 了初 步的研 究。 ６组
ｇ ｅ ｓｈ ｓｂ ｅ ａ ｅｉ ｈ ｐ ａ ｏ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｌｄｎ ｌａ ｔｌｓ ｒ ｙｆｒ ｉｇ（ ｒｓ ａ ｅ ｎｍ ｄ ｎｔ ｅｓ ｒｙ ｆｒ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙｉｃｕ ｉｇｃｅ ｎｍｅａ ｐ ａ ｏ ｎ ＣＭＳＦ ｎ ｌａ ｔｌ ｕ ｍ ｍ ）ａ ｄｃｅｎ ｍｅａ — ｎ ｃｅ ｔｄｃ ｓｉｇ （ ｌａ ｅ ａ ｔ ｎ ＣＭ ＮＣ） ．Ｔｈ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｆｓ ｒｙ ｆｒ ｅ ｕ ｅ ａｌｙ ｒ ｉｌ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｂ ｓ ｉｇ ｎ ｉｃ ． ｅａ ｐｉ ｔｏ ｓｏ ｐ ａ ｏ ｃ ｍ ｄｓ ｐ ｒ ｌ ｓａｅ ｍａｎ ｙ ｆｃ ｓ ｄ ｏ ｕ ｅ ，ｒ ｓａ ｄ ｄｓｓ ｏ ｎ
２ Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ａｅ ｉｌ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｃ ｏ ｌ ｔｒａｓＳ ｅ ｃ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｓ ａ ｇ ａ ｉｏ ｏ ｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０ ｏ ｃ ｈ ｎ ｈ ｉ ａ ｔ ｎ ｉｅ ｓｔ Ｊ ｙ ｈｎｈｉ ０３） ２ Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ Ｓ ｒｙ ｆｒ ｉｇｉ ｉｄｏ ｅ ｒｎ ｔｓ ａ ｅｒｐｄ ｓ ｌ ｉｃ ｔ ｎｔｃ ｎ ｌｇ ．Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒｔｅｒ ｓａ ｃ ｐ ａ ｏ ｍ ｎ ａｋｎ ｆ ａ－ ｅ ｈ ｐ ａ ｉ ｏ ｉ ｆ ａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ｈ ｅｅ ｒｈ ｓ ｎ ｄｉ ｏ
金属喷射成形技术
金属喷射成形技术1. 简介金属喷射成形技术是一种先进的制造工艺，通过高速气流将金属粉末喷射到工件表面，利用热源将金属粉末熔化并与工件表面结合，从而实现零件的制造和修复。
这项技术广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗等领域。
2. 工艺过程金属喷射成形技术主要包括以下几个步骤：步骤一：准备工作在进行金属喷射成形之前，需要对工件进行清洁和预处理。
清洁可以去除表面的污垢和氧化物，提高附着力。
预处理可以提高金属粉末的润湿性和流动性。
步骤二：喷射装置设置喷射装置是实现金属粉末喷射的关键设备。
它通常由气源、加热源、控制系统和喷嘴组成。
气源提供高速气流，加热源提供热能使金属粉末熔化，控制系统用于调节气流速度和温度，喷嘴用于将金属粉末喷射到工件表面。
步骤三：金属粉末喷射在喷射过程中，金属粉末通过喷嘴被高速气流带到工件表面。
加热源提供的热能使金属粉末熔化，并与工件表面结合。
这一过程需要控制气流速度、温度和喷射角度，以确保金属粉末能够均匀地覆盖整个工件表面，并且与工件表面结合牢固。
步骤四：冷却和后处理在金属粉末与工件表面结合后，需要进行冷却和后处理。
冷却可以使金属快速固化，增加材料的硬度和耐磨性。
后处理包括清洁、修整、抛光等步骤，以提高零件的质量和外观。
3. 优点和应用领域金属喷射成形技术具有以下优点：•高效：喷射速度快、生产周期短。
•精密：可以制造复杂形状的零件，精度高。
•节约材料：金属粉末利用率高，浪费少。
•可修复性：可以修复损坏的零件，延长使用寿命。
金属喷射成形技术广泛应用于以下领域：航空航天金属喷射成形技术可以制造航空发动机叶片、涡轮盘等关键零件。
这些零件通常需要具备高温、高压和高速的性能要求，金属喷射成形技术能够满足这些要求，并提供更好的性能和可靠性。
汽车制造金属喷射成形技术可以制造汽车发动机缸体、曲轴箱、排气管等零件。
这些零件通常需要具备轻量化、耐磨、耐腐蚀等特点，金属喷射成形技术能够满足这些要求，并提供更好的燃烧效率和可靠性。
喷射沉积高硅铝合金
（4）
ρm——合金液的密度； Hm——结晶潜热；TE、Tg、TN——分别是共晶温度、气体温度和 形核温度；fs——已结晶出的固相分数；L0——飞行距离；Uave——雾滴的平均速度；CL、 CS——分别为固/液混合体、液相和固相的比热；h——结晶潜热。
2021/10/10
2）沉积阶段不同状态的雾滴的行为
2）冷却速度对过共晶铝硅合金凝固组织的影响
随着冷却速度的增加，初生硅相的尺寸减小，形状由长条状转变为多角状；当 冷却速度增大到一定程度（约101K/sec），凝固组织中出现了枝晶状α相。过共晶铝 硅合金的平衡凝固组织初生硅和（ α+Si）共晶体组成，共晶硅呈针状。
~0.5K/s
~1K/s
10K/s
图3.2 冷却速度对Al-30wt%Si合金凝固组织的影响
~10K/s
20(2a1)/1炉0/1冷0 试样；(b)保温砖型铸造试样; (c)和 (d)金属铸造试样的飞边（厚度约为0.2mm)
3.2 喷射沉积过共晶铝硅合金沉积态组织
1) 无典型的共品组织：沉积态组织由Si+α相组成，没有针状共晶硅，如图3.3所示
图3.5 喷射沉积Al-20wt%合金坯料靠近 沉积基板的组织
3.3 过喷粉末的凝固组织
2021/10/10
图3.6 不同粒径的过喷粉末的凝固组织 (a) 粒径约20 μm (b )粒径约50 μm (c)粒径约100 μm
实验发现过喷粉末的凝固组织显然不同于沉积坯料的沉积态组织，过喷粉末的 凝固组织由初生硅、（α+Si）共晶体和枝晶状α相组成，初生硅为的块状，共晶硅为 细小粒状，α相数量较多，且大都呈枝晶状，与金属型铸造试样的飞边的微观组织相 近，但组织更为细小。
随着过喷粉末粒径的 增大，其初生硅相的平均 尺寸加大，通过图象分析 测量不同粒径的过喷粉末
液态金属加工中的喷射沉积技术
液态金属加工中的喷射沉积技术是一种先进的制造技术，它通过将金属液态粒子精确地喷射到预设的位置，从而实现复杂形状和结构的制造。
这种技术具有许多优点，包括快速原型制造、微纳尺度制造和大规模生产等。
首先，喷射沉积技术使用一种特殊的喷嘴，可以将金属液态粒子精确地喷射到预设的位置。
这种喷嘴的设计和制造精度要求极高，需要经过精密的加工和校准。
同时，该技术还可以使用各种不同的金属材料，如镓、钠、铝等液态金属，具有广泛的适用性。
其次，这种技术可以实现高度复杂的形状和结构制造。
通过精确控制喷射粒子的速度、流量和方向，可以实现精确的层叠和堆积，从而制造出具有高精度和高复杂度的结构。
这种技术的优点在于可以制造出传统制造方法难以制造的复杂形状和结构，大大拓宽了制造领域。
另外，喷射沉积技术还具有生产效率高、成本低、环保等优点。
与传统制造方法相比，该技术不需要大量的模具和工具，减少了生产时间和成本。
同时，由于采用液态金属材料，减少了废气、废水和固体废弃物的排放，更加环保。
在应用方面，液态金属加工中的喷射沉积技术可以应用于许多领域，如医疗、电子、航空航天、汽车等。
在医疗领域，该技术可以制造出具有生物相容性和导电性的生物医学器件，如神经刺激器、心脏起搏器等。
在电子领域，该技术可以制造出微纳尺度的电子器件和电路，提高电子设备的性能和可靠性。
总之，液态金属加工中的喷射沉积技术是一种先进的制造技术，具有许多优点，包括高精度、高复杂度、高效率、环保等。
随着技术的不断发展和应用领域的不断拓宽，该技术将在未来的制造领域中发挥越来越重要的作用。
喷射沉积超高强铝基复合材料的组织及性能研究
喷射沉积超高强铝基复合材料的组织及性能研究
韩震;龚留奎;章国伟;杜喜旺;陈伟
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2024(53)4
【摘要】采用喷射沉积技术研制铝基SiC复合材料,通过调整喷射沉积参数(雾化压力、扫描频率)和同轴送粉设备参数,研制出SiC均匀分布的直径为φ255 mm、高度为500 mm的喷射沉积铝基复合材料坯锭。
微观组织结果表明,沉积坯锭晶粒均匀细小,无宏观偏析现象,晶粒平均尺寸为(17.3±4.7)μm,但部分晶粒之间存在微孔
缺陷。
SiC颗粒在基体中没有明显的富集,呈弥散分布,尺寸约5~20μm,且在SiC颗粒附近有微孔缺陷。
经挤压处理、双极固溶处理、峰时效处理后,合金的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、弹性模量分别为650 MPa、600 MPa、6%、85 GPa,并且组织致密无微孔。
【总页数】4页(P111-114)
【作者】韩震;龚留奎;章国伟;杜喜旺;陈伟
【作者单位】中国兵器科学研究院宁波分院;宁波表面工程研究院有限公司;宁波工
程学院机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB333.12
【相关文献】
1.颗粒粒径对喷射沉积制备SiC颗粒增强铝硅合金复合材料显微组织及拉伸性能的影响
2.喷射共沉积SiCp/2024铝基复合材料轧板的显微组织及力学性能
3.喷射沉积SiCp/Al基复合材料致密化及其显微组织与力学性能
4.雾化沉积SiC颗粒增强铝基复合材料组织性能研究
5.喷射沉积颗粒增强铝基复合材料显微组织调控与强韧化机制的研究现状
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喷射成形技术及其在钢铁材料上的应用
*上海宝钢集团 十五 重大项目资助(BG010102)颜飞:男,博士研究生,主要从事喷射成形材料的研究工作 T el:021 ******** 2219 E mail:yanfeisjt u@喷射成形技术及其在钢铁材料上的应用*颜 飞1,徐 洲1,史海生2,樊俊飞2(1 上海交通大学高温材料与高温测试开放实验室,上海200030;2 上海宝钢技术中心前沿所,上海201900) 摘要 喷射成形是近年来发展非常迅速的一种近终成形先进冶金工艺技术。
与传统铸造工艺及粉末冶金工艺相比,喷射成形设备、工艺简单,能生产偏析小、晶粒细、致密度高的材料。
喷射成形技术在铝基合金、铁基合金、高温合金、铜合金及复合材料等方面都得到了广泛的应用。
主要介绍该技术的原理及其在钢铁材料方面的应用情况,并讨论了它在钢铁领域的发展趋势,指出喷射成形工艺是一种有望替代粉末冶金工艺生产高合金钢材及一些特殊钢材的崭新工艺。
关键词 喷射成形 快速凝固 粉末冶金Spray Forming Technology and Its Application in Iron &S teel MaterialsYA N Fei 1,XU Zhou 1,SHI H aisheng 2,FAN Junfei 2(1 Key Labor ator y fo r H ig h T emper atur e M aterials and T ests of M inistry of Educatio n,Shang ha i Jiaoto ngU niversit y,Shanghai 200030;2 Shang hai Bao steel Research Institut e,Shang ha i 201900)Abstract Spray for ming is a new shape technolog y which develo ped r apidly in recent year pared w ithco nv ent ional casting and po wder metallurg y,equipments and technolog y of spray fo rming are more simple,and it can pr oduce the matarials w ith small seg reg atio n,fine g rain size,and hig h densit y.Spray form ing has been w idely used in aluminum ir on copper based alloy s,high temper atur e allo ys and metal composites.M echanism and application in ir on &steel mater ials ar e intro duced in this paper and its dev eloping tr end is also discussed.It is pointed o ut that spra y for ming is a new techno lo gy w hich may take the place of pow der meta llur gy to pro duce hig h alloy ed steels and some special st eels.Key words spray for ming,rapid so lidification,po wder metallurg y0 前言喷射成形(Spray F or ming)也称喷射铸造(Spray Casting )或雾化沉积(Spray Deposit ion),该工艺实际上是由雾化和沉积2个基本过程所组成。
喷射电沉积技术
喷射电沉积技术
喷射电沉积技术是一种制备金属基复合材料的方法。
它利用高速喷射的液流将金属离子和增强颗粒输送到基体上，通过电化学反应和物理沉积过程，实现金属基复合材料的制备。
该技术的优点在于可以控制增强颗粒的分布和含量，制备出具有优异性能的金属基复合材料。
同时，喷射电沉积技术还可以实现大规模生产，降低生产成本，提高生产效率。
在喷射电沉积技术中，液流的喷射速度、金属离子和增强颗粒的浓度、电化学反应的条件等因素都会影响复合材料的性能。
因此，为了制备出高质量的金属基复合材料，需要严格控制这些参数。
总之，喷射电沉积技术是一种制备金属基复合材料的有效方法，具有广阔的应用前景。
未来，随着技术的不断进步和应用领域的拓展，喷射电沉积技术将发挥更加重要的作用。
喷射沉积技术及应用
喷射沉积技术及应用关键信息项1、协议名称：喷射沉积技术及应用协议2、协议生效日期：＿___________________________3、协议有效期：＿___________________________4、技术提供方：＿___________________________5、技术应用方：＿___________________________6、技术应用领域：＿___________________________7、技术使用许可范围：＿___________________________8、技术使用费用及支付方式：＿___________________________9、技术保密条款：＿___________________________10、违约责任：＿___________________________11 协议背景喷射沉积技术作为一种先进的材料制备技术，在多个领域具有广泛的应用前景。
为了促进该技术的有效应用和推广，技术提供方与技术应用方经过友好协商，达成以下协议。
111 技术概述喷射沉积技术是一种将液态金属或合金雾化成细小液滴，并快速喷射沉积到基底上形成近终形材料的工艺。
该技术具有组织均匀、成分精确控制、制备效率高等优点。
112 技术优势1、能够制备高性能的金属基复合材料。
2、减少材料中的偏析和疏松等缺陷。
3、缩短工艺流程，降低生产成本。
12 技术提供方的权利和义务121 技术提供方应向技术应用方提供完整、准确的喷射沉积技术相关资料和技术指导。
122 保证所提供的技术具有合法性、有效性和稳定性。
123 协助技术应用方解决在技术应用过程中遇到的技术问题。
13 技术应用方的权利和义务131 技术应用方有权在协议约定的范围内使用喷射沉积技术。
132 按照技术提供方的要求，合理使用技术并遵守相关操作规程。
133 对技术提供方提供的技术资料和技术秘密进行保密。
14 技术应用领域141 航空航天领域，用于制造高性能的航空发动机部件和航天器结构件。
热处理对喷射沉积Al-27%Si合金显微组织及力学性能的影响
第 23 卷第 5 期中国有色金属学报 2013 年 5 月 V ol.23 No.5 The Chinese Journal of Nonferrous Metals May2013 文章编号：10040609(2013)05130708热处理对喷射沉积 Al27%Si 合金显微组织及力学性能的影响刘文水，王日初，彭超群，莫静贻，朱学卫，彭 健，马如龙(中南大学 材料科学与工程学院，长沙 410083)摘 要：采用喷射沉积和热挤压致密化相结合的方法制备 Al27%Si 合金，研究热处理对合金的组织及性能的影 响。
利用金相显微镜、扫描电镜和MTS858型疲劳试验机等手段对Al27%Si合金喷射沉积挤压态和热处理态的 显微组织和力学性能进行观察与测试。
结果表明：喷射沉积 Al27%Si 合金组织细小均匀，初晶 Si均匀弥散地分 布在连续 Al 基体中，无针状共晶硅存在；采用合理的热挤压致密化工艺可以显著消除材料中的孔隙，致密度达 到99.5%；热处理能够进一步改善材料的组织，但会降低材料的屈服强度。
关键词：喷射沉积；Al27%Si合金；热挤压；热处理；组织；屈服强度中图分类号：TG146 文献标志码：AEffects of heat treatments on microstructures andmechanical properties of spraydeposited Al27%Si alloyLIU Wenshui, W ANG Richu, PENG Chaoqun, MO Jingyi, ZHU Xuewei, PENG Jian,MA Rulong(School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: A kind of novel packaging material, Al27% alloy, was prepared by a method comprised of spray deposition and subsequent hot extrusion, then, the effects of heat treatments on the microstructures and mechanical properties of the alloy were studied. The microstructures and mechanical properties of hot extruded and heat treated Al27%Si alloy were investigated with optical microscope, scanning electronic microscope and MTS858 type fatigue testing machine. The experimental results show that the spraydeposited Al27%Si alloy after hot extrusion has fine, homogeneous microstructure with no needlelike eutectic Si but small primary Si particles uniformly dispersed in the Al matrix, besides an increase of size to some degree, even the following heat treatments make little difference to it. Appropriate hot extrusion process can eliminate the porosities remarkably, so as to improve the relative density of the alloy to 99.5%. The microstructures of Al27%Si experience further improvement after certain heat treatments, while the transformations of mechanical properties are opposite.Key words:spray deposition; Al27%Si alloy; hot extrusion; heat treatments; microstructures; yield strength随着现代电子技术的不断发展，半导体集成电路 芯片(IC)的集成度、频率、组装密度以及计算速度日 益提高,微型化、轻量化、高功率、高性能、低成本、 高稳定性已成为其发展趋势。
喷雾沉积快凝高硅铝合金中硅粒子细化的研究
喷雾沉积快凝高硅铝合金中硅粒子细化的研究
胡锐;刘振军
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】1999(018)002
【摘要】对用喷雾沉积法制取高硅铝合金进行了研究，发现用该方法制得的高硅铝合金的组织较铸态组织产生了明显的细化，其Ｓｉ粒子细化到１０μｍ以下。
本文从冶金学角度分析了这一现象，同时也对喷雾沉积过程中影响合金组织细化的主要工艺参数进行了研究。
【总页数】3页(P304-305,308)
【作者】胡锐;刘振军
【作者单位】西北工业大学;北京航空材料研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
【相关文献】
1.二次加热控制高硅铝合金中初生硅形态的研究 [J], 孙虎
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材料喷射技术主要用途和应用领域
材料喷射技术主要用途和应用领域
材料喷射技术是一种先进的制造工艺，它主要通过将材料加热到液态或气态，然后喷射到特定的表面上，形成涂层或结构。
这项技术在各个领域都有着广泛的应用，下面我们将详细介绍材料喷射技术的主要用途和应用领域。
首先，材料喷射技术在航空航天领域有着重要的应用。
航空航天领域对材料的要求非常高，需要具有轻量化、高强度和耐高温等特性。
材料喷射技术可以制备各种复杂形状的涂层和结构，用于增强飞机、火箭等航空器的性能和耐久性。
其次，材料喷射技术在汽车制造领域也有着重要的应用。
随着汽车工业的发展，对汽车零部件的要求也越来越高，需要具有耐磨、耐腐蚀、高强度等特性。
材料喷射技术可以制备各种不同材料的涂层，用于提高汽车零部件的使用寿命和性能。
此外，材料喷射技术在能源领域也有着重要的应用。
能源设备对材料的要求也非常严格，需要具有耐高温、耐腐蚀、高导热等特性。
材料喷射技术可以制备各种高温合金涂层，用于提高能源设备的使用寿命和效率。
另外，材料喷射技术在医疗器械领域也有着广泛的应用。
医疗器械对材料的要求也非常高，需要具有生物相容性、耐腐蚀、
无菌等特性。
材料喷射技术可以制备各种生物医用材料的涂层，用于提高医疗器械的安全性和可靠性。
总的来说，材料喷射技术在航空航天、汽车制造、能源和医疗器械等领域都有着重要的应用，可以为各行业提供高性能、高可靠性的材料解决方案。
随着科学技术的不断发展，相信材料喷射技术将会在更多领域得到广泛应用，并为人类社会的发展带来更多的创新和进步。
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喷射沉积技术在高温合金和硅铝合金中的应用
A pp licati on of Sp ray2fo r m ed T echno l ogy in H igh T e mperature A ll oys
and Silicon2alum inum A ll oys
河南信阳空军第一航空学院(464000) 徐先懂 宋述稳
【摘要】喷射沉积技术作为高性能结构件的一种先进制坯技术,应用愈来愈广泛。
介绍了喷射沉积技术的特点及其在高温合金和硅铝合金中的应用。
关键词 喷射沉积 P M工艺 R S P M工艺 可控膨胀合金
Keywords s p ray2fo r m ed,P M p rocess,R S P M p rocess,con trolled2expansi on all oy
喷射沉积技术作为高性能结构件的一种先进冶金制坯技术逐渐受到广泛的重视。
利用喷射沉积技术可以使合金零件的制造既快捷又经济。
如高质量镍基超强合金用于涡喷发动机生产,通过一步转换就能制成预成型的环类或壳类毛坯,大大缩短了制坯的生产周期,简化工艺过程。
喷射沉积技术
喷射沉积技术是在O s p ray技术的基础上增加真空熔化处理技术而形成的。
预处理的合金在坩埚中通过真空感应冶炼(V I M)后,通过漏斗状计量口流入O s p rey工艺装置,熔化的合金流经过2次高纯度的氩气雾化成很细的雾滴。
再将雾化后的金属熔滴直接喷射到金属基底,在基底上沉积形成半凝固沉积层,依靠金属基底的热传导使沉积层不断地凝固形成较致密的预制坯料。
通过更换不同形状的冷却机体而喷雾成形各种形状的预制坯(如圆盘、块坯、环形坯或管坯等),随后进行锻造。
合金沉积的形状和厚度通过芯棒的退回来控制。
其生产环类或壳类零件长达1.5m,直径达51.4m。
在合金熔化过程中,允许添加其他合金,不像常规制坯那样要进行严格地隔离。
一般情况下,氧含量<10ppm,氮含量< 60ppm。
喷射沉积技术制坯有如下特点:
1.该技术与传统的P M(粉末冶金)技术相比,简化了雾化和固化生产工艺,缩短了生产时间,生产成本降低20%～40%,同时也避免了杂质的介入。
2.喷雾沉积工艺过程是在真空、氩气和氮气环境中进行,该方法解决了合金R S P M工艺中粉末表面氧化的问题,减轻了原始颗粒界面(PPB)对合金性能的不利影响,显微组织均匀(没有宏观析出物)、致密、晶粒细,晶粒尺寸达A STM5～8,其制坯的孔积率为0.2%～2.0%。
3.用该项技术所制坯料的热加工性得以改善。
因为在合金雾化过程中,使合金化学成分的均匀性得到改善,晶粒得到细化。
其效果与V I M2VA R(真空感应熔化2真空电弧再熔化)或V I M2ESR(真空感应熔化2真空电火花再熔化)方法相比更加突出。
I N718和W as pal oy等合金采用喷射沉积+H IP (热等静压),喷射沉积+环形滚压或喷射沉积+ H IP+环形滚压的处理方法,在室温和650℃下,其抗拉强度可与传统锻造相当(性能比较见表1)。
表1 喷射沉积与传统制造工艺性能比较材料I N718U720W as pal oy
工艺
Ρ0.2
M Pa
Ρb
M Pa
∆
%
Ρ0.2
M Pa
Ρb
M Pa
∆
%
Ρ0.2
M Pa
Ρb
M Pa
∆
% 20℃
1
2
1150
1140
1350
1370
6
8
1100
～1250
1200
1150
～1650
1550
8
9
1120
1100
1330
1330
6.6
8 650℃
1
2
930
950
1060
1100
6.7
9.3
1080
1100
1360
1450
9
11
860
850
1180
1190
7
9注:1为铸锻工艺;2为喷射沉积工艺。
另一特点,如采用铸+锻工艺制坯的U720可以见到较大的原始碳化物,而采用喷射沉积制坯工艺就不明显。
这对于超强度材料在高温合金和硅铝合金中应用无疑起到促进作用。
4.用喷射沉积工艺制坯可以改善材料切削加工性。
对同样化学成分的U720材料分别采用铸+
图1 U720合金喷射沉积制坯与铸+锻制坯在机械加工中
切削速度和刀具耐用度比较
锻和喷射沉积+H IP两种制坯工艺,后者切削速度
・
7
3
・
《新技术新工艺》・材料与表面处理 2002年 第10期
提高35%,而刀具耐用度几乎是前者的2倍(如图1所示)。
喷射沉积制坯工艺为材料的后续加工提供可选择的机会。
对于静态零件,通过喷射沉积+H IP 处理可以直接加工成型;对于旋转类零件,可以采用环轧或锻造处理。
高温合金的应用
高温合金是发动机制造必需的材料,其制坯工艺受到工业界的普遍重视。
采用喷射沉积制坯,不但
能改善高温合金的显微结构和性能,还可以直接生产成最终形状或接近最终形状的产品,提高材料的利用率,降低产品的成本。
喷射沉积制坯高温合金的显微结构比熔铸材料均匀,特别是为改善强度和高温性能增加了溶质含量的合金,其性能如拉伸、蠕变抗力、应力断裂和低周疲劳性能改善尤为明显。
另一方面还解决了导致高温合金性能恶化的两种主要缺陷:气孔和夹杂。
合金的性能如图2、图3所示,其性能明显优于用传统工艺生产的高温合金M ar 2M 2200。
N i 2M o 2A l 合金的另一个重要特点是含有较少的稀有元素。
图2 两种合金在100h 、 图3 两种合金在982℃和 蠕变1%时的应力 207M Pa 下的蠕变变形
硅铝合金的应用
喷射沉积硅铝合金经镀金处理后用作电子电路
中微波放大器的模块。
无线电频率(R F )和微波的封装材料要求极其严格,如低的热膨胀系数(CT E )(与镓砷化合物和氧化铝相当或稍高),较高的热传导性
(>100W m ・K ),低密度(<3g c m 3
),具有一定的刚度(>100GPa )。
另外,还应便于加工、电镀和激光焊接以及不受环境温度变化等因素的影响。
从这些要求看,Si 2A l 合金是比较理想的材料。
其优点随Si 含量的提高表现得尤为突出。
但Si 含量过高,尤其是超过共晶点时会形成粗大针状或片状多角形Si 相,严重降低合金的力学性能。
采用喷射沉积技术,可显著改善合金的纤维组织,减少偏析,提高合金固溶度等,使合金性能得以大幅度提高。
利用该技术得到一种新的合金,叫做可控膨胀(CE )合金。
CE 合金的CT E 可随着Si 含量变化在A l 和Si 的CT E 之间(23.6～2.2ppm K )变化,如图4所示在20℃时CT E 随Si 含量的变化情况。
CE 合金在封装应用上
也表现出明显的优点,其重量比纯铝轻15%以上,强度超过高强铝合金。
CT E 随温度变化不明显,当温度变化从-50～300℃时,CT E 变化不超过10%,弹性模量大于110GPa ,密度小,刚度大,如Si 230A l (CE 7)是53GPa ・c m 3 g ,与Kovar (54Fe 229N i 217Co )的17GPa ・c m 3 g 和Cu 275W 的15GPa ・
c m 3
g 相比要高得多。
图4 喷射沉积Si 2A l 合金的热膨胀系数(CT E )
由于Si 2A l 合金中含有极硬的硅粒子,加以铝基体比较软,常规坯料在加工时很难保证加工精度和低的表面粗糙度及好的表面形状,并且刀具易磨损,加工高温铝合金就更不易了。
但采用O s p ray 工艺制坯的高硅(硅含量不大于70%)Si 2A l 合金,利用钛氮化物涂层硬质合金刀具可以顺利地进行机械加工,表面粗糙度R a ≤1.6Λm ,甚至还可以加工出棱边。
在钻孔时,若钻头上涂一层很薄(<10Λm )的复
晶金刚石(PCD )涂层,还可避免孔口的塌陷。
对非环形槽等可以采用电火花、激光等方便地加工出来。
结 语
利用喷射沉积工艺制坯,不但能改善合金的纤
维结构和性能,还能直接生产最终形状的产品,提高材料利用率,降低产品成本。
对于新材料的研制,新机型设计和零件加工工艺改进以及节约稀缺元素,特别是钴和铬等方面都有一定的指导意义。
参考文献
1.谢壮德等.快速凝固铝硅合金的制备、组织特征及断裂行
为.粉末冶金技术,2000
2.李月珠.快速凝固技术和材料.国防工业出版社,1993
3.Greg Butzer ,K i m Bow en .Sp ray for m ing airs pace all oy advanced m aterials &p rocesses ,1999
4.
D avid M .
Jacobs on .
Sp ray 2for m ed
silicon 2alum inum
advanced m aterials &p rocesses ,2000
责任编辑 韩方丁
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83・《新技术新工艺》・材料与表面处理 2002年 第10期。