喷射沉积技术
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。
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。
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。
多层喷射沉积技术
与当前国内外同类技术主要参数比较
环
传统 坩埚移动式 喷射沉积工艺 喷射沉积工艺
实 例
高硅铝合金复合材料 直径1200mm、壁厚200mm、高200m. 铝合金环件 直径3500mm、壁厚200mm、高250mm
未见生产环 坯 件报道
最大直径 3500mm
与当前国内外同类技术主要参数比较
板 坯
传统 坩埚移动式 喷射沉积工艺 喷射沉积工艺 未见生产 耐热铝合 金板坯报道 最大面积 4800cm2
壁厚最大 坯 50～80mm
壁厚最大 250mm
与当前国内外同类技术主要参数比较
锭
传统 坩埚移动式 喷射沉积工艺 喷射沉积工艺
实 例
耐热铝合金锭坯 直径∅500mm、高650mm。 7075和7075/SiCp铝基复合材料 直径∅750mm、高800mm。
最大直径 坯 ＜400mm
最大直径 800mm
实 例
耐热铝合金板材 长500mm、宽600mm、厚60mm.
与当前国内外同类技术主要参数比较
采用本技术研制出的铝基复合材料性能
6066Al/SiCp沉积坯挤压管材的室温力学性能： σb=465 MPa, σ0.2=422 MPa, δ=8.0%, E=82GPa。 7075Al/SiCp沉积坯挤压厚板(330×130×5000mm)的 室温力学性能： σb=703MPa, σ0.2=675MPa, δ=4.0%, E=101GPa 7075Al/SiCp板坯轧制薄板(1.2mm)的室温力学性能： σb=685MPa, σ0.2=650MPa, δ=4.0%, E=95GPa
7.高强铝合金炮管
8.铝基复合材料汽车制动盘
9.铝基复合材料大型吊装车制动盘
第10章 喷射沉积技术
AR，英国的Swansea和Birmingham大学，德
国的不莱梅学院，韩国的RISI，我国台湾的成
功大学等。
二、喷射沉积技术的基本原理
过热的合金液体在高 压惰性气体或机械力离 心雾化，形成微细的液 滴。液滴在飞行过程中 冷却、凝固，形成固液 两相颗粒喷射流，并直 接喷射到较冷的基底上， 产生撞击、粘结、凝固， 从而形成沉积物。
(3)液滴和外加反应剂粒子的固液反应
MO+X→XO+M 液滴与外加反应剂之间的液固反应体系的选择 可利用氧化物的Δ G°-T图，用氧化物比较稳定的金 属去还原与之比较相对不稳定的氧化物。如用CuO、 Fe2O3、SiO2等作为反应剂与Al反应生成Al2O3，并 与基体金属Al在Osprey工艺中发生共沉积。 在沉积过程中，由于金属液体被过热，金属液 体被高压气体充分雾化成细小液粒后，与反应剂发 生化学反应。
生产宽带材存在困难。可以采用多喷嘴解决，
但存在边界结合问题。
4.喷射锻造
喷射锻造也是 Osprey金属有限公司 早期发展起来的一种 喷射沉积工艺 。雾 化金属液滴喷射流直 接喷射进入模子中， 形成锻造毛坯。 模子通常是铜制 水冷的，也可用高温 陶瓷。
优点：
预成形坯内无连通孔隙，可在空气中锻造。
(3)目前国际上的技术水平
英国Osprey公司已经能够生产直径100～ 250mm的盘坯和150mm×1000mm的棒坯等。 德国的Mannesman Demag公司能够生产尺寸 约1000mm×2000mm×10mm的钢板。
德国的PEAK公司则能够生产直径为150～ 400mm，长度为700～1200mm，质量为35～ 400kg的Al-Si合金坯。
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。
喷射沉积法工作原理
喷射沉积法工作原理宝子们！今天咱们来唠唠喷射沉积法这个超有趣的东西的工作原理呀。
咱先想象一下，有一个神奇的小世界，这里面有各种材料，就像一群小伙伴等着被安排到合适的地方呢。
喷射沉积法呀，就像是一个超级有创意的导演，指挥着这些材料小伙伴。
在这个过程里呢，首先有原料。
这些原料就像是一个个小演员，它们被熔化了。
对呀，就像把一块冰变成水一样，不过这里是把固态的原料变成液态的啦。
这时候的液态原料可是充满了活力呢，它们在一个专门的容器里待着，就像演员在后台等待上场。
然后呢，有一股强大的力量，把这些液态的原料像发射小火箭一样喷射出去。
这个喷射的过程可酷啦，液态原料就像一道闪亮的小瀑布一样飞出去。
而且呀，在喷射的同时，还有气体在旁边帮忙呢。
这个气体就像是一阵小清风，不过这阵清风可厉害了，它能让喷射出去的液态原料分散得更均匀。
就好比你在吹泡泡的时候，轻轻吹气，泡泡就会均匀地散开一样。
当这些液态原料被喷射出去之后呢，它们就朝着一个特定的目标前进啦。
这个目标呢，可能是一个旋转的圆盘或者是其他形状的接收装置。
这就像小演员们朝着舞台上的特定位置跑去一样。
液态原料在飞向接收装置的过程中，会逐渐冷却下来。
这就像是小演员们从兴奋的状态慢慢冷静下来一样。
在到达接收装置的时候呀，液态原料就会在上面堆积起来。
这个堆积的过程可有意思了，就像你用沙子堆城堡一样，一层一层地堆积起来。
而且因为之前有气体的帮忙，让液态原料分散均匀，所以堆积起来的材料就会很均匀呢。
喷射沉积法还有一个很妙的地方，就是它能够制造出一些特殊的材料结构。
比如说，它可以让材料内部有一些细小的孔隙，就像小蜂窝一样。
这是因为在喷射和冷却的过程中，一些特殊的条件造成的。
这些孔隙有时候是很有用的呢，就像小蜂窝可以给小蜜蜂住一样，这些孔隙可以让材料在一些特殊的应用场景里表现得更好。
宝子们，喷射沉积法是不是超级有趣呀？它就像是一场材料的奇妙之旅，从原料的熔化，到喷射，再到在接收装置上堆积，每一个环节都像是一个小魔法。
喷射沉积技术简介课件
汽车
能源
喷射沉积技术可用于制备汽车领域中的高性能构件，如发动机零件、刹车系统零件等。
喷射沉积技术可用于制备能源领域中的高性能构件，如风力发电机叶片、核反应堆构件等。
03
02
01
喷射沉积技术的初步探索始于20世纪50年代，当时人们开始研究如何通过喷射方式制备金属材料。
初步探索
从20世纪80年代开始，喷射沉积技术得到了快速发展，其在航空航天、汽车、能源等领域的应用逐渐增多。
喷涂速度一般根据沉积设备的速度和熔融金属的性质来确定，以确保喷涂效果和质量。
喷涂速度的控制
喷涂距离的控制
03
CHAPTER
喷射沉积技术的优势与挑战
喷射沉积技术可以实现快速、高效的制造，尤其适用于生产大型或复杂的部件。
高效性
喷射沉积技术可以精确控制材料的使用，减少浪费，降低成本。
节约材料
喷射沉积技术可以用于生产各种材料，包括金属、非金属和复合材料等。
智能制造
喷射沉积技术将更加注重环保和可持续性，采用绿色材料和工艺，减少对环境的影响。
环保可持续
04
CHAPTER
喷射沉积技术的应用案例
汽车零部件的快速原型制造
汽车轻量化的实现
提高生产效率，降低制造成本
航空航天器零部件的快速原型制造
航空航天器轻量化的实现
高效、高精度制造复杂零部件
制造高效、高精度的电子元器件和复杂结构的电子设备。
电子电器领域
制造高效、高精度、高质量的医疗器械和组件。
医疗器械领域
制造高效、高精度、高质量的建筑模型和组件。
建筑领域
05
CHAPTER
喷射沉积技术的未来展望
市场需求持续增长
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。
喷射沉积快速凝固技术
喷射沉积快速凝固技术是一种新型的材料制备技术，它通过将材料加热至液态状态，然后将其喷射到基底表面，使其快速冷却固化，从而制备出具有优异性能的材料。
该技术具有制备速度快、成本低、材料性能优异等优点，因此在众多领域得到了广泛应用。
一、喷射沉积快速凝固技术的基本原理喷射沉积快速凝固技术是一种利用高能量密度热源将材料加热至液态，然后将其喷射到基底表面，使其快速冷却固化的材料制备技术。
该技术的基本原理是利用高能量密度热源将材料加热至液态，然后将其喷射到基底表面，使其快速冷却固化。
由于喷射速度非常快，材料在冷却过程中没有足够的时间进行晶体生长，因此能够制备出非常细小的晶粒结构，从而提高材料的强度和硬度。
二、喷射沉积快速凝固技术的优点1. 制备速度快：喷射沉积快速凝固技术能够在非常短的时间内将材料制备出来，因此能够大大提高生产效率。
2. 成本低：喷射沉积快速凝固技术不需要进行复杂的制备过程，因此能够大大降低制备成本。
3. 材料性能优异：由于喷射沉积快速凝固技术能够制备出非常细小的晶粒结构，因此能够提高材料的强度和硬度，从而使其具有更好的性能。
三、喷射沉积快速凝固技术的应用1. 金属制备：喷射沉积快速凝固技术能够制备出具有优异性能的金属材料，如高强度、高硬度的钢材等。
2. 薄膜制备：喷射沉积快速凝固技术能够制备出非常薄的薄膜材料，如透明导电膜等。
3. 磁性材料制备：喷射沉积快速凝固技术能够制备出具有优异磁性性能的材料，如磁性存储材料等。
四、喷射沉积快速凝固技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，喷射沉积快速凝固技术将会得到更广泛的应用。
未来，喷射沉积快速凝固技术将会在制备新型材料、改善材料性能等方面发挥更加重要的作用。
同时，随着技术的进一步发展，喷射沉积快速凝固技术将会不断完善，从而更好地满足人们的需求。
总之，喷射沉积快速凝固技术是一种非常重要的材料制备技术，它能够制备出具有优异性能的材料，具有制备速度快、成本低、材料性能优异等优点。
喷射沉积法工艺过程
喷射沉积法工艺过程嘿，你可知道喷射沉积法工艺过程那可是相当神奇啊！就好像是一场奇妙的魔法表演呢！先来说说这原材料吧，就像是魔术师手里的道具，得精心挑选。
把那些金属啊或者合金啥的准备好，这可是基础呢！然后呢，就到了关键的时刻啦！通过特殊的装置，把这些原材料加热熔化，变成滚烫的液态。
这就像是把各种魔法材料放进了坩埚里，准备炼制出神奇的东西。
接下来，这些熔化的金属液体会被高速喷射出来，就像烟花一样在空中绽放。
只不过这可不是为了好看，而是有着大用处呢！在喷射的过程中，它们会迅速冷却、凝固，形成细小的颗粒。
这就好比是魔法的瞬间转化，从液态一下子就变成了固态的小颗粒。
这些小颗粒在空中飞舞着，然后会沉积到一个特定的地方，一层一层地堆积起来，慢慢地形成我们想要的形状或者材料。
你想想看，这不就像是在搭建一个神奇的城堡吗？每一粒小颗粒都是城堡的一块砖，一点点地堆积出最终的成品。
而且啊，这个工艺过程还有很多奇妙之处呢！它可以让材料的性能变得特别好，就像是给材料施了魔法，让它变得更加强大、耐用。
比如说，它可以让材料更加均匀，没有那些让人头疼的缺陷。
这可太重要啦，就像我们都希望自己拥有一个完美的魔法武器一样。
还有哦，喷射沉积法工艺过程还很灵活呢！可以根据我们的需要来调整各种参数，就像是魔法师可以根据不同的情况施展不同的魔法一样。
这样就能得到不同性能、不同特点的材料啦！你说这喷射沉积法工艺过程是不是特别有趣，特别神奇？它就像是一个充满奥秘的魔法世界，等待着我们去探索、去发现。
在这个过程中，科学家们就像是伟大的魔法师，用他们的智慧和技术，创造出一个又一个令人惊叹的成果。
总之啊，喷射沉积法工艺过程可真是个了不起的东西，它为我们的生活带来了很多的改变和进步。
让我们的材料变得更好、更强，让我们的科技不断向前发展。
所以啊，我们可得好好感谢那些研究和应用这个工艺的人们，是他们让我们的世界变得更加精彩！你难道不这么觉得吗？。
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。
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
喷射成形知识讲解
专利
图1 传统装备
图2 运动控制、外强冷装置
制备大型沉积坯的多层喷射沉积方法
图3 制备大型管坯
图4 制备大型铸锭坯
离心雾化喷射沉积复合方法
图5 离心法制备环形坯
静电场约束喷射沉积方法
图6 静电场约束法制备坯料
平面往复运动喷射沉积多层复合材料方法
图7 平面往复运动法制备多层复合材料
3. 研究及应用
▪ 主要应用于钢铁材料、铝合金、高温合金、锌合金、铜合 金、镁合金、金属间化合物和金属基复合材料的研究。
▪ （1）钢铁材料的研究：章靖国教授首次采用喷射成形工 艺制备超高碳钢取得了良好的成果。经过这种热加工的喷 射成形超高碳钢在非调质条件下抗拉强度可达到约1300 MPa ,并具有约10%的伸长率。
表1 经热加工后喷射成形超高碳钢的室温拉伸性能
▪ （2）铝合金的研究：已经报道过的有2000系、7000系、 Al-Li系、Al-Si合金、Al-Ni及Al-Fe系耐热铝合金等。
表2 加工工艺对铝合金力学性能的影响
▪ 北京有色研究院的朱宝宏-原位自生TiC颗粒对Al8.5Fe1 4V1.7Si耐热铝合金的组织及性粒撞击基板时的状态。若为液态，与传统铸 造接近；若为固态，则无法形成工件。因此，要求在撞击 基板前的瞬间为半固态或过冷液态。
▪ （2）喷嘴的设计与制造。
▪ （3）控制技术。喷射成形是一个多变量输出与输入的非 线性过程，传统的控制技术已不适应，必须采用近年来发 展起来的材料智能控制。它基于专家系统、神经网络等人 工智能，并应用基于激光技术的光学传感系统，可对喷射 成形工艺实现逻辑控制。
图1 喷射沉积技术原理图
图2 喷射沉积过程示意图
▪ 特点：
电场驱动喷射沉积3D打印
电场驱动喷射沉积3D打印当我们谈论3D打印时，我们通常会想到激光束、粉末或塑料丝等原材料，通过逐层堆叠的方式构建出预设的三维模型。
然而，电场驱动喷射沉积3D打印却给我们带来了全新的视角。
这项技术结合了电场控制、喷射技术和沉积原理，具有巨大的潜力，必将在未来制造业中发挥重要作用。
电场、喷射和沉积是电场驱动喷射沉积3D打印的三个关键要素。
电场在这里扮演着“指挥家”的角色，对喷射过程进行精确调控；喷射技术则像“乐师”，将材料以微滴的形式精确地喷射到指定位置；沉积过程就像“建筑师”，将微滴堆积成具有特定形状和功能的实体。
电场驱动喷射沉积3D打印的工作原理相对复杂。
电场作用下的材料被加热并形成熔融状态，然后通过喷射系统以微滴形式释放。
在这个过程中，电场对微滴的形状、大小和运动轨迹产生影响，从而确保了沉积位置的准确性和结构的一致性。
微滴在沉积基板上冷凝并固化，形成预设的三维形状。
这项技术的出现为各领域的创新提供了可能。
在工业生产方面，电场驱动喷射沉积3D打印有助于生产具有复杂内部结构和高质量的产品，如发动机零部件、医疗器械等。
在医学领域，这项技术也有望实现个性化医疗和细胞打印，为组织工程和再生医学提供新的解决方案。
电场驱动喷射沉积3D打印是一种充满潜力的新型制造技术。
它通过精确调控电场、喷射和沉积过程，实现了对3D打印质量和效率的显著提升。
可以预见，在未来的制造业中，电场驱动喷射沉积3D打印将成为推动产业升级和创新的强大引擎。
它不仅将为我们的生活带来更多便利和可能性，更是为祖国的未来制造业发展提供了强大的技术支持。
电场驱动喷射沉积3D打印技术具有巨大的精确性优势。
通过电场的精确调控，可以确保材料微滴的形状、大小和运动轨迹的精确无误。
这种高精度制造能力将使我们能够生产出更加精密、复杂的零件和产品，满足不同领域的需求。
这项技术还具有高效性。
在电场驱动喷射沉积过程中，微滴可以迅速冷却并固化，大大缩短了制造时间。
这使得3D打印能够实现快速、大规模的生产，提高生产效率，降低成本。
材料成形新技术
当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽
车技术发展的总趋势，尤其是节能和环保更是关系
人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃耗、减
少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车工 程界主攻的方向。
为了达到进一步减小质量及降低成本的目的，除了
开发高强度钢、铝、镁钛等轻合金材料外，近年来
分为连续搅拌和非连续搅拌.
5） 半固态金属成形技术的特点
——重熔加热后的半固态金属坯料的粘度很高，
可以方便地机械搬运，也便于实现自动化操作；
在高速剪切作用下，半固态金属坯料的粘度又可
迅速降低，便于成形。 ——半固态成形时，金属在充型过程中，不易 发生喷溅，减轻了合金的氧化和裹气，提高了铸 件的致密性。因此．可以通过热处理来进一步提
落，容易实现自动操作。
缺点：模具安装和嵌镶件的安放比较麻烦；占地面
积较大。
2、立式注射机的特点 优点：占地面积小， 模具拆装方便，成型 制件的嵌件易于安放。 缺点：顶出不易实现 自动化，机身较高， 稳定性差，加料维修 不便。 适应：注射量在 60cm3以下的小型注 射机。
立式注塑机两次注塑.WM 双色注射成型机录像
加料 预热 注射充模 保压补缩 冷却定形 开模
清模
注射过程
塑件脱模
注射
保压
倒流
冷却
图3-2 注射过程型腔内压力的变化
图3-3 注塑过程塑料温度随时间变化的关系
5.1.3.3 塑件后处理：
塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致
在使用过程中变形或开裂，应该采用后处理来
消除或减小。
消除塑件内应力的方法有：
于1967年提出的.
金属雾化喷射沉积技术
金属雾化喷射沉积技术哎呀，说起金属雾化喷射沉积技术，这玩意儿听起来挺高大上的，其实呢，就是把金属粉末变成液体，然后再喷到一个模具上，让它重新凝固成我们需要的形状。
这技术，就像是给金属做“3D打印”，不过用的不是塑料，而是金属。
记得有一次，我去了一个朋友的工厂，他那儿就有这么一台机器。
那机器看起来挺普通的，跟我们平时看到的打印机差不多，但是个头要大得多，而且周围都是金属的，看起来挺酷的。
我朋友跟我说，这机器可不简单，它能制造出各种形状的金属零件，而且精度特别高。
他给我演示了一下，先是把金属粉末倒进一个容器里，然后机器就开始工作了。
那粉末被加热，变成了一团雾气，然后通过一个细细的喷嘴喷出来。
我看着那金属雾气在空中飘啊飘的，就像是烟一样，但你知道，这可是金属做的，不是烟。
那金属雾气被喷到一个模具上，模具是冷的，所以金属雾气一碰到模具就迅速凝固了。
我看着那金属雾气一点点地在模具上堆积，慢慢地，一个金属零件的形状就出来了。
这个过程挺神奇的，就像是在变魔术一样。
我朋友跟我说，这技术的好处是，可以制造出很多复杂的形状，而且材料利用率高，不像传统的铸造，会有很多废料。
我问他，这玩意儿做起来是不是很麻烦？他说，其实挺简单的，只要设定好参数，机器就能自动工作。
但是，要调好这些参数，得花不少时间，得不断地试验，才能找到最合适的。
这就像是做菜，你得知道放多少盐，多少酱油，才能做出最好吃的菜。
最后，我朋友还给我看了一些成品，那些金属零件做得真的很精细，摸起来手感也很好。
他说，这些零件可以用在很多领域，比如汽车、航空，甚至是医疗设备。
我想想也是，这种技术能制造出这么精确的零件，肯定有很多用途。
总之，金属雾化喷射沉积技术，听起来挺复杂的，但其实挺有趣的。
它就像是给金属做“3D打印”，但是更精细，更实用。
下次有机会，我还想再去朋友那儿看看，说不定还能学到点新东西呢。
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沉积坯通过沉积基底传导散热; 利用沉积坯表面的气体对流散热、辐射散热。
2.雾化颗粒状态对沉积坯质量的影响
绝大部分雾化颗粒在与沉积基体碰撞前已凝固
成固相颗粒，在这种情况下，沉积坯为组织疏
松的粉末堆聚体。
绝大部分雾化颗粒在与沉积基体碰撞前仍保持
为液态，沉积坯形成铸造化组织。
凝固和成形工艺，称之为喷射沉积(Spray Deposition)或喷射成形(Spray Forming)工艺，
很好地解决了上述矛盾。
该工艺的诞生对铸造、粉末冶金等技术产生了 深远的影响，成为当今最引人注目的材料制备方 法之一。
1.Osprey技术的发明
喷射沉积的概念和原理 最早是由英国Swansea大学 的A. R. E. Singer教授于 1968年提出，1970年首次公 开报导的。当时他把熔融金 属雾化沉积在一个旋转的基 体上，形成沉积坯料，并直 接轧制成带材。
积层表面的前一批溅射沉积物尚未完全凝固，这样在沉
积层表面形成液体薄层，其厚度非常小，为此后的雾化
沉积提供了一个坚固的表面，溅射过程将继续下去。
液体薄层的厚度应足够小，以防止产生横向流动，抑制
宏观范围内的成分偏析。
借助于雾化沉积时的机械作用，还可将部分凝固的沉积
层内部的细小枝晶打碎，获得无原始边界的等轴细晶组
英国Osprey公司已经能够生产直径100～ 250mm的盘坯和150mm×1000mm的棒坯等。
德国的Mannesman Demag公司能够生产尺寸 约1000mm×2000mm×10mm的钢板。
德国的PEAK公司则能够生产直径为150～ 400mm，长度为700～1200mm，质量为35～ 400kg的Al-Si合金坯。
喷射沉积技术
一、喷射沉积技术发展概况
快速凝固/粉末冶金技术(RS/PM)的优点：
材料的晶粒细小 成分及组织均匀 能够形成亚稳相 材料的力学性能优异
RS/PM技术存在以下不足：
工艺复杂 粉末氧化严重 难于制备大件等问题。
鉴于上述考虑，人们又在探索新型的材料制 备技术。
20世纪60年代末又发展起来一种新型的快速
4.喷射沉积技术的基本应用及其产品的 基本特点
(1)产品类型
喷射沉积技术主要集中在半成品形状的预 成形坯的生产，产品形状为管、环、带、板、 圆柱坯和异型件。还被用于轧辊修复。 (2)材料种类
不锈钢、高速钢、工具钢，磁性材料，高 温合金，铝合金、镁合金、铜合金等高合金化 材料，金属基复合材料。
(3)目前国际上的技术水平
雾 化 颗 粒 在 与 基 体 碰 撞 时 ， 部 分 颗 粒 为 液 态
(约占30%～50%)，部分颗粒为全固态和半固态， 在基体上碰撞沉积后有可能在沉积层表面形成
液体薄层，很容易与下层的沉积颗粒结合成致
密的沉积层。
上面比较理想的情况是第三种：
由于喷射速度较快，在下一批雾化颗粒到达之前，在沉
日本、英国等国家采用喷射沉积技术制造 Ф400×1000mm的复合轧辊 。
(4)国际上从事喷射沉积技术研究的主要机构
世界一些著名的公司，如美国通用电气(GE)公 司，英国的Alcan公司，瑞典的Sandvik Steel公 司，法国的Pechinery公司，日本的神户制钢公 司等和世界一些著名大学和研究机构，如美国 的MIT、Drexel和加州大学、US Navy和宾州 AR，英国的Swansea和Birmingham大学，德 国的不莱梅学院，韩国的RISI，我国台湾的成 功大学等。
3. CSD工艺的发明
原理：采用的是离心 雾化装置，将液体金 属离心雾化为0.5～ 1.5 mm的液粒，金属 液粒冲击冷衬底时， 冷却速度可达104～ 106 K/s。
1980年英国的Aurora钢铁公司开始将喷射沉积 技术应用于高合金工具钢的生产，进一步发展 了雾化沉积工艺，开发出了“控制喷射沉积 法”(CSD) 。但是由于当时英国经济萧条， Aurora公司被迫于1983年停止了对CSD工艺的研 究和开发。
1974年R. Brooks等人 成功地将Singer提出的 喷射沉积原理应用于锻 造毛坯的生产，发展成 了世界著名的Osprey工 艺，开发出了适合于喷 射沉积工艺的一系列合 金，从此，Osprey工艺 蜚声于世，成为了喷射 沉积工艺的代名词。
Hale Waihona Puke .LDC技术的发明20世纪70年代后期，美国 麻省理工学院的N.J.Grant教授 和加州大学欧文(Irvine)分校的 Lavernia等人采用超声雾化法将 金属熔体雾化成极细的液滴，然 后沉积在一个水冷载体上，发展 成了液体动压成形(LDC)工艺。 实际上，LDC工艺和Osprey工艺 均属喷射沉积，只是前者更加强 调雾化液滴的微细效果和沉积坯 的冷却效果。
二、喷射沉积技术的基本原理
过热的合金液体在高 压惰性气体或机械力离 心雾化，形成微细的液 滴。液滴在飞行过程中 冷却、凝固，形成固液 两相颗粒喷射流，并直 接喷射到较冷的基底上， 产生撞击、粘结、凝固， 从而形成沉积物。
1.喷射沉积过程的热传导机制
包括：
雾化液滴在飞行过程中的辐射散热及其和惰性
织。
由于很多雾化颗粒处于半固态，并且沉积层表面有液体
薄层存在，故沉积层中的孔隙率将会非常小。
3.传统的喷射沉积理论
Singer教授认为可以用喷射密度这个概
念来描述喷射沉积过程。 所谓喷射密度是指单位时间内沉积在基体
单位面积上的物质量。 喷射密度主要取决于单位时间雾化气体和
液体金属质量比(GMR)、喷射高度H和基体运 动状态。
美国的Howmet公司能够生产直径Ф800mm， 长500mm的高温合金环。
德国Wieland公司和瑞士Swiss Metal公司制备 了直径300mm，长度为2200mm的铜合金锭， 其材质为可取代Cu-Be合金的Cu-15Ni-8Sn，可 用作弹簧材料的高Sn青铜和做焊接电极的CuCr-Zr合金及耐磨材料Cu-C合金。
喷射沉积坯的组织和性能在很大程度上取 决于喷射密度。
低喷射密度沉积
即到达基体表面的雾化颗粒稀少，则先前 大多数溅射物在到达该处之前已完全凝固。原 来和新覆盖上去的溅射物的冷却速度较高，先 凝固的溅射物能快速地传走热量。由于沉积过 程中的随机性，沉积坯中存在一些微细的空隙 和孔洞，而且不容易由新的溅射液滴来充满。