喷射成形知识讲解

表3 挤压型材的力学性能
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：
▪ （1）喷射成形材料具有快速凝固组织特征。晶粒细小、 成分均匀、合金元素过饱和度高、无宏观偏析。
▪ （2）含氧量低。雾化熔滴处于液态的时间极短，且有惰 性气氛的保护。
▪ （3）合金性能改善。
▪ （4）成形工艺简单，产品生产工序大大简化。
▪ （5）喷射成形技术具有广泛的通用性及产品的多样性。
▪ 国外：美国的美国海军武器中心（NSWC）、（MIT）、 加州理工学院等，英国的牛津大学、剑桥大学、伯明翰大 学、等，德国PEAK公司，瑞典SANDVIK钢厂及日本住友 重工等。
▪ 国内：最早报道在1987年，1999年建成了国内目前最大 的喷射成形设备（雾化室体积3.2m×1m×2m）。北京有 色研究院、哈尔滨工业大学、北京科技大学、中南大学、 沈阳工业大学等。
4. 发展趋势
▪ （1）喷射成形过程的基础理论研究。 ▪ （2）喷射成形材料组织和性能的深入研究。 ▪ （3）喷射沉积工艺过程的自动控制研究。 ▪ （4）喷射成形制品的后续致密化研究。 ▪ （5）喷射成形技术产业化规模和范围的扩大。
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喷射沉积快速凝固技术
内容
▪ 喷射沉积技术背景、发展概况 ▪ 喷射沉积技术原理、特点、关键技术 ▪ 相关研究及应用 ▪ 发展趋势
1. 背景、概况
▪ 喷射成形的概念最早由英国Swansea大学Singer授于 1968年提出，于1972年获得专利。
▪ 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研究（1984-1992年）、规模扩 大与产业化（1992-1998年）等阶段。
2. 原理、特点
▪ 原理：熔融金属或合金液被雾化成弥散分布的液态微滴雾化后的液
滴，在高压气体或离心力作用下喷射到具有不同运动方式的金属基底 表面,形成半固态薄层。经过雾化喷射过程中雾滴与气体的对流换热 及沉积坯与基底的热传导, 金属或合金液迅速冷却,从而凝固成具有不 同形状和较高致密度的喷射成形金属实体。