金属基复合材料(液态法)
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¾ 例如：在钛合金熔液中加入B元素 2B+Ti→TiB2
¾ 与铸造法区别：界面优于铸造法。
固相反应法
¾ 基本原理：把预期构成增强相当两种组分粉末与 基体金属粉末均匀混合，然后加热到基体熔点以 上温度，发生放热反应，生成陶瓷或金属间化合 物的颗粒增强物。
¾ 硼化物、碳化物、氮化物、NiAl、TiAl
Al、Ti、C粉末 TiC/Al中间合金
¾ 复合材料：如果基体材料为铝合金，特殊性能材 料为SiC（不会熔化，怎么办？），则在铝合金 表面就形成了一层复合材料。
¾ Fe包B，纯Al粉、纯Ti粉，硬铝LY12
激光熔覆复合材料
Particle reinforced metal-matrix composites produced by laser cladding
去除粘结剂，颗粒之间发生轻微烧结保持骨架强度。烧 结气氛、温度、时间、升温速率。去除的程度!!!
三种烧结机制：
陶瓷颗粒表面熔化
粘结剂熔化并连接 陶瓷颗粒
陶瓷颗粒表面涂覆 的粘结剂熔化
3D技术印刷陶瓷预制件：
粉末注射成型陶瓷预制件：PIM
¾ 粉末＋粘结剂，混炼，制粒 ， 注射，成形， 脱脂，烧 结， 后处理，产 品！
1.4 原位（反应）自生成法
¾ 定义：增强材料（第二相）在基体中生成和生长的方 法称作原位自生成法。
¾ 三种： 固相反应法 液-固相反应法 气-液相反应法
¾ 特点： ¾ 增强体与基体金属界面结合良好 ¾ 增强颗粒大小、数量与工艺过程、反应元素加入
量等有密切关系。
气-液相反应法
Ti+CH4→TiC+2H2
配料、混料 放热反应
冷压 真空烧结
1.5 表面熔覆法：局部增强
¾激光熔覆法 ¾电子束熔覆法 ¾等离子喷涂 ¾搅拌摩擦法
激光是二十世纪的四大发明，其在材料加工 领域的应用越来越广泛，在材料复合新技术 中将重点加以介绍！
激光熔覆法：铝合金活塞 刘文金
¾ 激光熔覆法：利用一定功率密度的激光束照射被 覆金属表层上的具有某种特殊性能的材料，使之 完全熔化，而基体金属微熔，冷凝后在基材表面 形成一个低稀释度的包覆层，从而达到使基材改 性的目的。
颗粒 ¾铸造法的主要难点：
让增强体在基体中分 散均匀！ ¾问题的实质：二者不 浸润！
机械搅拌法
斜齿石墨搅拌器
陶瓷过滤网
如何将颗粒分散到液体金属中？
¾改变接触角的理想途径：
¾
颗粒表面改性：形状、粒度、预氧化
¾
液体温度升高：发生反应
¾
比表面积增大
¾
亲和元素添加
¾搅拌：电磁搅拌、涡流搅拌、机械搅拌
搅拌温度、搅拌时间、搅拌速度
2.2 （无压）浸渗法：毛细效应
¾ 无压浸渗原理：让金属熔体自发地渗入到固体颗粒 多孔预制骨架内。
¾ 目的：大体积分数颗粒增强金属基复合材料 ¾ 用途：低热膨胀系数、高阻尼
电子元器件底座，代替铍！
pressureless infiltration method
无压浸渗原理：毛细管效应
凹液面
表面张力向上的分力
机械搅拌装置
搅拌器：材质
扒渣勺 铝合金TIPS:
1、熔炼 2、细化、变质 3、精炼（Ar) 4、静置拔渣 5、（过滤）浇铸
Al-Ti-B Al-Sr
铝合金变质机理
变质前
变质后
晶粒变小，形状由针状变成细小等轴晶。
1999年 任德亮 铸造技术
搅
拌
¾1、SiC颗粒与铝合金熔液浸润性差
铸
造
¾2、SiC颗粒在基体合金中易偏聚
¾ 不同点： 是否加压 ！
¾ 设备投资低；
¾ 易于实现制品的大尺寸化，不再 考虑压力机吨位问题；
¾ 无压：复杂或是薄壁的颗粒预制 件不会在与熔铝复合的过程中出 现开裂甚至溃散。
¾ 无阻挡：无模具渗透阻挡技术， 不会脱模困难，对制备零件的结 构复杂性与壁厚有较大的限制。
压力浸渗法与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力铸造：预制体
¾压力浸渗法是先制备陶瓷预制体，然后将液 态金属在压力下渗入到预制体中。
＝液注重力
F=2πRσ
存在的问题： 第一，金属熔体对多孔骨架
的完全润湿； 第二，多孔陶瓷骨架的制备。
无压浸渗法：美国Lanxide 1986年
¾ 1）颗粒氧化并制成预 制块；
¾ 2）将颗粒预制块与基 体铝合金一起放入加热 炉中,在流动的氮气环 境中加热至1100℃；
¾ 3）保温一定的时间进 行自发浸渗，冷却至 500℃以后取出脱模。
¾液态法：金属基体处于熔融状态，流动性好 ¾1）铸造法：增强相加入到液态金属中 ¾2）无压浸渗法：陶瓷预制件/纤维预制件 ¾3）压力浸渗法：陶瓷预制件＋压力 ¾4）共喷沉积法：Osprey 共喷 ¾5）反应自生成法：液态、固态 ¾6）表面改性法：激光熔覆
2.1 搅拌铸造法
¾基体材料为铝硅合金 ¾增强体为SiC、Al2O3
主要工艺因素:熔融金属的温度、模具预热温度、压力和 加压速度等。立式挤压机、卧式挤压机、半固态成型！
半固态搅拌
¾ 熔体冷却到液相线以下，对合金进行搅拌，在搅 拌力的作用下，凝固的树枝晶被破坏，并在熔体 的摩擦熔融下，晶粒和破碎的枝晶小块形成卵球 状颗粒分布在整个液态金属中，具有一定的流动 性。
¾ 半固态加工：MIT Flemings教授 2002年 ¾ 流变成形、触变成形（thixocasting）
Reines Aluminium aushärtbar nicht aushärtbar nicht aushärtbar nicht aushärtbar aushärtbar aushärtbar Sonderlegierungen
复合目的 是什么？
为什么有这么 多的复合材料？
如何复合？
高速列车
高速列车
高速列车
碳滑板 ：掉块、电弧放电！ 铜基粉末冶金滑板：导线磨耗 铝包覆浸金属碳滑板：铝合金框 复合材料滑板：C/C Cu-C
2011高铁自然科学基金：走过的路
¾1994年 ¾1996年 ¾1999年 ¾2001年
碳/碳制动盘 铝基复合材料制动盘 复合材料制动盘/闸片 碳纤维转向架
2、液态法制备金属基复合材料
喷射沉积法
¾涡轮盘 ¾铸造＋粉末冶金 ¾喷射锻造法
金属液体
高压气体
坩埚 喷嘴
模冲
产品
喷射室
坯 托架
移动杆
模冲
喷射锻造的专利装置
共喷沉积法：复合材料
¾ 增强相分布均匀，颗粒相与基体结合良好，无有 害界面反应、氧含量及夹杂物污染均低的特性。
¾ 凝固速度快，晶粒细小。 ¾ 颗粒范围广。 ¾ 成本低。专利费高！ ¾ 梯度复合材料：层状复合材料。 ¾ 存在孔洞、锻造！粉末冶金
4）成本低 ¾ 缺点：增强相种类少，体积分数低，处理温度高，易偏析和
形成夹杂气孔。
固-液相反应法
¾ 基本原理：在基体金属熔液中加入能反应生成预期增强 颗粒的元素或化合物，在一定的温度下反应生成细小、 弥散、稳定的颗粒增强物，形成自生增强金属基复合材 料。
¾ 方法：固体粉末加入铝熔液、高温铝溶液渗透到固态预 制件
有方向性)、人造聚晶PCD（
多晶、无方向性）、PCD/CC
（硬质合金为基底表面烧结） 、CVD（硬质合金表面CVD，
结合力弱）。
铸造与锻造，哪个 加工量少？金属型、 砂型、自由锻、模
锻
1.3 共喷沉积法（Osprey）Ospray
喷射沉积的基本原理： ¾ 液态金属通过特殊的喷嘴
，在惰性气体气流的作用 下分散成细小的液态金属 雾化流； ¾ 在金属液喷射雾化的同时 ，将增强颗粒加入到雾化 的金属与金属液滴混合， 并一起沉积在衬底上，凝 固形成金属基复合材料。 ¾ 湖南大学 陈振华
1）减少闭孔数量； 2）添加流动性好的元素如镁、硅！ 3）气氛！氮气 4）压力
SiC氧化 SiO2层厚度
¾SiO2参与界面反应生成游离的Si，作用： ¾1）增加了流动性好的元素Si；
¾2）界面反应使得本来润湿不好的铝液在颗 粒表面上均匀铺展，从而改善了润湿性；
¾3）界面反应放出的反应热使铝液在局部的 温度急剧地升高，降低了润湿角。
MIT “伪纤维”
三维打印技术
压力浸渗法
¾（真空）压力浸渍法是采用 高压惰性气体，将液体金属压 入由增强物制成的预制件，制 备出金属基复合材料零件的一 种有效方法。
¾主要有三种形式：底部压入 法、顶部注入法和顶部压入法。
¾真空下浸渗，压力下凝固！
无压浸渗与压力浸渗
¾ 共同点： 陶瓷预制 件、熔融 金属、毛 细效应、
金属基复合材料
齐海波
2012年10月19日/26日
qhb@stdu.edu.cn
讲课提纲：复合的方法
¾1、金属基复合材料的种类 ¾2、液态法 ¾3、固态法
1、相当多的金属基复合材料
铝合金
颗粒
镁合金 钛合金
碳纳米管
纤维 晶 须
铝合金的种类：GB/T3190-2008
¾ 铸造铝合金和变形铝合金（热处理） ¾ Al-Si: 共晶合金，流动性好！ ¾ Al-Cu ¾ Al-Mg ¾ Al-Zn ¾ 合金成分：Si、Mg、Cu、Zn、Ti、Zr Fe(有害) ¾ 老牌号：A356（铝硅7镁）,ZL108（活塞11）,
Mg
Mn, (Cu, Zr)
EN AW- 5005 EN AW- AlMg1
Mg, Si Mn, Cu, Pb
EN AW- 6060 EN AW- AlMgSi
Zn
Mg, Cu, Ag, Zr EN AW- 7075
EN AW- AlZn5,5MgCu
sonst. Fe, Li, andere
EN AW- 8090
kein Cu
Al >99%,
Mg, Mn, Bi, Pb, Si
EN AW-1050 EM AW-Al99,5
EN AW- 2014 EN AW- AlCu4SiMg
Mn
Mg, Cu
EN AW- 3103 EN AW- AlMn1
Si
Mg, Bi, Fe, Cu, Ni EN AW- 4043
EN AW- AlSi5
触变成形：铝、镁合金
9 普通铸造组织：初晶呈发达的树枝晶。 9 半固态合金：初晶组织呈球状，近球状或半树枝状。 9 塑性变形到超塑性变形过程。
没见过完美！
¾一直以来都是和缺陷打交道，很少见到完 美，
¾材料科学中很多经典的、美的东西没机会 看见！
¾一种材料如果仅仅是研究简单的性能，那 它的制造关还没有过去！如研究断裂、蠕 变、高温、冲击、疲劳，则大不一样！
¾ 与粉末冶金相比，可直接成 型薄壁件，形状复杂！
体心立方
陶瓷预制件存在的局限
¾ 整体均匀？ ¾ 局部均匀 ¾ 作业1：有何方法
将陶瓷预制件尽量 做成整体均匀？
¾ 既要连通，又要均 匀！无封闭孔隙
无压浸渗：陶瓷坩埚
¾工艺要求：快速升温至浸渗温度！ 铝合金熔点温度660 ℃无法进行浸渗，
高温时（1000 ℃以上）浸渗非常迅速，但 易发生反应。 ¾解决办法：降低浸渗温度！
¾压力铸造法是将陶瓷颗粒加入到金属溶液中 ，然后在压力下将混合溶液挤压到模具中成 型。（液态模锻 liquid forging）
¾共同点：压力
¾不同点：有无预制体！
铝基复合材料加工：最好近净成型
¾ SiC颗粒是什么东西？
¾ 刀具主要是什么材料？
¾ 什么刀具适合加工“砂轮”？
¾ 金刚石：天然(硬度高、易脆、
法 存
¾3、SiC颗粒与基体合金易发生界面反应
在 的
¾4、熔炼时易产生气孔和夹杂
问
题
如何
表征？
铸造法如何破茧？
不浸润 团聚
搅拌
氧化
夹杂
真空
成本
真空熔炼－搅拌
搅拌后浇铸：重力铸造、挤压铸造
内燃机车活塞
挤压铸造与液态模锻：速度
在压力的作用下，将液态或半液态金属以一定速度充填 压铸模型腔，在压力下快速凝固成型。
2024（铝铜镁）,6061（铝镁硅）, 7050（铝锌镁）
Leg.Reihe
1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx
Legierungstypen der Al-Knetlegierungen
Haupt weitere LE LE
Beispiel
Bemerkungen
¾ 基本原理：将含有反应元素或本身就是反应元素的气体通入 到高温金属熔液中，利用气体本身或气体分解的元素与金属 溶液发生反应生成陶瓷粒子对金属基体进行增强。
¾ 气体：参加反应的气体+惰性气体，如Ar+CH4，氧气 ¾ 特点：1）生成粒子的速度快、表面洁净、晶粒细小；
2）工艺连续性好；
3）接近近净成型；
先抽真空后通氮气
陶瓷预制件
流通性非常好！无封闭孔，完全贯通
陶瓷预制件制作步骤：
¾ 1）颗粒预处理： 粒径搭配：颗粒大，浸渗阻力大；颗粒大比表面积小，
发生反应的概率小。 预烧：去除吸附气体、杂质、生成氧化物。
¾ 2）模压成型：近净成型 将粘结剂（大小、粒径）与颗粒充分混合均匀后放在模
具中，在机械压力下成型。球磨机：形状、杂质！ ¾ 3）烧结：
送粉方式：
¾ 1）预置涂层法，将要熔覆 的合金预先涂覆在基材表 面，然后采用激光进行重 熔处理；
¾ 与铸造法区别：界面优于铸造法。
固相反应法
¾ 基本原理：把预期构成增强相当两种组分粉末与 基体金属粉末均匀混合，然后加热到基体熔点以 上温度，发生放热反应，生成陶瓷或金属间化合 物的颗粒增强物。
¾ 硼化物、碳化物、氮化物、NiAl、TiAl
Al、Ti、C粉末 TiC/Al中间合金
¾ 复合材料：如果基体材料为铝合金，特殊性能材 料为SiC（不会熔化，怎么办？），则在铝合金 表面就形成了一层复合材料。
¾ Fe包B，纯Al粉、纯Ti粉，硬铝LY12
激光熔覆复合材料
Particle reinforced metal-matrix composites produced by laser cladding
去除粘结剂，颗粒之间发生轻微烧结保持骨架强度。烧 结气氛、温度、时间、升温速率。去除的程度!!!
三种烧结机制：
陶瓷颗粒表面熔化
粘结剂熔化并连接 陶瓷颗粒
陶瓷颗粒表面涂覆 的粘结剂熔化
3D技术印刷陶瓷预制件：
粉末注射成型陶瓷预制件：PIM
¾ 粉末＋粘结剂，混炼，制粒 ， 注射，成形， 脱脂，烧 结， 后处理，产 品！
1.4 原位（反应）自生成法
¾ 定义：增强材料（第二相）在基体中生成和生长的方 法称作原位自生成法。
¾ 三种： 固相反应法 液-固相反应法 气-液相反应法
¾ 特点： ¾ 增强体与基体金属界面结合良好 ¾ 增强颗粒大小、数量与工艺过程、反应元素加入
量等有密切关系。
气-液相反应法
Ti+CH4→TiC+2H2
配料、混料 放热反应
冷压 真空烧结
1.5 表面熔覆法：局部增强
¾激光熔覆法 ¾电子束熔覆法 ¾等离子喷涂 ¾搅拌摩擦法
激光是二十世纪的四大发明，其在材料加工 领域的应用越来越广泛，在材料复合新技术 中将重点加以介绍！
激光熔覆法：铝合金活塞 刘文金
¾ 激光熔覆法：利用一定功率密度的激光束照射被 覆金属表层上的具有某种特殊性能的材料，使之 完全熔化，而基体金属微熔，冷凝后在基材表面 形成一个低稀释度的包覆层，从而达到使基材改 性的目的。
颗粒 ¾铸造法的主要难点：
让增强体在基体中分 散均匀！ ¾问题的实质：二者不 浸润！
机械搅拌法
斜齿石墨搅拌器
陶瓷过滤网
如何将颗粒分散到液体金属中？
¾改变接触角的理想途径：
¾
颗粒表面改性：形状、粒度、预氧化
¾
液体温度升高：发生反应
¾
比表面积增大
¾
亲和元素添加
¾搅拌：电磁搅拌、涡流搅拌、机械搅拌
搅拌温度、搅拌时间、搅拌速度
2.2 （无压）浸渗法：毛细效应
¾ 无压浸渗原理：让金属熔体自发地渗入到固体颗粒 多孔预制骨架内。
¾ 目的：大体积分数颗粒增强金属基复合材料 ¾ 用途：低热膨胀系数、高阻尼
电子元器件底座，代替铍！
pressureless infiltration method
无压浸渗原理：毛细管效应
凹液面
表面张力向上的分力
机械搅拌装置
搅拌器：材质
扒渣勺 铝合金TIPS:
1、熔炼 2、细化、变质 3、精炼（Ar) 4、静置拔渣 5、（过滤）浇铸
Al-Ti-B Al-Sr
铝合金变质机理
变质前
变质后
晶粒变小，形状由针状变成细小等轴晶。
1999年 任德亮 铸造技术
搅
拌
¾1、SiC颗粒与铝合金熔液浸润性差
铸
造
¾2、SiC颗粒在基体合金中易偏聚
¾ 不同点： 是否加压 ！
¾ 设备投资低；
¾ 易于实现制品的大尺寸化，不再 考虑压力机吨位问题；
¾ 无压：复杂或是薄壁的颗粒预制 件不会在与熔铝复合的过程中出 现开裂甚至溃散。
¾ 无阻挡：无模具渗透阻挡技术， 不会脱模困难，对制备零件的结 构复杂性与壁厚有较大的限制。
压力浸渗法与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力铸造：预制体
¾压力浸渗法是先制备陶瓷预制体，然后将液 态金属在压力下渗入到预制体中。
＝液注重力
F=2πRσ
存在的问题： 第一，金属熔体对多孔骨架
的完全润湿； 第二，多孔陶瓷骨架的制备。
无压浸渗法：美国Lanxide 1986年
¾ 1）颗粒氧化并制成预 制块；
¾ 2）将颗粒预制块与基 体铝合金一起放入加热 炉中,在流动的氮气环 境中加热至1100℃；
¾ 3）保温一定的时间进 行自发浸渗，冷却至 500℃以后取出脱模。
¾液态法：金属基体处于熔融状态，流动性好 ¾1）铸造法：增强相加入到液态金属中 ¾2）无压浸渗法：陶瓷预制件/纤维预制件 ¾3）压力浸渗法：陶瓷预制件＋压力 ¾4）共喷沉积法：Osprey 共喷 ¾5）反应自生成法：液态、固态 ¾6）表面改性法：激光熔覆
2.1 搅拌铸造法
¾基体材料为铝硅合金 ¾增强体为SiC、Al2O3
主要工艺因素:熔融金属的温度、模具预热温度、压力和 加压速度等。立式挤压机、卧式挤压机、半固态成型！
半固态搅拌
¾ 熔体冷却到液相线以下，对合金进行搅拌，在搅 拌力的作用下，凝固的树枝晶被破坏，并在熔体 的摩擦熔融下，晶粒和破碎的枝晶小块形成卵球 状颗粒分布在整个液态金属中，具有一定的流动 性。
¾ 半固态加工：MIT Flemings教授 2002年 ¾ 流变成形、触变成形（thixocasting）
Reines Aluminium aushärtbar nicht aushärtbar nicht aushärtbar nicht aushärtbar aushärtbar aushärtbar Sonderlegierungen
复合目的 是什么？
为什么有这么 多的复合材料？
如何复合？
高速列车
高速列车
高速列车
碳滑板 ：掉块、电弧放电！ 铜基粉末冶金滑板：导线磨耗 铝包覆浸金属碳滑板：铝合金框 复合材料滑板：C/C Cu-C
2011高铁自然科学基金：走过的路
¾1994年 ¾1996年 ¾1999年 ¾2001年
碳/碳制动盘 铝基复合材料制动盘 复合材料制动盘/闸片 碳纤维转向架
2、液态法制备金属基复合材料
喷射沉积法
¾涡轮盘 ¾铸造＋粉末冶金 ¾喷射锻造法
金属液体
高压气体
坩埚 喷嘴
模冲
产品
喷射室
坯 托架
移动杆
模冲
喷射锻造的专利装置
共喷沉积法：复合材料
¾ 增强相分布均匀，颗粒相与基体结合良好，无有 害界面反应、氧含量及夹杂物污染均低的特性。
¾ 凝固速度快，晶粒细小。 ¾ 颗粒范围广。 ¾ 成本低。专利费高！ ¾ 梯度复合材料：层状复合材料。 ¾ 存在孔洞、锻造！粉末冶金
4）成本低 ¾ 缺点：增强相种类少，体积分数低，处理温度高，易偏析和
形成夹杂气孔。
固-液相反应法
¾ 基本原理：在基体金属熔液中加入能反应生成预期增强 颗粒的元素或化合物，在一定的温度下反应生成细小、 弥散、稳定的颗粒增强物，形成自生增强金属基复合材 料。
¾ 方法：固体粉末加入铝熔液、高温铝溶液渗透到固态预 制件
有方向性)、人造聚晶PCD（
多晶、无方向性）、PCD/CC
（硬质合金为基底表面烧结） 、CVD（硬质合金表面CVD，
结合力弱）。
铸造与锻造，哪个 加工量少？金属型、 砂型、自由锻、模
锻
1.3 共喷沉积法（Osprey）Ospray
喷射沉积的基本原理： ¾ 液态金属通过特殊的喷嘴
，在惰性气体气流的作用 下分散成细小的液态金属 雾化流； ¾ 在金属液喷射雾化的同时 ，将增强颗粒加入到雾化 的金属与金属液滴混合， 并一起沉积在衬底上，凝 固形成金属基复合材料。 ¾ 湖南大学 陈振华
1）减少闭孔数量； 2）添加流动性好的元素如镁、硅！ 3）气氛！氮气 4）压力
SiC氧化 SiO2层厚度
¾SiO2参与界面反应生成游离的Si，作用： ¾1）增加了流动性好的元素Si；
¾2）界面反应使得本来润湿不好的铝液在颗 粒表面上均匀铺展，从而改善了润湿性；
¾3）界面反应放出的反应热使铝液在局部的 温度急剧地升高，降低了润湿角。
MIT “伪纤维”
三维打印技术
压力浸渗法
¾（真空）压力浸渍法是采用 高压惰性气体，将液体金属压 入由增强物制成的预制件，制 备出金属基复合材料零件的一 种有效方法。
¾主要有三种形式：底部压入 法、顶部注入法和顶部压入法。
¾真空下浸渗，压力下凝固！
无压浸渗与压力浸渗
¾ 共同点： 陶瓷预制 件、熔融 金属、毛 细效应、
金属基复合材料
齐海波
2012年10月19日/26日
qhb@stdu.edu.cn
讲课提纲：复合的方法
¾1、金属基复合材料的种类 ¾2、液态法 ¾3、固态法
1、相当多的金属基复合材料
铝合金
颗粒
镁合金 钛合金
碳纳米管
纤维 晶 须
铝合金的种类：GB/T3190-2008
¾ 铸造铝合金和变形铝合金（热处理） ¾ Al-Si: 共晶合金，流动性好！ ¾ Al-Cu ¾ Al-Mg ¾ Al-Zn ¾ 合金成分：Si、Mg、Cu、Zn、Ti、Zr Fe(有害) ¾ 老牌号：A356（铝硅7镁）,ZL108（活塞11）,
Mg
Mn, (Cu, Zr)
EN AW- 5005 EN AW- AlMg1
Mg, Si Mn, Cu, Pb
EN AW- 6060 EN AW- AlMgSi
Zn
Mg, Cu, Ag, Zr EN AW- 7075
EN AW- AlZn5,5MgCu
sonst. Fe, Li, andere
EN AW- 8090
kein Cu
Al >99%,
Mg, Mn, Bi, Pb, Si
EN AW-1050 EM AW-Al99,5
EN AW- 2014 EN AW- AlCu4SiMg
Mn
Mg, Cu
EN AW- 3103 EN AW- AlMn1
Si
Mg, Bi, Fe, Cu, Ni EN AW- 4043
EN AW- AlSi5
触变成形：铝、镁合金
9 普通铸造组织：初晶呈发达的树枝晶。 9 半固态合金：初晶组织呈球状，近球状或半树枝状。 9 塑性变形到超塑性变形过程。
没见过完美！
¾一直以来都是和缺陷打交道，很少见到完 美，
¾材料科学中很多经典的、美的东西没机会 看见！
¾一种材料如果仅仅是研究简单的性能，那 它的制造关还没有过去！如研究断裂、蠕 变、高温、冲击、疲劳，则大不一样！
¾ 与粉末冶金相比，可直接成 型薄壁件，形状复杂！
体心立方
陶瓷预制件存在的局限
¾ 整体均匀？ ¾ 局部均匀 ¾ 作业1：有何方法
将陶瓷预制件尽量 做成整体均匀？
¾ 既要连通，又要均 匀！无封闭孔隙
无压浸渗：陶瓷坩埚
¾工艺要求：快速升温至浸渗温度！ 铝合金熔点温度660 ℃无法进行浸渗，
高温时（1000 ℃以上）浸渗非常迅速，但 易发生反应。 ¾解决办法：降低浸渗温度！
¾压力铸造法是将陶瓷颗粒加入到金属溶液中 ，然后在压力下将混合溶液挤压到模具中成 型。（液态模锻 liquid forging）
¾共同点：压力
¾不同点：有无预制体！
铝基复合材料加工：最好近净成型
¾ SiC颗粒是什么东西？
¾ 刀具主要是什么材料？
¾ 什么刀具适合加工“砂轮”？
¾ 金刚石：天然(硬度高、易脆、
法 存
¾3、SiC颗粒与基体合金易发生界面反应
在 的
¾4、熔炼时易产生气孔和夹杂
问
题
如何
表征？
铸造法如何破茧？
不浸润 团聚
搅拌
氧化
夹杂
真空
成本
真空熔炼－搅拌
搅拌后浇铸：重力铸造、挤压铸造
内燃机车活塞
挤压铸造与液态模锻：速度
在压力的作用下，将液态或半液态金属以一定速度充填 压铸模型腔，在压力下快速凝固成型。
2024（铝铜镁）,6061（铝镁硅）, 7050（铝锌镁）
Leg.Reihe
1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx
Legierungstypen der Al-Knetlegierungen
Haupt weitere LE LE
Beispiel
Bemerkungen
¾ 基本原理：将含有反应元素或本身就是反应元素的气体通入 到高温金属熔液中，利用气体本身或气体分解的元素与金属 溶液发生反应生成陶瓷粒子对金属基体进行增强。
¾ 气体：参加反应的气体+惰性气体，如Ar+CH4，氧气 ¾ 特点：1）生成粒子的速度快、表面洁净、晶粒细小；
2）工艺连续性好；
3）接近近净成型；
先抽真空后通氮气
陶瓷预制件
流通性非常好！无封闭孔，完全贯通
陶瓷预制件制作步骤：
¾ 1）颗粒预处理： 粒径搭配：颗粒大，浸渗阻力大；颗粒大比表面积小，
发生反应的概率小。 预烧：去除吸附气体、杂质、生成氧化物。
¾ 2）模压成型：近净成型 将粘结剂（大小、粒径）与颗粒充分混合均匀后放在模
具中，在机械压力下成型。球磨机：形状、杂质！ ¾ 3）烧结：
送粉方式：
¾ 1）预置涂层法，将要熔覆 的合金预先涂覆在基材表 面，然后采用激光进行重 熔处理；