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教授品镁82:镁合金的喷射沉积制备

发布时间:2017-01-04

快速凝固技术是制备高性能合金材料的高新工艺之一,但是工艺复杂、粉末在制备与贮存过程中易氧化和受到污染,难以制造大尺寸零件,且存在不可忽视的安全隐患,从而发展和应用受到一定的限制。为了解决这一矛盾,1968年英国斯旺西(Swansea)大学A、R、E.辛格(Singer)提出了一种新型的快速凝固工艺即喷射沉积或喷射成形工艺,1970年作了较详细的公开报道。
喷射沉积工艺基本原理
喷射沉积是一种介于铸锭冶金和粉末冶金之间的技术,同时兼容了两者的大部分优点并屏弃了各自的主要缺点。1974英国R.G.布克斯(Books)等人成功地采用此技术制备锻坯,并创造了着名的奥斯普雷(Osprey)工艺,以后又创办了奥斯普雷金属有限公司。在这一发展过程中,布克斯等对奥斯普雷工艺作了深入研究,研发成功一系列的喷射沉积合金,设计和制造了多种成套Osprey设备,制备了传统工艺难以制备的高合金化和超级合金管、环、筒、棒、扁状坯锭,申请了一批专利,从此,Osprey工艺成为喷射沉积技术的代名词。
喷射沉积技术的原理是:在惰性气氛中雾化金属或合金熔体,使其成为微油的液滴,直接喷射到冷的基体上,经过撞击、聚结、凝固形成沉积物,成为可立即进行锻造、挤压、轧制的锭坯,也可以是近净成形产品。与其他快速凝固技术相比,喷射沉积工艺具有更加广阔的发展前景。20世纪70年代后期,美国麻省理工学院格兰特(N.J.Grant)教授和加州大学欧文(Irvine)分校的拉弗尼亚(Lavernia)等用超声雾化法制得的极细液滴沉积于一块水冷基板上,获得锭坯的工艺名为液体动压成形法(LDC)。不管是LDC法还是Osprey法均属于喷射沉积,只不过前者更着重雾化液滴的微细化和沉积坯的冷却效果。所以,所制得的锭坯性能比后者的更好一些。
喷射沉积镁合金锭坯特点
喷射沉积法是一种节能、低能耗、成本适中的净成形快速凝固新技术,是继铸锭冶金和粉末冶金技术之后第三种材料制备工业,在工业发达国家已实现了商业化生产,取得了一定的效果。有人把该技术称为发展中国家发展材料加工业的“蛙跳技术”,可在军工、航空航天工业中得到重要应用,也在汽车工业中占有一定的地位。不过此法只适宜制造常规冶金法不易制备的高合金化的高端的批量不大的材料及零件坯料。
中国张豪博士创建的世界级的江苏豪然喷射成形合金有限公司自2008年投产以来为国家高技术工业发展提供了一批又一批的尖端材料,创造了一定的经济和社会效益。
喷射沉积工艺的主要优点:
冷却速度高
喷射沉积时细小液滴飞行过程中的冷却速度可达(102~104)℃/s,沉积产品冷却速度(101~103)℃/s,比传统冶金法的高得多,因而沉积物组织细小均匀,成分偏析小。
材料几乎无氧化
喷射沉积在惰性气氛中进行,材料几乎无氧化,同时由于熔体一次成形,工艺流程短,材料无污染或污染程度极低。
力学性能优化
由于喷射沉积液滴细微,冷却速度快又无污染,因而材料力学特别是断裂韧性KIC有相当大的改善。
抗蚀性大为提高
由于喷射沉积材料是在特殊条件下生产的,无污染,氧、氧化物和氢含量甚低,因而材料的电化学稳定性有很大提高。
经济效益好
喷射沉积是一种近净成形工艺,流程简单与短,与粉末冶金法相比,省去了粉末制备、除气、压制与烧结等工序,生产效率高。
生产灵活,产品多样化
喷射沉积法原则上能生产任何金属材料与产品,如高性能金属基复合材料、双金属和多金属材料、摩擦材料等。

来源:中国有色网

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