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教授品鎂82:鎂合金的噴射沉積制備

2017年01月04日 9:11 6145次瀏覽 來源:   分類: 鎂資訊   作者:

快速凝固技術是制備高性能合金材料的高新工藝之一,但是工藝復雜、粉末在制備與貯存過程中易氧化和受到污染,難以制造大尺寸零件,且存在不可忽視的安全隱患,從而發展和應用受到一定的限制。為了解決這一矛盾,1968年英國斯旺西(Swansea)大學A、R、E.辛格(Singer)提出了一種新型的快速凝固工藝即噴射沉積或噴射成形工藝,1970年作了較詳細的公開報道。
噴射沉積工藝基本原理
噴射沉積是一種介于鑄錠冶金和粉末冶金之間的技術,同時兼容了兩者的大部分優點并屏棄了各自的主要缺點。1974英國R.G.布克斯(Books)等人成功地采用此技術制備鍛坯,并創造了著名的奧斯普雷(Osprey)工藝,以后又創辦了奧斯普雷金屬有限公司。在這一發展過程中,布克斯等對奧斯普雷工藝作了深入研究,研發成功一系列的噴射沉積合金,設計和制造了多種成套Osprey設備,制備了傳統工藝難以制備的高合金化和超級合金管、環、筒、棒、扁狀坯錠,申請了一批專利,從此,Osprey工藝成為噴射沉積技術的代名詞。
噴射沉積技術的原理是:在惰性氣氛中霧化金屬或合金熔體,使其成為微油的液滴,直接噴射到冷的基體上,經過撞擊、聚結、凝固形成沉積物,成為可立即進行鍛造、擠壓、軋制的錠坯,也可以是近凈成形產品。與其他快速凝固技術相比,噴射沉積工藝具有更加廣闊的發展前景。20世紀70年代后期,美國麻省理工學院格蘭特(N.J.Grant)教授和加州大學歐文(Irvine)分校的拉弗尼亞(Lavernia)等用超聲霧化法制得的極細液滴沉積于一塊水冷基板上,獲得錠坯的工藝名為液體動壓成形法(LDC)。不管是LDC法還是Osprey法均屬于噴射沉積,只不過前者更著重霧化液滴的微細化和沉積坯的冷卻效果。所以,所制得的錠坯性能比后者的更好一些。
噴射沉積鎂合金錠坯特點
噴射沉積法是一種節能、低能耗、成本適中的凈成形快速凝固新技術,是繼鑄錠冶金和粉末冶金技術之后第三種材料制備工業,在工業發達國家已實現了商業化生產,取得了一定的效果。有人把該技術稱為發展中國家發展材料加工業的“蛙跳技術”,可在軍工、航空航天工業中得到重要應用,也在汽車工業中占有一定的地位。不過此法只適宜制造常規冶金法不易制備的高合金化的高端的批量不大的材料及零件坯料。
中國張豪博士創建的世界級的江蘇豪然噴射成形合金有限公司自2008年投產以來為國家高技術工業發展提供了一批又一批的尖端材料,創造了一定的經濟和社會效益。
噴射沉積工藝的主要優點:
冷卻速度高
噴射沉積時細小液滴飛行過程中的冷卻速度可達(102~104)℃/s,沉積產品冷卻速度(101~103)℃/s,比傳統冶金法的高得多,因而沉積物組織細小均勻,成分偏析小。
材料幾乎無氧化
噴射沉積在惰性氣氛中進行,材料幾乎無氧化,同時由于熔體一次成形,工藝流程短,材料無污染或污染程度極低。
力學性能優化
由于噴射沉積液滴細微,冷卻速度快又無污染,因而材料力學特別是斷裂韌性KIC有相當大的改善。
抗蝕性大為提高
由于噴射沉積材料是在特殊條件下生產的,無污染,氧、氧化物和氫含量甚低,因而材料的電化學穩定性有很大提高。
經濟效益好
噴射沉積是一種近凈成形工藝,流程簡單與短,與粉末冶金法相比,省去了粉末制備、除氣、壓制與燒結等工序,生產效率高。
生產靈活,產品多樣化
噴射沉積法原則上能生產任何金屬材料與產品,如高性能金屬基復合材料、雙金屬和多金屬材料、摩擦材料等。

責任編輯:于璐

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