喷射沉积合金的半固态成形的研究现状与发展前景

综述了喷射沉积材料的半固态成形的研究进展,展望喷射沉积材料的半固态成形的发展趋势,分析了喷射沉积材料的半固态成形工艺、半固态变形特征和半固态成形的加热和保温过程中组织演变规律,提出高固相分数的触变成形是喷射沉积材料半固态成形的发展方向.     

雾化喷射沉积成形材料制备技术的新进展

雾化喷射沉积成形是一种新型的近终型坯件制备技术，可用于不同合金，该技术已经开始进入工业化应用阶段，它具有快速凝固一次成形的优点，为新材料的研究与发展提供了有力的工具，受到世界各国的重视，本文对喷射沉积成形技术的发展现状及其在材料科学研究中的应用情况进行了综合评述。     

铌对喷射成形M3∶2型高速钢组织和性能的影响

采用喷射成形工艺制备了含铌和不含铌M3∶2型高速钢,然后进行锻造加工.利用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪等研究了铌对喷射成形M3∶2型高速钢组织和性能的影响.铌的加入细化了沉积态的组织,减小了M2C共晶碳化物尺寸,而对M2C的成分影响不明显.沉积态中MC碳化物的数量随铌含量提高而增多,且其成分变化显著.铌的加入可以提高喷射成形M3∶2型高速钢的抗回火软化性和二次硬化能力.但是,当铌质量分数为1%时,组织中形成数量较多且难以破碎的以铌为主的块状MC碳化物,导致钢的弯曲强度和冲击韧性下降.铌质量分数为0.5%的喷射成形M3∶2型高速钢可以获得最佳的硬度、弯曲强度和冲击韧性.     

喷射沉积板材成形与热应力研究

研究了板材的多层喷射沉积制备工艺过程中出现的热应力及其对材料成形的影响规律．提出界面热应力、层间热应力和不均匀沉积热应力均为主要的热应力，进而对相关的板材成形实验现象作出了合理的解释．在综合考虑工艺参数、热应力和板材成形三者关系的基础上，优化工艺参数，制备出５００ｍｍ３００ｍｍ２０ｍｍ的耐热铝合金ＦＶＳ０８１２板材     

喷射成形M3型高速钢碳化物组织特征与加热过程演化

采用常规铸造和喷射成形工艺分别制备了M3型高速钢铸坯和沉积坯.利用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射等分析方法对冷却速度对合金的显微组织的影响,加热温度对M3高速钢中M2C共晶碳化物分解行为的影响,以及热加工变形后铸态和沉积态组织的变化进行了研究.结果表明:铸态合金含有粗大的一次枝晶和M2C共晶碳化物,而喷射成形沉积坯主要为等轴晶且碳化物细小均匀;冷却速度的提高极大地抑制了碳化物的析出和晶粒长大;加热温度的提高有利于M2C共晶碳化物分解,过高的温度使得分解后的M6C长大,不利于合金性能的提高;沉积坯经恰当的预热处理和热变形可以获得理想的变形组织.     

喷射成形及时效处理对Cr12MoV钢组织及性能的影响

采用喷射成形技术制备了 Cr12 Mo V钢 ,应用金相、X射线衍射分析、差热分析等实验手段对该钢的微观组织及性能进行了分析和研究 .结果表明 ,喷射成形 Cr12 Mo V钢的显微组织得到了显著的细化 ,与 Cr12 Mo V钢铸态组织不同处在于其主要由奥氏体组成 .由于喷射成形过程中的冷却速度快 ,奥氏体中高度固溶了碳及合金元素 ,其晶格常数达 0 .362 0 nm,且喷射成形钢的马氏体起始转变温度 (Ms)亦低于常规工艺制备的钢的 Ms.随着时效温度的升高 ,亚稳奥氏体逐渐发生了转变 ,Cr12 Mo V钢的硬度在 570°C时效温度处出现峰值 ,由时效处理前的 HRC38增大至 HRC60 .时效合金主要由马氏体构成 .当时效温度高于 570°C时 ,Cr12 Mo V钢的硬度剧烈下降 .因此 ,570°C是喷射成形 Cr12 Mo V钢进行时效处理的临界温度 .     

喷射沉积18Ni(250)马氏体时效钢-(Al_2O_3)_p复合材料的组织与性能

采用雾化喷射沉积成形技术制备了含１０％（体积分数）ＡＩ２Ｏ３颗粒的１８Ｎｉ（２５０）马氏体时效钢金属基复合材料．沉积坯件具有高致密度、增强颗粒均匀分布、无界面反应等组织特征．同基体合金相比,复合材料表现出加速时效行为．经热处理后复合材料的拉伸强度接近基体材料,耐磨性明显提高．采用显微力学探针技术研究了复合材料的时效行为,发现在ＡＩ２Ｏ３颗粒附近存在陡峭的弹性模量和硬度分布,是热错配应力造成的位错密度分布引起的析出相分布变化的结果．     

雾化喷射沉积成形中沉积体内的凝固过程（Ⅱ）——Al—Cu合金的计算

根据已知的喷射沉积成形沉积体内的凝固模型，地典型的Ａｌ－Ｃｕ合金进行了计算分析，结果表明，工艺参数和材料的热物性对沉积体内的凝固过程有明显影响，在沉积质力学条件（沉积前雾化锥的热力学状态）相同的情况下，沉积表面的温度随工艺参数和热物性发生显著变化。     

基于GA-BP神经网络的喷射成形锭坯形貌调控技术

随着现代技术的发展，在汽车和航空航天等领域都在追求材料的轻量化，而材料的高强度高韧性是轻量化的基础。7000系铝合金（Al-Zn-Mg-Cu系铝合金）具有高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性能等优点，其中7055铝合金是所有铝合金中强度最高的。喷射成形工艺是7055铝合金常用的制备方法。铝合金锭坯在沉积过程中的稳定生长是喷射成形工艺制备形貌一致、沉积质量均匀的大规格锭坯的基础。受喷射成形过程中众多工艺参数变化的影响，现有的理论模型难以满足实际生产过程中质量控制要求。文中通过所采集的喷射成形过程工艺历史数据与锭坯沉积表面直径的相关性分析，结合BP神经网络与遗传算法，构建锭坯直径的GA-BP神经网络预测模型及生长速度调控模型；根据工艺参数的实时波动，计算直径变化量，作为输入层导入经过训练的速度调节神经网络模型，对沉积基底的升降速度进行优化调控，使得锭坯沉积生长形貌均匀稳定。最后采用该方法对锭坯沉积生长速度调控工艺进行实验分析。结果表明，通过该工艺参数优化方法制备的大规格锭坯直径尺寸偏差在5%以内，验证了生长速度调节的可行性。     

喷射成形及时效处理对Cr12MoV钢组织及性能的影响

采用喷射成形技术制备了Cr12MoV钢,应用金相、X射线衍射分析、差热分析等实验手段对该钢的微观组织及性能进行了分析和研究.结果表明,喷射成形Cr12MoV钢的显微组织得到了显著的细化,与Cr12MoV钢铸态组织不同处在于其主要由奥氏体组成,由于喷射成形过程中的冷却速度快,奥氏体中高度固溶了碳及合金元素,其晶格常数达0.3620nm,且喷射成形钢的马氏体起始转变温度(Ms)亦低于常规工艺制备的钢的Ms.随着时效温度的升高,亚稳奥氏体逐渐发生了转变,Cr12MoV钢的硬度在570℃时效温度处出现峰值,由时效处理前的HRC38增大至HRC60,时效合金主要由马氏体构成.当时效温度高于570℃时,Cr12MoV钢的硬度剧烈下降,因此,570℃是喷射成形Cr12MoV钢进行时效处理的临界温度.     

复合材料基体固化成型工艺综述

树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能优良、工艺性能良好及具有可设计性等特点,一直受到工业界的重视,各种复合材料产品被应用到各行各业,尤其是在航空航天领域。复合材料从原材料到形成制品的过程,都需经过固化与成型,方法已经有几十种。文中介绍了国内外复合材料主要的基体固化方法、成型工艺和相关研究;固化方法主要有热固化、辐射固化与微波固化等,成型工艺主要有模压成型、渗透成型、缠绕成型与拉挤成型等;同时,对工艺研究与应用也进行了展望。     

喷射沉积金属基颗粒复合材料的研究

对喷射沉积金属基颗粒复合材料的工艺过程及其主要影响因素进行了分析,对制得的复合材料进行了结构观察和性能试验,对喷射沉积凝固特点进行了讨论。试验结果表明,采用该工艺制取金属基颗粒复合材料,能够克服传统方法的某些不足,增强颗粒在基体中呈弥散分布,无凝固偏析。与基体合金比较,复合材料硬度有较大提高,且具有优良的耐磨性。     

双环缝喷射共沉积SiC颗粒的捕获与分布研究

采用坩埚移动式喷射共沉积装置及其双环缝复合雾化器制备了SiC颗粒增强铝基复合材料坯件,研究了过程中增强颗粒的捕获机制及特点.实验结果表明,双环缝复合雾化器所引入的SiC颗粒捕获率较高,分布均匀;增强颗粒主要在雾化初时阶段被雾化液滴所捕获,而沉积坯表面因基本呈固相且温度较低,对SiC颗粒的直接捕获效果不明显;沉积坯快冷凝固界面前沿捕获对SiC颗粒的分布影响不大,SiC颗粒在沉积坯中的最终分布主要取决于由雾化液滴对增强颗粒的捕获,特别决定于SiC颗粒在单个雾化颗粒内部及空间雾化颗粒群中的分布.     

新型高铝铜合金喷焊层的组织与形成过程

利用等离子喷焊技术在45#钢表面制备新型高铝铜合金(Cu-14Al-X)喷焊层.采用光学显微镜、场发射扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)研究喷焊层金相组织特征、宏观硬度和显微硬度、喷焊层与基体的结合特点以及喷焊层形成过程.结果表明,该合金粉末喷焊层的重熔过程具有快速凝固的特征.在重结晶过程中,富含Fe、Co等元素的高熔点、高硬度相首先析出,在喷焊层中形成硬质相,使得合金喷焊层的宏观硬度和显微硬度均较普通铜合金涂层高,宏观硬度高达261 HV,显微硬度高达424.2 HV.     

高压变熔点过冷大体积近快速凝固

依据压力可以改变某些金属的熔点的原理,设计了高压大体积凝固工艺,对液态金属施加高压,提高熔点,其凝固过程不依赖于散热速度,而只取决于加压速度,从而实现大体积的近快速凝固,对高压凝固过程的相关参数进行了数值模拟,并对过晶Ａｌ－Ｓｉ合金的高压凝固组织进行了初步探讨。     

喷雾冷却轴线处的雾化特性分析

喷雾冷却具有极强的冷却能力,在电力电子设备中拥有广阔的应用前景,其传热机理一般认为与其雾化特性具有重要关联,本文对喷雾冷却的雾化性能进行了实验研究,总结出喷嘴口径、喷雾压力及喷雾介质对喷嘴雾化参数的影响规律。对喷嘴的雾化性能及其影响因素进行了理论分析,通过因次分析建立了喷嘴轴线处的雾滴sauter平均直径（SMD）与喷雾压力、喷嘴口径、喷雾高度、雾化介质的物性参数之间的实验关联式。结果表明,该实验关联式可以较为准确的描述轴线处的雾滴粒径的变化规律。研究结果将为喷雾冷却系统设计中喷嘴的选型、喷雾压力的设定和喷雾效果的优化提供参考。     

稀土氯化物喷雾热解装置雾化效果的物理模拟

稀土氯化物雾化热解是稀土氧化物制备新工艺,但目前喷雾热解装备雾化效果差,雾化后液滴粒径分布不均匀.本文自行设计了文丘里管喷雾热解反应器,将粒子图像测速技术与MATLAB图像处理技术相结合,研究了气体流量、文丘里管和引流管几何尺寸等因素对雾化效果的影响.结果表明:文丘里管扩散段中较强的回流作用会加剧气液相间的混合碰撞,进一步破碎液滴;而过多的液相携带量容易导致雾滴密度变大,增大了液滴在运动过程中的碰撞几率,致使雾滴尺寸变大.文丘里管反应器适宜的几何尺寸和操作条件为:内径100mm,喉口内径10mm,引流管内径5mm,气相流量20.5m³/h.     

液体金属和合金的盐雾化

介绍了作者发明的一种新型的流体金属和合金的雾化制粉方法,即采用含有固体盐（NaCl）颗粒的高速气流对液体金属或合金进行雾化得到粉末的方法（简称为固体雾化法）。通过对几种金属和合金粉末制备工艺的研究得到如下结论;在同等气体压力和流量条件下,采用含有固体盐颗粒的高速气流雾化金属熔体制得的粉末比不含固体盐颗粒的高速气流雾化制得的粉末的粒度细得多,而且粉末粒度分布较窄,粉末冷却速度较大,采用固体盐雾化法制务金属粉末时,盐的流率愈大、流速愈快、粒度愈细,则雾化制得的粉末粒愈细。     

多层喷射沉积制备Al-Fe-V-Si合金管坯

为开发制备高性能Al Fe V Si耐热铝合金的新型工艺 ,研究了用多层喷射沉积制备该合金管坯的规律 ,探讨了熔体温度、雾化气压、喷射高度等工艺参数对管坯组织结构的影响 .研究结果表明 ,通过工艺优化可以制备性能优异的耐热铝合金管坯 .挤压加工后的性能为 :在 2 5℃ ,σb =44 9MPa ,δ =7.6 % ;在 35 0℃ ,σb =1 85MPa ,δ =6 .0 % .这与用粉末冶金方法制备的相近 ,且明显高于用传统喷射沉积工艺制备的该材料性能 .