金属基复合材料(MMC)

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1、第五章金属基复合材料(MMC)第一节概述一、MMC的沿革与发展二、MMC的分类1、按增强材料形态分类纤维增强金属基复合材料颗粒和晶须增强金属基复合材料2、按金属基体分类铝基复合材料钛基复合材料镁基复合材料高温合金复合材料金属间化合物复合材料第二节金属基体一、铝及铝合金铝的基本特点：熔点660℃，密度2.7g/cm3具有面心立方结构．所以其塑性优异，适合各种形式的冷、热加工导电、导热性能好，约为铜的60％左右化学活性高，在大气中铝表面与氧形成一层薄而又致密的氧化铝膜，防止铝继续氧化强度低铝合金的分类铝合金的热处理：淬火和时效铝合金的力学性能二、钛及钛合金钛的特点：熔点1

2、678℃，密度4.51g/cm3重量轻、比强度高。纯钛的强度可通过冷作硬化和合金化而得到显著的提高．如50％的冷变形可使强度提高60％，适当合金化和热处理，则抗拉强度可达1200—1400MPa，含有氢、碳、氧、铁和镁等杂质元素的工业纯钛抗拉强度可提高到700MPa，并仍能保持良好的塑性和韧性。高温性能优良。合金化后的耐热性显著提高，可以作为高温结构材料使用，如航空发动机的压气机转子叶片等，长期使用最高温度已达540℃在大气和海水中有优异的耐蚀性．在硫酸、盐酸、硝酸相氢氧化纳等介质中都很稳定导电与导热性差.导热系数只有铜的1／l7和铝的l／10，比电阻为铜的25倍常用

3、钛合金的性能三、镁及镁合金特点：密度1.74g/cm3由于其密度低，比强度、比刚度较高，镁具有密排六方结构，室温和低温塑性较低，但高温塑性好可进行各类形式的热变形加工。减震性能好，能承受较大的冲击振动负荷四、金属间化合物具有反常的温度强度效应脆性很大第三节MMC制备工艺根据各种制备方法的基本特点，金属基复合材料的制备工艺分为四大类，即(1)固态法；(2)液态法；(3)喷涂与喷射沉积法；(4)原位复合法。一、固态法1．扩散结合在一定温度的压力下，把新鲜清洁表面的相同或不相同的金届，通过表面原子的互相扩散而连接在一起。工艺流程关键步骤纤维的排布；复合材料的叠台和真空封装；

4、热压纤维排布采用有机粘接剂。将增强纤维的单丝或多丝的条带分别浸溃加热后易挥发的有机粘接剂，按复合材料的设计要求的间距排列在全属基体的薄板或箔上，形成预制件采用带槽的薄板或箔片，将纤维排布在其中采用等离子喷涂。即先在金属基体箔片上用排布好一层纤维，然后再喷涂一层与基体金属相同的金属纤维表面经化学或物理处理，在基体金属熔池中充分地浸渍形成金属基复合丝叠合与封装为了防止复合材料在热压中的氧化，叠合好的复合材料坯科应真空封装于金属模套中。为了便于复合材料在热压后与金属模套的分离，在金属模套的内壁徐上云母粉类的涂料以利分离，注意不能涂与金属基体发生反应的涂料。热压在真空或保护气

5、氛下直接放入热压模或平板进行热压合热压工艺参数主要为：热压温度、压力和时间扩散结合的优缺点：工艺相对复杂，纤维排布、叠合以及封装手工操作多，成本高。能按照复合材料的铺层要求排布。在热压时可通过控制工艺参数的办法来控制界面反应2．粉末冶金适用于连续、长纤维增强．也可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料长纤维增强：将纤维和金属粉末按比例混合，密封在容器中，然后进行热等静压其它增强相粉末冶金的优点工艺过程温度低，可以控制界面反应增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末可以任何比例混合，纤维含量最高可达75％，颗粒含量可达50％以上对浸润性和密度差的要求较小采用热等静

6、压工艺时，其组织细化、细密、均匀，一般不会产生偏析、偏聚等缺陷，可使空隙和其它内部缺陷得到明显改善，从而提高复合材料的性能可以用传统的加工方法进行二次加工粉末冶金的缺点工艺过程比较复杂，金属基体必须制成金属粉末，增加了工艺的复杂性和成本在制备铝基复合材料时，还要防止铝金属粉末引起的爆炸二、液态法1．压铸压铸成型(Squeezecasting)，是指在压力的作用下，将液态或半液态金属基复合材料或金属以一定速度充填压铸模型腔或增强材料须制体的孔隙中，在压力下快速凝固成型而制备金属基复合材料的工艺方法。普通压铸工艺过程将包含有增强材料的金属熔体倒入预热模具中后迅速加压，压力

7、约为70—l00MPa，使液态金属基复合材料在压力下凝固。待复合材料完全固化后顶出，即制得所需形状及尺寸的金属基复合材料的坯料或压铸件。增强材料预制体的压铸工艺过程将熔融金属注入装有增强材料(长、短纤维，颗粒或晶须)的预制件模具中，并在压力下使之渗入预制件的间隙，在高压下迅速凝固成金属基复合材料压铸法的优点其组织细化、无气孔，可以获得比一般金属模铸件性能优良的压铸件。工艺设备简单，成本低，材料的质量高且稳定易于工业化生产。2．半固态复合铸造将颗粒加入处于半固态的金属基体中，通过搅拌使颗粒在金属基体中均匀分布，并取得良好的界面结合，然后浇注成型或将半固