多层喷射沉积技术ppt课件.ppt

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1、大尺寸合金及金属基复合材料锭坯的喷射沉积制备新技术及设备目录一、研究的背景二、喷射沉积技术原理及研究意义三、目前国际上喷射沉积技术存在的问题四、坩埚移动式喷射沉积技术发明要点五、坩埚移动式喷射沉积技术及设备六、本技术的优点七、大尺寸复合材料坯件的后续加工八、技术的实施效果九、与当前国内外同类技术主要参数比较一、研究的背景大尺寸微晶合金锭坯是生产高性能结构材料和部件的基础原材料。如：大规格工业型材所需要的直径大于500mm锭坯；航天、航空、交通、武器装备领域所发展急需大尺寸高性能材料和部件：直径大于400mm管材、直径大于1200mm的环件

2、等；强度高于700MPa的高强铝合金、可以在350C下使用高强耐热铝合金、强度高于700MPa及模量100GPa的铝基复合材料等。传统的铸造冶金技术难于制备这类大尺寸合金锭坯，特别是高合金元素含量的锭坯。主要问题是锭坯的冷速偏低，容易产生成分偏析、组织粗大且组织均匀性较差，热应力大而容易开裂，加工性能不够理想。采用粉末冶金技术难以制备大尺寸的坯件，主要是成型模具和设备吨位的限制。传统喷射沉积技术虽具备氧化程度小、力学性能优越等特点、但制备大尺寸坯件时容易恶化成铸态组织。传统工艺的局限性二、喷射沉积技术原理及研究意义1.原理熔融金属或合金在

3、惰性气氛中雾化，形成颗粒喷射流，直接喷射在较冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成沉积物，这种沉积物可以立即进行锻造、挤压或轧制加工，也是近形产品。喷射沉积原理图2.喷射沉积技术研究的意义克服了铸造冶金产品中成分偏析严重、力学性能低的缺点；也克服了粉末冶金技术难于制备大件的困难及因粉末氧化、脏化严重、而导致的产品塑性较低的缺点。同时也保留了这两类技术的主要优点。喷射沉积技术不仅可以大幅度提高传统结构材料的综合性能，还可以开发新材料。三、目前国际上喷射沉积技术存在的问题问题1：传统喷射沉积技术难于制备大直径的圆柱锭坯、厚壁管坯、厚板坯。传统喷

4、射沉积圆柱锭坯制备原理图a制备锭坯时存在的问题：采用扫描式喷嘴时，由于摆动角度的限制，锭坯的直径不能太大；扫描锭坯极易产生铸造组织，锭坯的直径不能超过400mm。由于管坯是由雾化液滴一次沉积而成的，管坯的壁厚不能太大(一般壁厚小于50mm)，否则容易生铸造化组织。传统喷射沉积管坯的制备原理图b.传统喷射沉积制备管坯时存在的问题：传统喷射沉积板坯的制备原理图由于板坯是由雾化液滴一次沉积而成的，因此板坯不能太厚(一般壁厚小于50mm)，否则容易形成铸造态组织。c.传统喷射沉积制备板坯时存在的问题：问题2:沉积坯的冷速偏低，容易产生铸造化组织。

5、传统的喷射沉积技术采用高密度沉积工艺，在沉积坯表层上沉积物完全凝固之前，后一批沉积物已经到达该处，沉积坯表面存在一层液相。同时，由于坩埚不动，沉积定在一个地方，热量集中。容易产生铸造组织，甚至产生成分宏观偏析、晶粒组织粗化等缺陷。喷射沉积凝固原理图问题3:沉积坯的热应力大，易开裂。由于沉积坯件温度梯度大；容易在沉积坯内产生很高的热应力，甚至造成坯件开裂。四、坩埚移动式喷射沉积技术发明要点要制备大尺寸的快速凝固材料坯，必须解决以下几个问题：解决大尺寸坯件的成型问题；将沉积坯的冷速提高到104K/s以上水平；解决高冷速条件下沉积层之间的粘结强度

6、问题；解决热应力问题。4.1解决问题的办法解决大尺寸坯件成型的思路采用移动坩埚式的雾化系统，进行多层扫描沉积。解决沉积坯冷速问题的思路借鉴快速凝固思想，将合金熔体雾化后在低温沉积基体表面进行往复扫描沉积(单层、螺旋线运动)。解决沉积层之间粘结问题的思路降低喷射高度和严格控制沉积层表面温度，保证雾化颗粒在沉积前能够保持有较高的液相量，获得良好铺展和粘结效果.4.2本技术的特点4.2.1雾化颗粒与沉积层之间的粘结特点本发明技术采用的喷射高度(一般在80～250mm)比传统工艺的(400mm左右)低，金属液滴在沉积前保有较高的液相量，这样尽管沉积

7、层表面温度较低，沉积层的冷速很高，也可以获得较好的粘结效果。4.2.2沉积坯的冷却、凝固特征沉积坯是由沉积层无限叠加而成的，每一扫描薄层的厚度仅几十微米。根据实测实验，在喷射沉积过程中沉积坯的表面温度一般在300～350C之间。沉积坯的散热方式：气体对流散热、辐射散热、较冷沉积层表面热传导散热。沉积坯的冷速可以达到104K/s，并且沉积层的冷速不受沉积坯尺寸限制。本技术制备大尺寸合金及及复合材料坯件时，坯件的尺寸越大，则沉积表面积越大(即散热面积也越大)，坩埚系统的扫描距离与周期越长，因而沉积坯表面散热时间越长，这样沉积坯表面温度就越低，

8、因而可以获得高的冷速。4.2.3沉积坯的热应力由于沉积坯为逐层沉积，坯件里外温度梯度小，由此坯件的热应力很低。4.2.4雾化颗粒的沉积轨迹管坯板坯圆柱锭坯环件沉积坯不是由沉积层简