层状金属复合材料的研究现状.pdf

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1、中国有色金属加工工业协会铝加工高新技术文集层状金属复合材料的研究现状张胜华(中南大学材料系．湖南长沙410083)摘要：复合材料以其优异的性能受到人们的关注，发展迅速。随着科学技术发展以及对材料越来越高的要求，各种复合材料不断涌现，固相复合型复合材料，基本上形成了自己的理论体系，正日趋完善成熟，国内外均已工业化生产。本文简述国内外层状复合材料的研究现状，各种复合板，复合棒，复合管等的成形方法，以及范围，供科研和生产单位参考。关键词：层状复合材料；轧制复合；挤压复合；拉拔复合科学技术的不断发展和各种新兴技术、新产业的出现，对材料性能的要求越来越高，单一组元材料的性能很难胜任这些需求

2、。近几十年来，层状金属复合材料的生产、研制和应用越来越引起人们的注意。层状金属复合材料是由几层不同性能的金属复合而成的，与单组元合金相比，经过合理设计组合后的材料可以获得相对较高的强度、耐蚀、导电、导热、导磁等优秀的综合性能j并应用于特殊要求的工作环境。到目前为止，层状金属复合材料已经在宇航、石油、机械、化工、轻工、汽车、造船、建筑、电力、电子、核能及日用品等领域得到了应用。l加工技术金属层状复合材料的加工方法按照材料复合过程中是否施加外力，可分为无压复合与压力复合；若按照复合过程是否需要加热可分为室温复合与高温复合；若按照复合晷过程中，金属组元的状态不同，又可差分为固／固复合、

3、液／固复合、液／籍液复合等。工业生产中常用的金属吞层状复合材料的加工技术如图1所“示。其中有些方法如自蔓延(SHS)、粉末烧结、喷射沉积等是近年来发展起来的新技术，由于它压力加l鲴丽瓯l合方法图1层状复合材料结合方法分类一一一一一一一一一一～一一，一一一一圈圈硇圆圈一一逖丽鼬丽一一隔·424·铝加工高新技术文集中国有色金属加工工业协会们受到组元性能、产品性能、生产成本的限制，主要应用于特殊场合o1．1固、液凝固法匿、液凝固法分敷浇法穗熔合法两种。双浇法是把两种需要复合的金属分别熔化，然后顺序把两种金属液浇铸在同一个模子中，冷却凝固后，形成双金属材料。其工艺流程如图2所示。熔合法是

4、先将低熔点合金加热到熔融状态，使其熔焊在高熔点合金上，其工艺流程如图3所示。该方法主要适用于制造合金组元熔点差异悬殊，而一般的热复合法又不能使之结合的层状金属复合材料。固、液凝固复合法已有被其它复合方法取代的趋势。固赢降卧悭塑呲划图2双浇法工艺流程图1．2粉末冶金复合法(1)粉末轧制法圈3熔合法流程圈粉未轧制法有两种：一种是在基体金属带坯上松装铺粉，然后通过粉末轧制成型、烧结，形成双金属复合材料；另一种是用两个漏斗同时供粉，轧制形成双金属粉末带坯，再经过进一步烧结、轧制，以获得双金属复合材料。(2)喷射沉积法喷射沉积是将熔融的液态金属或合金在气压或金属液体自重的作用下，由坩埚底部

5、或侧面导流管流出形成稳定的金属液流。金属液流经过雾化器时，被高压高速的惰性气体(缸)或半惰性气体(N：)分散为极细小的金属液体颗粒射流。射流中部分小的颗粒冷凝固结，部分大的颗粒则能保持液相，处于半固、半液态。这种射流高速喷向下方基体材料，产生撞击、聚结、凝圊，大部分形成沉积层。沉积层附着在基体上，便形成复合材。，+喷射沉积可分为以下五个过程：①液态金属与气体的输送过程；②液态金属的雾化过程；③雾化熔滴向基体的输运过程；④基体表面的沉积过程；⑤沉积层的冷却与凝固过程。该工艺与传统冶金法褶毖具有以下特点：①经济性好。该技术工艺简单，周期短，效率高，成本低。②成分均匀，组织细小o③性能

6、优异。强度和韧性均高，远优于铸锭冶金工艺生产的材料。塑性毙粉末冶金工艺生产的材料高。@多样性，通用性好。可制备各种形状和尺寸的产品，对不同的产I疆不需对设备做大的调整。中国有色金属加工工业协会铝加工高新技术文集．425．喷射沉积可以生产铝基合金、铜基合金、钢铁材料和高温合金等。喷射沉积的局限是：沉积物在顶部形成过厚的液相层，将蜕化为一般铸造组织，故难以制备厚壁产品；另外，由于金属射流中物质分布不均，沉积层的尺寸精度低；只适合制备回转体，对于板材等产品的制备有困难；难于精确控制喷射沉积层的组织和性能。，1．3高能复合法(1)爆炸复合法爆炸复合法利用炸药的爆炸力，在微秒级时间内，使两

7、块金属板在碰撞点附近产生高达106-107s-1的应变速率和104MPa的高压，从而实现异种金属的焊接复合。由于加载压力和界面高温持续时间极短，阻碍了基、复合用板金属之间的化学反应，焊合区的厚度常在几十微米以内，因此该法适于大部分金属对之间的焊接，如图4所示o爆炸复合主要适合于单张面积较大、厚的复合板材产品或复合板坯，多层复合板(最多可达100多层)和截面异型的复合板等。对于稀有、难熔金属，它们与钢的结合区容易生成脆性的金属间化合物。避免或减少这类缺陷的方法是采用中间夹层金属，如