金属基复合材料的发展与研究现状_李凤平

48金属基复合材料的发展与研究现状2004年1月

金属基复合材料的发展与研究现状

李凤平

(辽宁工程技术大学机械学院,辽宁阜新　123000)

摘要:　本文对金属基复合材料的分类、制造方法进行了综述,阐述了国内外研究现状,提出了在重金属基复合材料的研究中存在的问题,探讨了重金属基复合材料的研究方向。

关键词:　金属基复合材料;制造方法;分类;研究现状;研究方向

中图分类号:TB331　　文献标识码:A　　文章编号:1003-0999(2004)01-0048

　　近20年来,及民用行业技术的进步,的发展。镁基、铝基用[1],SiC进战斗机的蒙皮和机尾的加强筋,钨纤维增强高温合金基复合材料可用于飞机发动机部件,石墨/铝、石墨/镁复合材料具有很高的比刚度和抗热变形性,是卫星和宇宙飞行器用的良好的结构材料。美国航天航空局采用石墨/铝复合材料作为航天飞机中部长20m的货舱架。此外,金属基复合材料还可以用于光学与精密仪器,美国把金属基复合材料高性能反光镜用于红外探测系统,航天激光系统及超轻量太空望远镜,通过改变SiC强化颗粒占铝基合金的比例,能使反光镀层的热膨胀系数与复合材料相同,有助于提高跟踪和命中率。

在民用工业中,复合材料的应用领域十分广阔。以碳氮化物或金属间化合物颗粒为强化剂的钢基复合材料,能明显提高强度、韧性、耐磨、耐蚀和切削性能。美国在各类合金钢中用适当工艺加入TiC,称之为TiC2铁基复合材料,前苏联称这类复合材料为碳化物钢。这类材料的特点是重量轻、尺寸稳定、硬度高、摩擦系数小。根据不同基钢,可使复合材料具有耐蚀、耐磨、耐热性能,也可做成无磁材料。尤其是工具、模具钢、高温合金、夹具和耐磨件,采用这类复合材料能有效提高寿命和性能,日本和前苏联将用粉末冶金制取得这类材料称为新型硬质合金。用Al2O3或SiC晶须或纤维强化的复合材料,由于耐

,20～60%

,一般可减重～80%[1]。氧化铝增强铝合金已成功地制成镶圈,用于活塞环槽及顶部,以代替含镍奥氏体铸铁,不仅耐磨性相当,而且还可以减轻重量,简化工艺和降低成本。另外,发动机钢套、连杆、连销、刹车盘等也在使用金属基复合材料制造,如果能打开市场,将会有较大的产量。其他方面,如运动器材、自行车架、各种型材以及装甲车履带、轻质防弹装甲车等也初步应用复合材料。

1　金属基复合材料的分类

金属基复合材料可分为宏观组合型和微观强化型两大类[2]。宏观组合型指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料(如双金属、包履板等);微观强化型指其组分需用显微镜才能分辨的以提高强度为主要目的的材料。根据复合材料基体可划分为铝基、镁基、钢基、铁基及铝合金基复合材料等。按增强相形态的不同可划分为颗粒增强金属复合材料、晶须或短纤维增强金属基复合材料及连续纤维增强金属基复合材料。颗粒增强金属基复合材料是利用颗粒自身的强度,基体起着把颗粒组合在一起的作

μm以上,强化相的容积比用,颗粒平均直径在1

(Vf)可达90%[4]。纤维增强金属基复合材料是利用无机纤维(或晶须)及金属细线等增强金属得到轻

μm到150μm(晶须直径而强的材料,纤维直径从3

μm),纵横比(长度/直径)在102以上。小于1

2　金属基复合材料的制备方法

金属基复合材料的复合工艺相对比较复杂和困难。这是由于金属熔点较高,需要在高温下操作;同时不少金属对增强体表面润湿性很差,甚至不润湿,加上金属在高温下很活泼,易与多种增强体发生反

高温和高强度,可用于发动机和泵的叶轮,也可加工成模具。如果工程机械用刮板及铲斗和冶金行业用磨损件由普通耐磨钢改为陶瓷复合材料,则可明显

收稿日期:2003207221

作者简介:李凤平(1956-),男,副教授,从事产品造型设计。

FRP/CM　2004.No.1

2004年第1期玻璃钢/复合材料49

应。目前虽然已经研制出不少复合工艺,但各自存在一些问题。现在较普遍的制造方法可分为扩散粘结法、铸造法及叠层复合法。本文又可根据增强相的不同把制备方法分别分类。

211　颗粒增强金属基复合材料的制备方法

(3)固相工艺2PM法

PM(粉末冶金)法是最早开发制备PRMMCs的

工艺之一,一般包括混粉、冷压、除气、热压和挤压过程。它的优点是任何金属都可以作为基体材料;允许使用所有种类的增强相;可以使用非平衡合金,如快凝合金和快淬粉末可以制备大体积分的复合材料;最大限度地提高材料的弹性模量,降低热膨胀系数。但是它也存在许多缺点,,产,,。

PM工艺。它通过在短时间内利用高电能和机械能快速固结金属-陶瓷混合物,短时快速加热可以控制相转变和显微结构粗化,这是通常PM工艺不能达到的。

(4)流变铸造法

流变铸造法是对处于固2液两相区的熔体施加强烈搅拌形成低粘度的半固态浆液,同时引入陶瓷颗粒,利用半固态浆液的触变特性分散增强相,但存在搅拌工艺所有的问题。

(5)喷射沉积技术

喷射沉积技术(Spraydeposition)最初是Singer开发的,由OspreyMetals公司投入生产应用。它是在雾化器内将陶瓷颗粒与金属熔体相混合,随后被雾化喷射到水冷基底上形成激冷复合颗粒,需随后进行固结才能制成大块复合材料。可变多相共积技术(VCM)是Osprey的一种改进型,其区别在于陶瓷 …… 此处隐藏：8435字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……