近些年來(lái)，科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，使得傳統材料已無(wú)法滿(mǎn)足多種產(chǎn)業(yè)對其比強度、比剛度等性能的要求。高性能材料的研發(fā)是現今新科技發(fā)展的重要方向，而復合材料的出現在較大程度上解決了材料所面臨的問(wèn)題，促進(jìn)了材料的發(fā)展。復合材料是由２種或２種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀(guān)（微觀(guān)）上組成的具有新性能的材料。由于具備較高的比強度和比剛度，金屬基復合材料的研究和發(fā)展受到了眾多行業(yè)尤其是重工業(yè)的密切關(guān)注，然而加工困難是限制其工業(yè)應用的瓶頸問(wèn)題，成本控制問(wèn)題也并沒(méi)有得到完全解決，所以更多應用于航空航天、軍事科技等尖端科技領(lǐng)域。

 

    近年來(lái)，人們通過(guò)研究金屬基體與增強體之間界面反應的規律、控制界面反應的方法等開(kāi)發(fā)出了多種有效制備金屬基復合材料的方法，大大推動(dòng)金屬基復合材料的發(fā)展和應用。目前，金屬基復合材料的制備方法根據增強相產(chǎn)生的方式不同可分為第二相外加法、原位復合法兩類(lèi)。

 

    第二相外加法就是將增強相加入到基體內來(lái)制備復合材料的方法，應用廣泛。常見(jiàn)的第二相外加法包括粉末冶金法、鑄造凝固成型法和噴射成型法。

 

1、粉末冶金法

 

    粉末冶金法制備復合材料是指將金屬基體與增強體粉末混合均勻后壓制成型，在低于金屬液相線(xiàn)溫度下進(jìn)行燒結，利用原子擴散使金屬基體與增強體粉末結合在一起的制備復合材料的方法。粉末冶金法制備復合材料一般包括篩選粉末，基體粉末與增強顆?；旌?、粉末預壓、熱壓、二次加工４個(gè)步驟。粉末冶金法常見(jiàn)的二次加工方法有擠壓，軋制等，二次加工可實(shí)現對制件的致密化處理并達到最終成型的目的。其優(yōu)點(diǎn)在于：可以自由選擇基體金屬成分和強化顆粒的種類(lèi)、尺寸；復合溫度低，基體金屬不易與強化顆粒進(jìn)行反應，充分發(fā)揮各原料特性；顆粒強化均勻，強化顆粒添加范圍大，還可實(shí)現多種顆粒共同強化。

 

圖1.我司生產(chǎn)的（左）sps燒結爐（右）真空燒結爐

 

2、鑄造凝固成型法

 

    鑄造凝固成型法是將基體金屬加熱到熔融狀態(tài)，再使其與增強相進(jìn)行復合從而得到金屬基復合材料的方法。利用鑄造凝固成型法制備金屬基復合材料，所需成本低，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易于控制，得到的制件質(zhì)量好，應用較為廣泛。常用的方法有攪拌鑄造法和擠壓鑄造法。攪拌鑄造法是一種常見(jiàn)的制備金屬基復合材料方法，它通過(guò)機械攪拌的方法使處于熔融狀態(tài)的金屬基體與增強相混合，來(lái)制取復合材料。攪拌鑄造法由于較低的成本和簡(jiǎn)單的工藝流程而受到了廣泛關(guān)注，其設備投入少，制件進(jìn)行二次加工來(lái)作為超塑性變形的預處理工藝，可進(jìn)一步提高其性能。攪拌鑄造法可用于生產(chǎn)大體積制件，便于進(jìn)行大規模生產(chǎn)，不論是在高端科技的航空航天領(lǐng)域，還是在汽車(chē)、機械工業(yè)等民用領(lǐng)域，都有大量的應用實(shí)例。擠壓鑄造是一種利用高壓作用，使液態(tài)金屬或半固態(tài)金屬充型凝固的精確鑄造方法。利用液態(tài)模鍛來(lái)制備金屬基復合材料，就是將增強相預成型、加熱后澆入金屬液或熔體，將模具壓下后加壓，冷卻得到金屬基復合材料制件。

 

圖2. 鑄造成型生產(chǎn)的零件

 

3、噴射成型法

 

    噴射成型法是一種新型的金屬成型工藝，利用金屬快速凝固技術(shù)，將熔融金屬霧化噴射，沉積后直接得到金屬坯件，又稱(chēng)為噴射沉積。噴射成型法在２０世紀８０年代被引入制備復合材料，由于其普遍的適應性而得到快速發(fā)展。利用噴射成型技術(shù)制備金屬基復合材料，是利用稀有氣體將熔融金屬霧化進(jìn)行噴射，與另一端由稀有氣體輸送的增強相混合，在水冷襯底平臺沉積，形成復合材料制件。

 

    原位復合法也稱(chēng)反應合成技術(shù)，是一種制備金屬基復合材料的新型方法。不同于一些傳統制備復合材料工藝，原位復合法并不需要外加增強相，而是利用一些特殊反應使增強相在金屬基體中自己生成，從而避免了增強相在復合材料中的偏聚現象。在原位復合法制備復合材料的過(guò)程中，增強相可以共晶形式凝固析出，得到的復合材料稱(chēng)為定向凝固共晶復合材料；也可通過(guò)金屬基體、合金熔體中相應元素和加入的元素進(jìn)行反應得到，稱(chēng)為反應自生成復合材料。由于增強相的形核和長(cháng)大都是在基體內完成的，因此增強相與基體之間不存在物理、化學(xué)性質(zhì)不相容的現象，相互之間潤濕效果好，結合強度高，不需要對增強相進(jìn)行預處理，保證了它的純凈度。

 

圖3. 原位復合法制備金屬—有機骨架材料示意圖

 

    目前，越來(lái)越多的金屬基復合材料的制備方法正在被研發(fā)出來(lái)。除了文中提到的幾種常見(jiàn)的方法外，還包括含浸凝固法、熱浸鍍與反向凝固法、疊層復合法等多種復合方法，但由于其技術(shù)以及成本的限制，還并沒(méi)有被廣泛應用。隨著(zhù)進(jìn)一步的研究，相信更多的復合材料制備方法將問(wèn)世，必將促進(jìn)金屬基復合材料的普及和發(fā)展。相對于傳統的金屬或合金材料，金屬基復合材料的制造成本偏高且工藝比較復雜。對于民用工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，高昂的生產(chǎn)研發(fā)成本是制約金屬基復合材料進(jìn)行規?；瘧蒙a(chǎn)的最大問(wèn)題。因此，若要使其實(shí)現產(chǎn)業(yè)化、規?；?，就需要進(jìn)一步研究制備方法，開(kāi)發(fā)新型的制備工藝，以此降低成本，增強金屬基復合材料在材料市場(chǎng)上的競爭力。

 

    皓越科技針對市場(chǎng)需求，不斷研發(fā)，改進(jìn)技術(shù)，推出性能優(yōu)異的熱處理設備，并提供相應的技術(shù)支持，助力國內復合材料市場(chǎng)，為復合材料行業(yè)的熱處理工藝提供相應的技術(shù)咨詢(xún)。