【高新金属材料(46)】金属基复合材料的铸造

2022年04月25日 9:1 11866次浏览 来源:   分类: 新材料前沿   作者:

制备金属基复合材料零件,需对预制的金属基复合材料件进行深加工,即二次成形加工和切削加工。由于增强材料的添加,金属基复合材料的深加工并不轻松,如陶瓷纤维、晶须、粉末等增强物硬度大且耐磨,使金属基复合材料的切削加工很困难。

不同金属基复合材料工件的加工要求和难度千差万别,连续纤维增强复合材料工件一般在复合过程中就完成了成形过程,仅进行少量的深加工即制成了工件;而短纤维、晶须、粉粒增强的预制件,则宜采用铸造、塑性成形、焊接、切削加工等深加工制成所需的成品工件。

在工业生产中,铸造是一种非常通用的成形工艺。该工艺成本较低,可一次形成大而复杂的工件,设备较简单,适宜规模生产,是近期研究较多、发展较快的复合材料成形工艺。常用于生产有色金属铸件的铸造工艺均可用于制造粉粒增强金属基复合材料(PRMMCs)铸件,但由于增强粉粒的加入改变了金属熔体粘度、流动性等,高温时还可能发生增强粉粒与基体金属之间的化学反应、颗粒沉降等问题。因此,在确定工艺和选择参数时,必须顾及金属基复合材料的特点,对现有铸造工艺作适当的改进。

按照增强材料和金属熔体混合方式的不同,铸造工艺分为搅拌铸造、正压铸造和负压铸造等。

搅拌铸造

搅拌铸造工艺有两种:液态机械搅拌法和半固态机械搅拌法。液态机械搅拌法是以搅拌器的旋转运动使增强材料均匀地分布于基体熔体中,然后浇注成形。该工艺的优点是设备简单,操作方便。但要使它们分布均匀也非易事,缺点是熔体的吸气性严重。

半固态搅拌法是利用合金在固液温度区间经搅拌后得到流变性质,将增强粉粒搅入半固态熔体中,依靠半固态金属的粘性来阻止增强粉粒因密度差而浮沉来制备复合材料。此法可制得增强粉粒均匀分布的复合材料,不过只适用于有固液相温度区间的基体合金材料。

正压铸造

可按加工方式,将正压铸造成形分为挤压、铸造和离心铸造。挤压铸造是按零件形状制备增强物预制体,将其置于铸型内,在重力下浇入液态金属或合金,熔体在压头作用下渗入预制体。中国已用此法制得增强物分布均匀、组织致密、无缺陷的铝-石墨复合材料及铸件。

离心铸造法是在离心力作用下将金属熔体渗入增加材料间隙形成复台材料产品的工艺,日本科学家松下润二用此法制得铝-硅基石墨增强的复合材料制品。

负压铸造

此法有两种:真空吸铸法和自浸透法,都需要制备增强物预制体。真空吸铸法是将预制体放入铸型后,将铸型一端浸入金属熔体中,而将另一端与抽真空机相连,将金属熔体吸入预制体内。北京航空材料研究院成功地用此法制得了SiC/Al复合棒材。

自渗透法原理是破坏金属熔体表面的氧化膜以改善熔体与增强粉粒的润湿性,借助预制体内的毛细管作用使金属熔体进入增强材料间隙。这两种工艺都要求增强材料在基体中分布均匀,材料在加工过程中具有高的利用率,工程消耗小,具有后续处理及加工量少、生产成本较低的特点。

责任编辑:杨一鸣

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