粉末冶金压制方法范文
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导语：如何才能写好一篇粉末冶金压制方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词： 单向压制 双向压制
中图分类号：TP217.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00
1、引言
粉末冶金是用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合料）作为原料，经过成型和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程【1】。随着粉末冶金技术发的发展，粉末冶金产品的性能要求也不断提高，相对产生多种不同的成型方法。目前传统压制成型方法有：单向压制和双向压制两种。其中双向压制又分为阴模浮动式压制和阴模拉下式压制。
2、成型方法
2.1单向压制
单向压制工作原理：阴模型腔和下模冲的位置固定不动，上模冲在压机凸轮带动下，向下进入阴模型腔，并对阴模型腔的粉末加压，使粉末压制成具有一定密度和强度的坯件。【2、3】
单向压制的一个循环有以下步骤。
A粉末充填：粉末通过手工或者动送粉器的送粉，利用粉末重力充填在阴模型腔中。
B单向压制：粉末填充完毕后，阴模型腔与下模冲位置固定不变，上模冲在压机凸轮带动下，向下进入阴模型腔，使粉末压制成成具有一定密度和强度的坯件。
C保压：为了使压力得到有效传递，保证坯件密度分布均匀，上模冲应在180度的成型压制位置下保持不动一段时间，使坯件中空气有足够时间逸出。【4】。
D脱模：保压结束后，上模冲由压机凸轮复位带动向上脱离阴模型腔，下模冲则由压机的下气缸的作用力作用下把坯件顶出阴模型腔。
E复位：上模冲退到最高点，送粉器把压制的坯件推出，同时下模冲退回固定位置，同时粉末在重力作用下充填在阴模型腔中。
2.2双向压制
双向压制一般分为阴模浮动式压制和阴模拉下式压制。
2.2.1阴模浮动式压制
阴模浮动式压制工作原理：阴模由弹簧支承，处于浮动状态，下模冲固定不动，上模冲在凸轮带动下向下进入阴模型腔，对粉末施加向下压力。开始加压时，由于粉末与阴模型腔壁间摩擦力小于弹簧支承力，只有上模冲向下移动，随着压力增大，粉末对阴模型腔壁间的摩擦力大于弹簧支承力时，阴模型腔与上模冲一起向下运动，与下模冲间产生相对移动，从而达到双向压制的效果。【2、3】。
阴模浮动式压制的一个循环有以下步骤。
A装料：手工或者由自动送粉器把粉末均匀装入阴模型腔。
B上冲下压：粉末填充完毕后，阴模弹簧支撑，下模冲位置固定不变，上模冲在压机凸轮带动下，向下进入阴模型腔，对阴模型腔中的粉末施加向下压力。
C阴模浮动：随着上模冲施加的压力不断增大，粉末对阴模型腔壁间的摩擦力也不断增大，当此摩擦力大于阴模型腔的弹簧支撑力时，阴模型腔与上模冲一起向下运动，直到坯件成型
D保压：为了使压力得到有效传递，保证坯件密度分布均匀，上模冲和阴模型腔向下运动至坯件成型的位置下保持不动一段时间，使坯件中空气有足够时间逸出。【4】。
E脱模：保压结束后，上模冲由压机凸轮复位带动向上脱离阴模型腔，阴模则由压机下压气缸的向下拉力往下退，直到坯件从阴模型腔脱出。
F复位：上模冲退到最高点，送粉器推出从阴模型腔脱出的坯件，然后阴模由弹簧支撑恢复到粉末充填位置，同时粉末在重力作用下充填在阴模型腔中。
2.2.2阴模拉下式压制
下模冲固定位置不动，上模冲在凸轮的带动下，向下进入阴模型并对型腔中的粉末施加向下压力的同时，阴模型腔也由于受压机下压气缸的向下拉力，使其与上模冲一起向下运动，相对下模冲形成向上运动。从而实现上冲和下冲的双向压制【2、3】。
阴模拉下式压制过程一个循环有以下步骤。
A装料：手工或者由自动送粉器把粉末均匀装入阴模型腔。
B双向压制：粉末填充完毕后，上冲在凸轮的带动下，向下进入阴模型腔并对型腔粉末施加向下压力的同时，阴模也在压机下压气缸的向下拉力作用下一起向下运动，使下模冲相对阴模向上运动。
C保压：为了使压力得到有效传递，保证坯件密度分布均匀，在上、下模冲和阴模型腔相对位置不变的前提下保持不动一段时间，使坯件中空气有足够时间逸出。【4】。
D脱模：保压结束后，上模冲由压机凸轮复位带动向上脱离阴模型腔，阴模则由压机下压气缸的向下拉力往下退，直到坯件从阴模型腔脱出。
E复位：上模冲退到最高点，送粉器推出从阴模型腔脱出的坯件，然后阴模卸去下压气缸压力，恢复到粉末充填位置，同时粉末在重力作用下充填在阴模型腔中。
3压制方式与坯件密度的关系以及它们应用
3.1单向压制坯件与密度关系
单向压制的密度分析：从压制原理可知，单向压制的压力是从上模冲方向向下传递。与上模冲相接触的坯件上层，从横向分析，密度从中心向边缘逐步增大，顶部的边缘部门密度最高，这是由于压制过程在阴模型腔壁会对粉末产生横向反作用力，所以边缘比心部高。从纵向分析，密度从上往下逐渐减少。这时由于压力在密实粉末过程，粉末发生滑移和变形会产生向上的反作用力，随着传递的压力不断减少，粉末更难发生滑移变形，最终导致底部坯件的密度低【5】。由此可知，单压制坯件密度分布从边缘向中心，从上到下逐渐减少。
3.2双向压制坯件与密度关系
双压制的密度分析：从双向压制原理可知，双向压制的压力是从两端向中心传递。与模冲接触的坯件两端，横向分析，密度同样从中心向边缘逐步增大，理论跟单向压制一致。从纵向分析，由于压力从两端向中心传递，所以坯件两端的粉末能充分发生滑移变形现象，密度高，而随着压力传递减少，心部密度粉末不能充分滑移变形，密度低。由此可知，双向压制坯件密度分布：从边缘向中心逐渐减少，但坯件由于受两端压力压制，降低坯件的高径比，减少压力沿高度而减少的差异，密度分布更均匀。【5】。
4 结语
随着社会科技的不断发展，粉末冶金也发生翻天覆地的变化，各式的成型压制方法不断出现。但无论那种压制方式（摩擦芯棒压制，下模冲浮动压制，组合冲压制，换向压制等）都可以从上述3种压制方法的原理中找到理论基础。因此掌握上述3种方法的原理和应用原则就能为粉末冶金模具设计大打下坚实基础。
【1】 黄培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工业出版社.1997（2006.1重印）.1
【2】 中南矿冶学院粉末冶金教研室，粉末冶金基础，冶金工业出版社，1974
【3】 黄培云.粉末压型问题.（中南矿冶学院）.1980
【4】 黄培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工业出版社.1997（2006.1重印）.213
篇2
关键词 TiAl基合金；粉末冶金；力学性能
中图分类号TF12 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0045-02
0 引言
作为高温结构材料，TiAl基合金正受到业内界人士的越来越高度关注，良好的抗氧化性能，低密度，耐高温性能等，让其比之镍基合金和钛基合金更具优越性[1]，因此成为航空，国防，军工等高科技领域极具吸引力的材料。然而，室温塑性低，高温屈服应力高和加工成形性差等，使得TiAl合金广泛应用受到严重的制约。因此，研究和开发针对TiAl合金合理高效的制备与成形技术，是科技工作者的一个重要课题。常规制备TiAl基合金的方法主要有粉末冶金，铸造，铸锭冶金等。其中粉末冶金方法有其显著独特优点：克服了铸造缺陷，如疏松缩孔等；加入合金元素来制备复合材料变得容易；材料成分均匀，显微组织细小，力学性能优异；复杂零件易于实现近净成形。
1 预合金粉末制备工艺
采用预合金粉末成型工艺制备TiAl基合金首先要制备γ-TiAl预合金粉末，之后经过模压成型与烧结反应而制得所需制件的工艺。此工艺的成本有些昂贵，因为，Ti熔点高且活性比较大，需要在制备过程中严格控制工艺，故难度也较大。现阶段，发展出来很多方法制备γ-TiAl预合金粉，其中主要被采用的有：雾化法、机械合金化法（MA）、自蔓延高温合成法（SHS）等。此工艺所获材料其晶粒大小，相分布以及合金元素分布的均匀性与相应的锻件相比，都得到显著提高。用预合金法，德国姆波公司制造出大型客机连接臂，和直升机叶片连杆接头，产品相比于锻件，材料和成本分别节省40%和34%[2]。随后美国坩埚公司又开发出，可以制备全致密，形状复杂的钛合金近形产品的陶瓷模热等静压技术，使得合金材料的力学性能得到进一步提升。
2 元素粉末法
元素粉末法是对Ti、Al和Nb、Cr、Mo等外加元素预压成形，在高温下反应合成之后进行致密化来制备TiAl基合金材料的，制品组织细小、成分均匀。此法优点是成本比较低，工艺设备简单而且容易添加各种高熔点合金元素，通过均匀化混合和高温反应能避免成分偏析。元素粉末法制备TiAl基合金，已经得到了广泛研究，所制备出来的材料性能可与铸造TiAl基合金媲美。元素粉末法制备TiAl合金时Ti，Al元素会发生扩散反应，基本反应过程为[3]：6Ti+6Al4Ti+2TiAl3， 4Ti+2TiAl3Ti3Al+TiAl+2TiAl2，Ti3Al+2TiAl2+TiAl 6TiAl。
3 成型工艺
预合金粉末属硬脆粉末，不便直接模压成形，所以采用挤压方式进行成形。有冷挤压和热挤压两种方式。此工艺让粉末晶粒得到了细化，组织均匀性和粉末间的高温扩散能力得到提高。对于元素粉末挤压可以消除压坯膨胀开裂，而对于预合金粉末，挤压也提高了粉末变形能力。随着科技的进步，出现了很多新技术如：温压技术，流动温压技术，模壁技术，爆炸压制技术，高速压制技术等。这使得粉末冶金成形技术正向高性能化，高致密化方向发展。
4 烧结反应工艺
以下是对目前出现的几种TiAl合金粉末冶金烧结工艺简单介绍。
4. 1热压和热等静压
热压和热等静压是目前两种很可行的制备钛铝基合金的工艺。在压制的过程粉末的受力比较均匀，所得制件的致密度很高，力学性能很优异。经文献和实践所知，在1100℃～1300℃，压力大于100MPa时，将雾化TiAl预合金粉末，直接进行热等静压效果为最好。刘咏等人用此热等静压的工艺方法所制得的钛铝基合金制件，致密度高，显微组织细小，结果很是成功[4]。
4.2 自蔓延高温合成工艺
自蔓延高温合成（也被称为燃烧合成方法），是利用化学反应过程所生成的热量和产生的高温，而使自身反应持续下去，进而获得所需材料或制品的方法。该工艺简单，高效节能，成本低且制品质量高，自问世后在世界范围内得到了广泛的研发与应用。其中开发出来的SHS制备粉体，烧结，致密化技术，能够制备出常规方法难以制备出的TiAl化合物，且产物形状复杂，致密度高，目前SHS粉末技术已成功应用与工业生产且技术越发成熟。
4.3 放电等离子烧结
放电等离子体烧结亦叫作等离子体活化烧结，最早源于20世纪30年代年美国人的脉冲电流烧结原理，但此快速烧结工艺真正发展成熟是90年代从日本开始的，此后才得到广泛的关注与研发。在装有粉末的模具上联通瞬间，断续，高能脉冲电流，粉末颗粒间就能产生等离子放电现象，产生的高活性离子化的电导气体，迅速消除粉末粒表面的杂质和气体， 并加快粉末的净、活、均化等效应[5]。SPS艺有其独特优势：加热均匀，烧结温度低且升温速度快，产品组织细小均匀且致密度高。研究表明，用MA技术与SPS技术结合制备出的TiAl合金，组织均匀，性能优良。
4.4 粉末注射成形工艺
此技术是把塑料注射成形工艺和传统粉末冶金技术相互结合，而发展成为一种新型的近净成形的工艺。主要步骤为：混合粉末与粘结剂，注射成形，脱模，烧结。此工艺制备的制件致密度高，组织均匀，性能优越，能够制备质量要求高且精密复杂的制品，而且成本低，自动化程度高，材料利用率几近百分百。因此该工艺在国际上很热门，很受欢迎。采用PIM工艺制备出的TiAl合金组织细小均匀，相对密度高，性能优良，而且成本与传统工艺比大大降低，当然此方面的研究还有广阔空间。
5 粉末冶金TiAl基合金的力学性能
作为高温结构材料，TiAl合金因为低的密度，高强度系数，良好的抗氧化性能和抗蠕变性能等，而备受关注与欢迎。然而因低室温延展性，难加工性，使其被广泛应用受到制约[6]。如何使其强度和延展性相平衡是一个很大挑战，有关此方面的研究工作一直在进行。研究表明，TiAl合金中增加Nb能改善TiAl合金高温抗氧化性能，适量Cr可以提高延性，B可以细化晶粒， 提高抗蠕变性能。经过不断地改进和完善，粉末冶金TiAl合金的一些力学性能已得到了显著的提高。近期研究发现，合金添加Mo，V和Ag能改善显微组织，在1350度烧结能提高其致密度能达到96%，而抗压缩强度可达到1782MPa。然而，孔隙的难以彻底消除，间隙元素难于控制等问题，还需要不断地克服。
6 结论
TiAl合金因其独特的性能在军工，航空等高技术产业占有重要地位，采用粉末冶金工艺制备TiAl基合金，优势明显，能够制备得精密度很高的制件。在TiAl合金制备技术中，极富吸引力，进而脱颖而出。然而，粉末冶金法制备TiAl基合金技术并不是完美至极的，还有一些工作需要进一步研究和拓展：控制间隙元素和杂质的污染；合金元素的合理选择与添加，改善TiAl合金的性能；进一步完善致密化技术，让显微组织更加均匀细化，消除孔隙缺陷等；进一步研发让生产低成本，高效率，规模化，不但为军用而且为民所用，促进经济的发展。粉末冶金钛铝合金技术有其独特的优势和地位，若得到进一步改进和完善，对我国的经济发展，国力的提升，具有重大意义。
参考文献
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篇3
1.1同步带轮结构特点
1）内部有3个均匀分布的弧形凹槽和3个定位孔；
2）形位精度要求较高，内孔的同轴度公差为0.05mm，齿形跳动度为0.1，中心孔的垂直度为0.03。综上分析，如果选择常规方法加工同步带轮，其形状以及内部微小尺寸控制难度大；如果采用粉末冶金法进行成形，零件的凹槽、定位孔及尺寸精度均可通过模具成形来保证。
1.2成形模具设计原理
粉末冶金成形工艺是由粉末冶金零件压机和粉末冶金模具通过对所需粉末进行装料、加压、脱模等主要工步来完成，并使金属粉末密实成具有一定尺寸、形状、孔隙度和强度坯块的过程。该同步带轮应采用不等高零件成形模具设计原理。
1.3成形速度相等原理
根据不等高零件成形运动规律，在不等高零件成形过程中，必须满足成形前、后粉末质量守恒定律，才能使不同高度区域密度近乎相等，在粉末成形时，零件的不同高度区都在同一时间进行粉末压缩和成形，并且各部分所用成形速率相等，所遵循的原理即为成形速率相等原理。由此可知，在压制不等高零件时，要使不同高度的各个区域遵循成形速率相等原理，从而保证零件不同高度区的平均密度相等。
2同步带轮粉末冶金模具的设计
1）齿形成形通过控制材料的流动方向，成形出理想的形状尺寸，是同步带轮成形模具中最关键的环节。由于成形过程中单位压力增大，载荷集中，因此要求模具工作部位刚性好。另外还应设置过载保护，防止毛坯的超差、材料不均匀等导致的过载。
2）同步带轮属于轴类零件，在成形过程中轴向密度差较大，因此模具应采用芯棒成形结构，以保证同步带轮轴向密度分布均匀。
3）该同步带轮有3个定位孔，应采用芯棒成形结构成形定位孔，可以延长模具使用寿命，提高装配精度。该同步带轮采用德国DORST压机进行压制，铁粉的松装密度约为3.2g/cm3，零件的毛坯密度不得小于6.6g/cm3，为了节约成本，模具配件采用已有的五档同步器齿毂模具配件，例如，垫板、压盖等。由此可知，该同步带轮成形模具的设计主要包括中模、上模冲（2个）、下模冲（3个）、芯棒（2个）的设计。
2.1成形中模的设计
中模主要用于同步带轮的齿形成形，因此采用变模数设计法提高齿形精度。材料选用45号钢，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当热处理后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，中模内径尺寸公差为±0.005mm。影响中模几何尺寸的工艺主要是成形和烧结，因此成形中模设计过程中必须考虑成形回弹率δ和烧结收缩率这2个工艺参数。另外，粉末冶金工艺中的烧结收缩率及成形回弹率在径向和轴向甚至各不相同的截面位置都是各不相同的。一般情况下，收缩率和成形回弹率在轴向的值往往大于在径向的。模具的配合间隙仅在径向得到体现，方法是按制件外径或内孔的相应成形件为基准制造，与之相邻的配合件取配合间隙后，按双向公差加工制造。
2.2上模冲和下模冲的设计
根据同步带轮的结构和成形特点，上模冲主要针对产品上表面形状及轴向尺寸设计，上模冲与中模内腔上半部配合，上模冲设计为上外冲和上内冲。同步带轮内部结构主要由下模冲成形而成，内部有弧形凹槽，深度为3.1mm，圆弧半径为17.28mm，设计模具时应保证凹槽的形状及尺寸。下模冲外形与中模内腔下部配合，下模冲设计为下一冲、下二冲和下三冲，更有利于产品成形和提高产品质量。
3结论
1）在发动机同步带轮粉末冶金成形模具设计中，采用了2个成形芯棒和中模变模数设计法，有效地提高了模具装配精度、齿形精度和使用寿命。
2）根据成形模具设计图纸和模具配合原理，将加工制造的模具进行装机实验并且试生产同步带轮的成形品，经过烧结等工艺，将制造的样品经过装机实验，达到了客户在精度、性能等方面的技术指标，成功开发了某发动机同步带轮成形模具，材料利用率高达98%。
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[关键词] CNTs；镁基；复合材料；制备方法
[中图分类号] TB331 [文献标识码] A 文章编号：1671-0037（2014）01-66-1.5
镁及镁合金具有密度低，比强度、比刚度高，铸造性能和切削加工性好等优点，被广泛应用于汽车、航空、航天、通讯、光学仪器和计算机制造业。但镁合金强度低，耐腐蚀性能差严重阻碍其广泛应用。
碳纳米管不仅具有极高的强度、韧性和弹性模量，而且具有良好的导电性能，还是目前最好的导热材料。这些独特的性能使之特别适宜作为复合材料的纳米增强相。近年来，碳纳米管作为金属的增强材料来强度、硬度、耐摩擦、磨损性能以及热稳定性等方面发挥了重要作用。
近些年，镁基复合材料成为了金属基复合材料领域的新兴研究热点之一，碳纳米管增强镁基复合材料的研究也逐渐成为材料学者研究重点之一。本文就目前有关碳纳米管增强镁基合金复合材料的制备技术做综述，以供研究者参考。
1 熔体搅拌法
熔体搅拌法是通过机械或电磁搅拌使增强相充分弥散到基体熔体中，最终凝固成形的工艺方法。主要原理是利用高速旋转的搅拌器搅动金属熔体，将CNTS加入到熔体漩涡中，依靠漩涡的负压抽吸作用使CNTS进入金属熔体中，并随着熔体的强烈流动迅速扩散[1]。
周国华[2]等人采用搅拌铸造法制备了CNTs/AM60镁基复合材料。研究采用机械搅拌法，在精炼处理后，在机械搅拌过程下不断加入碳纳米管到镁熔体中，搅拌时间20 min，然后采用真空吸铸法制得拉伸试样。研究结果显示，碳纳米管具有细化镁合金组织的作用，在拉伸过程中，能够起到搭接晶粒和承载变形抗力的作用。
C.S.Goh[3]等采用搅拌铸造法制备了CNTS / Mg基复合材料时，金属熔化后采用搅拌桨以450 r / min的转速搅拌，然后用氩气喷枪将熔体均匀地喷射沉积到基板上，从而制得CNTS / Mg基复合材料。力学性能测试表明，复合材料具有较好的力学性能。
李四年[4]等人采用液态搅拌铸造法制备了CNTS/Mg基复合材料。CNTS加入前首先经过了化学镀镍处理，研究采用了正交实验，考察了CNTS加入量、加入温度和搅拌时间对复合材料组织和性能的影响。研究结果表表明，CNTS加入量在1.0%、加热温度在680 ℃、搅拌3 min时，能获得综合性能较好的复合材料。
搅拌铸造法优点是工艺简单、成本低、操作简单，因此在研究CNTS增强镁基复合材料方面得到广泛应用。但搅拌铸造法在熔炼和浇铸时，金属镁液容易氧化，CNTS均匀地分散到基体中也存在一定难度。
2 消失模铸造法
消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型黏结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。
周国华[5]等人就通过消失模铸造法制备CNTs / ZM5镁合金复合材料。将PVC母粒加入到二甲苯中溶解，把CNTs加入上述溶液中超声分散10 min后过滤、静置20 h，装入发泡模具发泡成型，用线切割机加工制得消失模。把制得的含碳纳米管的消失模具放入砂箱内，填满砂并紧实，将自行配制的ZM5镁合金熔体浇注制得复合材料。实验结果表明，碳纳米管对镁合金有较强的增强效果，对ZM5合金的晶粒有明显的细化作用。
3 粉末冶金法
粉末冶金法是把CNTS与镁合金基体粉末进行机械混合，通过模压等方法制坯，然后加入到合金两相区进行烧结成型的一种成型工艺。粉末冶金法的优点在于合金成分体积分数可任意配比而且分布比较均匀，可以避免在铸造过程中产生的成分偏析现象，而且由于烧结温度是在合金两相区进行，能够避免由于高温产生的氧化等问题。
沈金龙[6]等人采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料。试验采用CCl4作为分散剂将镁粉和CNTS混合，在室温下将混合粉末采用双向压制成型后进行真空烧结，制成碳纳米/强镁基复合材料。研究结果表明：碳纳米管提高了复合材料的硬度和强度，镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化。
Carreno-Morelli[7]等利用真空热压烧结粉末冶金法制备了碳纳米管增强镁基复合材料。研究发现，当CNTs含量为2%时，复合材料的弹性模量提高9%。
杨益利用利用粉末冶金法，制备了碳纳米管增强镁基复合材料，研究了碳纳米管制备工艺和含量对复合材料组织和性能的影响。研究采用真空热压烧结技术，通过研究发现，在热压温度为600 ℃、保压时间20 min、保压压力在20MPa、CNTS含量为1.0%时，制得的复合材料具有强度最高值。TEM分析CNTS与镁基体结合良好，增强机理主要有复合强化、桥连强化和细晶强化。
4 熔体浸渗法
熔体浸渗法是先把增强相预制成形，然后将合金熔体倾入，在熔体的毛细现象作用下或者一定的压力下使其浸渗到预制体间隙而达到复合化的目的。按施压方式可以分为压力浸渗、无压浸掺和负压浸渗三种。
Shimizu等采用无压渗透的方法制备了碳纳米管增强镁基复合材料，随后进行了热挤压，力学性能测试显示，抗拉强度达到了388MPa、韧性提高了5%。
5 预制块铸造法
周国华等人采用碳纳米管预制块铸造法制备了CNTS / AZ91镁基复合材料。将AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后，用50目不锈钢网筛过滤后在模具中压制成预制块。然后利用钟罩将预制块压入镁熔体并缓慢搅拌至预制块完全溶解，采用真空吸铸法制得复合材料试样。研究结果表明，预制块铸造法能够使CNTs均匀分散到镁合金熔体中，复合材料的晶粒组织得到细化，力学性能明显提高。
6 结语
近年来，CNTs在增强镁基复合材料的研究越来越多，目前存在的主要问题是CNTs的分散和与基体界面的结合等问题。由于但碳纳米管具有高的比表面能，使其在与其他材料的复合过程中易形成团聚，导致复合材料性能不甚理想，最终起不到纳米增强相的效果，同时碳纳米管属轻质纳米纤维，与各类金属的比重相差太大，不易复合。目前有关碳纳米管增强镁基合金复合材料的研究还处于初期阶段，随着技术的不断发展，新工艺和新方法不断出现，CNTs的分散及与基体的界面结合等问题将逐渐被解决，开发出性能优异的CNTs / Mg基复合材料将有着重要的意义。
参考文献：
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[2]周国华，曾效舒，袁秋红.铸造法制备CNTS/AM60镁基复合材料的研究[J].铸造，2009，58（1）：43-46.
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[8]杨益.碳纳米管增强镁基复合材料的制备与性能研究[D].北京：国防科学技术大学硕士论文，2006.
收稿日期：2013年12月12日。
基金项目：郑州市科技攻关项目（20130839），黄河科技学院大学生创新创业实践训练计划项目（2013XSCX025）。
篇5
关键词： 高强高导；TiB2Cu基复合材料；研究现状；展望
中图分类号： TB331文献标识码： A
Research Situation and Prospects for High Strength and High
Electrical Conductivity TiB2Cu Matrix Composites
HE Daihua， LIU Ping， LIU Xinkuan， MA Fengcang， LI Wei，
CHEN Xiaohong， GUO Kuixuan， LIU Ting
（School of Materials Science and Engineering， University of Shanghai for
Science and Technology， Shanghai 200093， China）
Abstract： The TiB2Cu matrix composites with excellent performances of high strength and high electric conductivity have extensive application prospects.In the paper，we focus on the fabrication techniques of TiB2Cu matrix composites.The prospects for the composites are also presented.
Key words： high strength and high electric conductivity；TiB2Cu matrix composites；research situation；prospect
0前言
高强度导电材料在航空、航天、电工及电子等行业有着极为广泛的用途，如电车及电力火车架空导线、大容量触头开关、电阻焊电极、电触头、集成电路引线框架等，都需要既具有高导电导热性又具有高强度的耐热稳定性材料[1].铜基复合材料具有高耐热稳定性和高强高导的特点，克服了传统铜合金的某些不足，大大提高了使用温度范围，能较好地满足以上需求，因此，铜基复合材料近年来得到了较大的发展.
利用弥散耐热稳定性好的陶瓷粒子强化铜基体是一种很好的方法.其中TiB2陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、高弹性模量，耐磨性好，热膨胀系数较低和高导电导热等特性，同其他陶瓷增强材料相比，它使金属的导电率、热导率下降量较小，使得TiB2Cu基复合材料具有较高的导电率和高的软化温度，因而TiB2作为铜基增强相的研究，已成为复合材料研究领域的一大热点[23].TiB2Cu基复合材料既具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的高温性能，被认为是极有发展潜力和应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国的高度重视[45].
TiB2增强铜基复合材料的力学性能，主要取决于铜基体、增强体的性能以及增强体与铜基体之间界面的特性.用于制备TiB2Cu基复合材料的传统方法，主要是非原位复合方式，即直接添加陶瓷强化粒子到熔融或粉末基体中，强化相与陶瓷金属基复合材料的合成不是同步完成.但外加的增强颗粒往往比较粗大，增强体与基体润湿性差，颗粒/基体界面反应始终是影响传统搅拌铸造和粉末冶金的技术难题[6].本文主要介绍了目前较有发展前途的、能使第二相弥散分布于基体中、甚至具有纳米级颗粒增强铜基复合材料的原位复合制备方法.
上海有色金属第34卷
第1期何代华，等：高强高导TiB2Cu基复合材料的研究现状及展望
1纳米级颗粒增强铜基复合材料的制备方法1.1机械合金化法
机械合金化法（MA）是Benjamin[7]等于20世纪60年代为解决TiB2Cu基复合材料中的浸润性问题而最先提出的，其原理是利用固态粉末直接形成合金的一种方法，后来为广大学者接受并广泛使用.
Biselli[7]等在1994年利用机械合金化法球磨Cu、Ti和B粉，经适当的热处理制取出TiB2Cu复合材料.X射线衍射和EDS分析表明，球磨粉只有加热到600℃附近才反应生成TiB2，到800℃附近反应完成.TEM观察发现，Cu5%（体积百分比）TiB2合金700℃挤压后在晶粒内部和晶界上分布有5～15 nm的TiB2粒子.球磨粉在退火初期，硬度不断增加，到600℃附近达峰值，这是由于Ti和B粉发生反应生成稳定的硼化物所致，更高温度时硬度稍有降低，但降幅很小.西安交通大学董仕节[89]等研究了烧结工艺和TiB2含量对TiB2增强铜基复合材料性能的影响.提出TiB2/Cu复合材料导电率定量计算公式如下[10]：σ=σ01-11+0.87/c（1）σ为铜基复合材料导电率，σ0为基体铜的导电率，c为TiB2体积含量.
李京徽[11]采用机械合金化方法，先球磨制备CuTiB2复合粉末，然后通过压制烧结方法制备CuTiB2复合材料.提出了机械合金化法制备CuTiB2复合材料的合理工艺是：球磨时间60 h，压制压力400 MPa，烧结温度900℃，保温时间2.5 h.
机械合金化法是在固态下实现合金化，不经过气相、液相，不受物质的蒸汽压、熔点等物理特性因素的制约，使过去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化、远离热力学平衡的准稳态、非平衡态及新物质合成等成为可能；增强相与基体具有很好的结合性；增强相颗粒分布均匀，尺寸细小.唯一的缺点是制备过程中可能带入杂质，纯度不够高.
1.2自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法（SHS）是1967年由前苏联学者Merzhannov等发明的，是利用放热反应使混合体系的反应自发地持续进行，生成金属陶瓷或金属间化合物的一种方法.刘利[12]等采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物特性（温度、燃烧速度及产物等）的影响.研究结果表明，在体系中添加一定的金属钼或铁，明显改善了体系的润湿性；钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀，大大降低了产物孔隙率.同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸.
SHS法制备金属基复合材料有生产过程简单、反应迅速、反应温度高以及易获得复杂相或亚稳定相和应用范围广等特点.但缺点是反应难以控制，产品空隙率高，难以获得高密度的产品，不能严格控制反应过程和产品的性能，所用原料往往可燃、易爆或有毒，需要采取特殊的安全措施.
1.3粉末冶金法
粉末冶金法是生产铜及铜基复合材料结构件、摩擦材料和高导电材料的重要方法[13].制备TiB2Cu一般采用直接混合法和包覆混合法制取[14].主要工艺过程包括：（1）制取复合粉末；（2）复合粉末成型；（3）复合粉末烧结.吴波[1516]等以Cu、Ti、B4C合金粉末为原料，制备了TiB2Cu复合材料，得出最佳工艺参数为：以TiB2理论生成量为5%（质量分数）配料，在800 MPa压力下对球磨后的合金粉末进行模压，在1 273℃经4.5 h保温烧结，经原位反应可获得TiB100弥散增强的铜基复合材料.试样的导电率为：20.2%IACS，硬度（HV）为161.张剑平[6]等采用粉末冶金法制备了TiB2Cu复合材料，研究了真空加热烧结和微波烧结两种不同烧结方式对该复合材料组织和性能的影响.
粉末冶金法是最早用来制造金属基复合材料的方法，虽然有很多优点，如可实现多种类型的复合，充分发挥各组分材料的特性，是一种低成本生产高性能复合材料的工艺技术.但由于基体和增强相在尺寸、形状和物理化学性能上有很多差别，提高TiB2增强相与铜基体的润湿性，提高基体与增强相之间的界面结合强度，从而提高复合材料的综合性能，将依然是TiB2Cu基复合材料的研究方向.
1.4喷射沉积法
喷射沉积法制备TiB2Cu基复合材料，主要包括传统喷射沉积法和反应喷射沉积法.传统喷射沉积法是熔炼好含反应元素的合金后再进行喷射沉积[17].此方法是在铜合金熔体内反应元素间发生化学反应生成弥散粒子，然后利用喷射沉积法使强化粒子均匀分布在铜基体内.反应喷射沉积法是利用液滴与反应气体、注入的粒子或不同合金的液滴间发生原位化学反应合成弥散强化铜合金[1819].在反应喷射沉积过程中，由于液滴的比表面积大和处在高温状态，能使反应元素间在液滴飞行过程中或在沉积后，能在铜基体内部原位合成细小的弥散强化相.喷射沉积法的优点主要是：晶粒细小，无宏观偏析、颗粒均匀分布于基体中；一次性快速复合成坯料，生产工艺简单，效率高.
2高强高导TiB2Cu基复合材料的研究展望随着复合材料技术的发展，原位复合法得到了迅速发展，该材料以其独特的优点，在高强高导电性TiB2Cu基复合材料的制备方面显示出巨大的应用潜力和良好的发展前景.高强度导电TiB2Cu基复合材料是综合性能优良的新兴材料，这类材料在现代国防和民用工业领域有着很大的应用潜力.自20世纪70年代以来，高强度导电铜基材料的开发研究一直非常活跃，除了开发出多种高强度导电铜基复合材料外，还派生和创造出许多新的制备技术，对此类材料的基础理论也开展了广泛的研究.现有的高强度导电TiB2Cu基材料的开发及制备技术还存在诸多难题，我国在这方面的研制与发达国家相比还存在较大差距.因此，借鉴国外经验，今后的研发工作主要着眼于以下几个方面：
（1） 对现有制备工艺的研究和改进.如在传统的粉末冶金法中引入由微波加热与基座辐射加热相结合的新型工艺；原位合成技术与粉末冶金技术的综合运用等，由单一的制备方法向几种工艺相复合的方向发展.
（2） TiB2增强相向超细化、纳米化方向发展.纳米增强相尺寸较小，容易聚集，所以可使纳米增强相的表面改性；TiB2纳米粒子与基体的界面相互作用机制，可优化界面结构，充分发挥界面的增强效应；纳米TiB2增强相在铜基体中更加均匀弥散地分布等是研究的热点.
（3） 增强相也由单一的TiB2颗粒向复合陶瓷颗粒方面发展.如增加TiB2和Al2O3两相颗粒进行复合增强.
（4） 充分发挥材料的设计自由性，探索高性能、低成本和容易大规模生产的TiB2Cu铜基复合材料的制备工艺，推进高强度导电材料的产业化应用，将成为今后研究的重要课题.
3结束语
基于TiB2Cu基复合材料优良的导电性、高强度和耐高温等一系列优异性能，今后围绕其导电性和强度展开研究仍是一个热点，进而简化工艺流程、降低生产成本，逐渐工业化也是今后的研究方向.特别是随着我国高铁系统的发展，TiB2Cu基复合材料的需求缺口很大，所带来的市场经济效益相当可观.
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篇6
（延安大学物理与电子信息学院， 延安 716000）
摘要： 论文详细介绍了泡沫镁的几种常用制备工艺，并论述了各种制备工艺的优缺点。另外，对泡沫镁的性能及其应用领域做了简要概括。
关键词 ： 泡沫镁；制备；性能；应用
中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0141-02
基金项目：国家大学生创新训练计划项目阶段性成果（201210719027）；延安市科技计划项目成果（2011kg-12）。
作者简介：杨慧华（1992-），女，重庆人，硕士研究生，主要从事新型功能材料的研发。
0 引言
泡沫金属由于低密度、高比强度、高比刚度、吸能性能、阻尼性能、吸声、隔热性能好，一直备受国内外相关研究者对其制备、性能及其应用的关注[1，2]。目前，已经发展了铸造渗流法、粉末冶金法、熔体发泡法等有关泡沫金属的制备方法。作为结构材料，泡沫镁具有更好的阻尼减震能力，优良的抗电磁干扰性、良好的导热性、还可作为生物材料，此外镁合金还易于回收利用，然而对其性能的研究主要集中在制备工艺及其力学性能和仿生性能三个方面。近年来，我国在镁合金的生产利用上取得了长足的进步，并在汽车等民用工业领域及航空、航天等军工领域有了很大程度的进展，国外也一直致力于泡沫镁材料的制备与应用研究，镁合金越来越多的被用于汽车发动机的重要零部件，赛车及高档车的轮毂也开始逐步采用镁合金。此外作为生物材料，泡沫镁将发挥其生物相容性、可降解吸收等独特的性能优势，应用于松质骨修复和骨组织工程支架材料，在医学领域具有广阔的应用前景。
1 泡沫镁的制备工艺
1.1 粉末冶金法
粉末冶金法是一种制备泡沫镁非常有前景的制备工艺，该制备方法工艺简单，成本低廉，而且，采用该方法制备的泡沫镁成分均匀无缩孔，可以实现材料的近净成形。粉末冶金法制备泡沫镁工艺流程如图1所示，大致可以分成以下5个阶段：①将尿素颗粒和镁粉末均匀混合，混合过程可加入适量的无水乙醇，使混合均匀；②将混合物置于模具中，采用单轴压制的方式，压制成型；③脱溶处理，将坯体沉浸于去离子水中，使坯体中尿素颗粒90%溶解于水中；④干燥处理，将多孔坯体置于真空干燥箱中加热至120℃保温2小时，去除多孔坯体中多余的水分及残余的尿素；⑤真空烧结，高温状态下真空烧结两小时，使镁颗粒之间由机械结合转变成冶金结合。此方法制备的不同孔径尺寸的泡沫镁试样的形貌如图2所示。
1.2 渗流铸造法
渗流铸造法是制造泡沫金属的另一种主要方法，国内南昌大学较早使用负压渗流法制备出泡沫镁合金，其基本原理是迫使熔融金属—镁液进入填料粒子间隙，冷却成型后去除填料粒子形成泡沫镁，真空渗流原理图如图3所示。
渗流铸造法所选用的填料粒子非常关键，填料粒子的选择一般具有如下条件：①熔点高于金属；②易于去除；③对金属无腐蚀。实验上常选用NaCl和MgSO4作为填料粒子来制备泡沫镁，但是，NaCl对镁具有较强的腐蚀性，容易使泡沫镁产品溃散，因此，常选用MgSO4来作为填料粒子。渗流铸造法的优势是可以得到孔隙均匀，结构理想，力学性能优良的产品，并且工艺过程可变因素少，易于控制、操作简单。采用渗流铸造法制备的泡沫镁样品宏观形貌如图4所示。
1.3 熔体发泡法
熔体发泡法制备泡沫金属的原理就是在熔融的金属中产生大量的气泡，等到熔融金属冷却后，滞留在其中的气体便在金属中形成气孔，形成泡沫金属[6]。熔体发泡法制备泡沫镁已经发展为一项成熟的工艺。熔体发泡法通常采用的发泡剂为TiH2，但是采用该发泡剂制备出泡沫镁合金却是很难的。南昌航空大学采用MgCO3作为熔体发泡剂，成功制备出泡沫镁合金材料。在熔体发泡工艺的过程中，需要增加合金熔体的黏度；因此制备泡沫镁合金时可以在熔体中混入分散的耐高温的固相物质的微小颗粒，如选用SiC颗粒。
熔体发泡法的整个工艺过程容易进行，具有可批量机械化生产的有利条件，不足之处在于发泡过程的影响因素较多且敏感，将导致孔隙的成型不够稳定以及孔隙的结构受到影响等问题。
另外制备泡沫镁还可以采用熔模铸造法、定向凝固法、真空发泡法等方法。各种制备工艺都具有自己独特的优势，同时也不可避免的存在不足，这些制备工艺不仅仅适用于制备泡沫镁，可以拓宽至其它泡沫金属的制备，如泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜等。实验上，应该针对金属种类的不同选择合适的制备工艺，力求得到高质量的泡沫产品。
2 泡沫镁的性能及其应用
泡沫镁作为一种多孔金属，其独特的结构特点决定了其作为结构材料和功能材料具有比实体金属不可比拟的优势。泡沫镁的特殊性能主要表现在吸声性能、阻尼性能、能量吸收性能、防爆破冲击性能、仿生性能、电磁屏蔽性能等方面，这些特殊的性能使得泡沫镁在不同的领域具有应用价值。
泡沫镁的高孔隙率结构使其具有良好的吸声性能，当声波进入泡沫镁中，其流动阻力会升高造成粘性损失，另外，声波与泡沫镁表面的热量交换会造成热损失[7]。利用其吸声性能，可以将泡沫镁制作成消音材料如隧道中的消音板、工厂中的防声墙，还可以制作成鱼雷的隔音板应用于国防领域。
泡沫镁可以看作是由三维网状金属骨架和孔洞所组成的复合材料。当泡沫镁受外力作用时，基体中产生的复杂的不均匀的应变导致缺陷区域原子重排，造成能量耗散。因此，泡沫镁可以作为一种新型轻质高阻尼材料。在军工领域，泡沫镁可以被用于制造坦克变速箱、传动箱，喷气机控制盘的外壳等；在机械工业中，可被作为机床轴承构件，以此来降低仪器振动噪音，提高其使用寿命和仪器仪表的精确性。
研究表明，泡沫镁具有很好的生物相容性、力学相容性和生物降解性，并且具有利于细胞生长的孔结构，因此，泡沫镁可以作为理想的仿生材料用于替代人体的骨骼[8]。目前，作为仿生材料的使用瓶颈是如何解决其在人体组织中耐腐蚀性较差的难题。通常所采用的方法是对其表面进行改性处理，使其成为可植入人体的有效的仿生材料。
泡沫镁的吸能和抗冲击性能可以使其发展为有效的防震材料，应用于精密仪器的包装外壳；也可用于制造缓冲器，用于汽车车身外壳。泡沫镁对电磁波具有很强的吸收和反射能力，其电磁屏蔽性能好，因此，可以将其用于制作精密电子仪器的外壳。
3 结语
论文简要介绍了泡沫镁的几种制备工艺，并对各种制备工艺的优势及需要注意的问题做了作了阐释。泡沫镁作为结构和功能统一为一体的新型轻质材料，由于其特定的结构性能，在较多领域具有应用前景。目前，泡沫镁的一些性能被开发出来，也在一定的领域的到应用，但其尚不能在实际中的到广泛应用，因此，要使泡沫镁真正走入市场，研究者还需对其各方面的性能进行深入研究，进一步拓宽其应用范围。
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篇7
关键词：铜合金电接触材料；粉末冶金法；双层产品
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0063-02
CuWWC复合材料是由Cu、W、WC所组成的三相均匀分布的既不互溶又不形成化合物的一类复合材料，兼有Cu的高导电、导热率、塑形及易加工性和W的高熔点、高比重、抗电蚀性、抗熔焊性、高的高温强度以及WC的高熔点、高硬度性能，在真空接触器上得到了广泛的应用。
1 CuWWC/Cu制造工艺
1.1 合金粉末制备过程
将W粉与WC粉以1∶1的比例进行V型混粉机混粉，然后在真空烧结炉中进行烧结，后进行破碎过筛，将其与配料中剩余的W粉、Cu粉以一定比例进行混合，在钼棒炉中进行粉料烧结、破碎、过筛。以上述方法制备CuWWC的
粉末。
1.2 试验工艺流程
CuWWC合金粉制备初压压制溶渗烧结外观加
工清洗。
1.3 溶渗烧结工艺
叠层溶渗，就是用熔点比骨架熔点低的金属或合金置于金属粉末压制后预烧结或未烧结的多孔体骨架上面或者下面进行的溶渗。
采用一般叠层溶渗烧结方式的产品，其溶渗烧结方式为溶渗Cu片放置在基体CuWWC上面，在烧结炉内一定气氛与温度、时间下，溶渗Cu熔化进入基体CuWWC骨架结构里面，其中一部分Cu片熔化填满基体骨架，另外一部分溶渗Cu片留在基体上面形成Cu层，即烧结结束之后，在垂直方向上Cu层与基体CuWWC为上下结构。通常采用这种方式烧结的产品，其Cu层以“鼓包”的形式堆积在基体上面，难以做到Cu层平整以及Cu层在0.6mm左右。而且Cu层以“鼓包”形式存在的电接触材料CuWWC/Cu在加工Cu层时难度也比较大。对烧结环境的要求也比较高，如果烧结炉真空度不足的话，极易使Cu层里面存有气孔。为了改善上述制作方法，采用垂直溶渗烧结，即溶渗Cu片放置在基体CuWWC上面，但是基体的放置位置发生变化，与一般叠层熔渗烧结相比较，基体CuWWC的放置旋转90°，在烧结炉一定气氛、温度与时间下，溶渗Cu一部分熔化进入基体骨架里面，一部分在基体的侧面由液体成为固体凝固下来形成Cu层，即烧结结束后，在垂直方向上，Cu层与基体CuWWC为左右结构。采用这种方法制作CuWWC/Cu双层产品Φ22×3.2，Cu层要求厚度在0.6mm左右，平整，Cu层里面没有气孔。
1.4 溶渗烧结试验
1.4.1 烧结时烧舟的设计。由于Cu层在基体CuWWC压坯的侧面形成，所以需要对烧舟进行特殊设计。在垂直方向上，烧舟一侧根据Cu层厚度的要求设计Cu层最后形成所需要的空间，另外一侧根据基体CuWWC骨架的尺寸设计压坯所需要的空间，同时在Cu层与基体CuWWC骨架所在烧舟空间的上方设计溶渗Cu的放置位置以及便于溶渗Cu熔化流入基体CuWWC骨架与Cu层空间的导槽。这里对溶渗Cu熔化经过的导槽设计要求比较严格，如果导槽设计不合理，会影响溶渗Cu在熔化时溶渗进入骨架与形成Cu层，导致Cu层短缺或者是Cu层不平整以及出现孔洞。
1.4.2 烧结温度与时间。由于Cu的熔点是1083℃，所以选择比Cu的熔点稍高的温度进行溶渗烧结。
表1 CuWWC/Cu溶渗烧结温度与时间的影响
溶渗烧结温度（℃） 溶渗时间（min） 气氛 结果
1100 12 氢气 不良
1100 18 氢气 良好
1150 12 氢气 不良
1150 18 氢气 不良
1200 12 氢气 不良
1200 18 氢气 不良
采用1100℃，12min烧结参数制作的产品，由于烧结时间比较短，部分产品溶渗Cu没有很好地熔化进行溶渗导槽，造成Cu层位置Cu短缺（图1）。
采用1100℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞（Cu层车削0.2～0.3mm）（图2）。
图1 Cu层Cu短缺 图2 产品里面没有气孔
采用1150℃，12min烧结参数制作的产品由于烧结时间比较短，部分产品溶渗Cu没有很好地熔化进行溶渗导槽，造成Cu层位置Cu短缺。
采用1150℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是部分产品在烧结结束之后容易被氧化。
采用1200℃，12min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是全部产品在烧结结束之后被氧化。
采用1200℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是全部产品在烧结结束之后被氧化。
所以，根据以上实验结果，烧结工艺参数1100℃，18min，氢气气氛为最佳产品制造参数。
1.4.3 溶渗Cu量的影响。由于采用垂直烧结方式进行制作，在溶渗烧结过程中，溶渗Cu的量对产品制作结果也有着影响。计算了3个Φ22×3.2的溶渗Cu的重量，对比3组Cu量对产品烧结结果的影响。
方式1计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量。
方式2计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量+溶渗Cu导槽Cu量。
方式3计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量+（溶渗Cu导槽Cu量）×2。
表2 不同溶渗Cu量对产品结果的影响
溶渗Cu量计算方式 溶渗Cu量（g） 结果
方式1 6.5 不良
方式2 8.5 良品
方式3 10.5 良品
采用6.5g溶渗Cu量制作的产品，部分产品出现溶渗Cu留在导槽处，导致Cu层短缺，一部分产品虽然Cu层平整，但是Cu层有气孔，不良。
采用8.5g溶渗Cu量制作的产品，Cu层平整（图3、图4），而且没有气孔，效果良好，Cu层达到0.6mm左右（图5），50X金相显微结构检测，Cu层厚度为0.677mm。在溶渗过程中，气体随着溶渗Cu向下流动时向上移动到导槽处的Cu位置，从而避免了Cu层气孔的产生。加工成品时需要将导槽处形成的Cu去掉即可。
图3 Cu层面平整 图4 CuWWC/Cu工作面
采用10.5g溶渗Cu量制作的产品，Cu层平整，而且没有气孔，Cu层厚度0.6mm左右，但是导槽处Cu量比较多：一是材料的使用量过多、成本高，二是给成品的加工带来复杂度。
通过以上实验，最终将溶渗Cu量设定在方式2的计算方法上。
图5 CuWWC/Cu产品Cu层厚度测量50X
2 结语
通过上述实验，制作CuWWC/Cu双层产品，Cu层在0.6mm左右，且Cu层没有气孔，主要从以下三点可以实现产品的制作：（1）溶渗烧舟设计；（2）溶渗温度、时间、气氛；（3）溶渗量计算。
采用这种方法制作的产品已经实现了生产化，应用商开始了使用。
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篇8
关键词：材料成型；控制工程；金属材料加工
1材料成型与控制工艺的概述
材料成型与控制工艺中包含多种加工工艺，它会根据金属原料的性质进行选择，有的金属材料需要通过多种技术才能成型。当然也需要相关的研究人员不断的深入研究分析，进行相关的实验，选择恰当的成型工艺，提高材料的耐磨性和抗压性，并保证金属材料的可塑造性。材料成型及控制技术主要分为铸造技术、焊接技术和锻压技术，它不仅可以适用于制造业当中，还能促进能源领域和建筑领域的发展。
2金属材料挑选的原则
2.1使用性原则
金属材料挑选时需要遵循的使用性原则，能够保证产品完成规定的功能，确保金属材料的可塑造性和可使用性。第一需要充分考虑产品功能要求，根据需要加工的零件产品，以及其主要的使用要求，相关的性能和使用寿命等等来选择相适应的金属材料。第二是在产品结构方面，金属材料的结构不同，在成型加工过程中选择的工艺也各不相同，最终所呈现出来的性质也存在较大的差异性。因此应当合理的选择金属材料的结构。第三是需要充分考虑使用的安全性能，预测材料在加工中和成型使用后有可能出现的危险，做好防范措施。第四要注意其工作环境，工作环境中的各种外部因素对金属材料也会造成一定的影响，例如温度湿度，腐蚀性，冲击，振动等等，需要提供一个良好的工作环境，才能确保金属材料性能得到充分的发挥，并保证金属材料加工的质量问题。
2.2环境性原则
选择金属材料遵循环境性原则，主要包括以下两点，第一是尽量选择不加任何涂层镀层的原材料。现如今大部分的金属材料为了达到美观防腐等多种要求，因此在设计中会加入涂层镀层。但是涂层工艺本身含有有毒物质，对环境造成了严重的影响，在材料废弃后难以投入到回收利用当中，并对环境造成了极大的污染。例如电镀层中含有铬或其他重金属，严重污染环境。第二是减少使用材料的种类。要求设计师在选择材料时，尽可能的减少多类材料共同使用，使用较少的材料种类来设计零件，不仅便于零件的生产、分类管理，简化了零件的结构，而且在后续回收某种材料时也能更加便利。
3金属材料在成型过程中的加工工艺
3.1提高焊接质量
在金属材料加工过程中，焊接质量也会影响到材料是否合格。因此要提高焊接技术，对各个环节进行严格的把关，做好质量控制工作，才能避免金属材料在焊接过程中出现质量不合格的问题。提高对生产环节的重视程度，尽可能的减少一些操作失误，避免出现因失误导致的安全事故，根据焊接流程建立完善的管理制度，控制好焊接质量并做好应急预案，一旦出现生产问题，便启动应急预案进行解决，及时处理出现的质量问题，控制好生产流程，避免出现更多的生产事故。要做好对焊接工艺的分析工作，及时发现公寓中存在的一些问题，并进行调整，逐步提高技术水平，优化整个工艺过程。
3.2机械加工成型法
机械加工成型法主要是应用以金刚刀为代表的金属切割刀，将金刚刀和一些复合材料拼接在一起，可以实现精加工，一般以铝基复合材料为主。金刚石刀具对金属复合材料的加工形式主要包括车削、钻削和铣削三种形式。车削主要是利用硬合金刀具对材料进行切割，在加工过程中需要加入乳化液冷却这一过程中产生的热量。钻削主要是采用了传统的麻花钻头进行加工，加入了切削液进行强化处理。铣削主要是在一定粘合剂基础上进行加工。
3.3粉末冶金成型方法
粉末冶金成型技术形成的时期最早，因此具有丰富的实践经验，在我国工业发展过程中的应用十分广泛。该项技术最早是用来制作复合材料零件的，主要适用于体积较小，形状简单的比较精细的零件加工，工艺流程比较简单，在实际的加工中取得了显著的效果。该项技术具有可调节、界面反应小等特点，随着科学技术的不断发展，粉末冶金技术也在不断的升级和改善，在制造业中有着十分广泛的应用。利用粉末冶金技术生产出来的金属制品，具有较强的耐磨性而且强度较大。成型的方式一般分为压制成型，注射成型和3d打印成型。
3.4采用铸造成型工艺
铸造成型工艺也是金属材料加工中一种常用的方式。在金属加工的过程中，会添加一些增强颗粒，金属熔体的流动性和粘合度由于受到增强颗粒的影响，从而出现各种不同的情况，改变了物质本身的特征。其他物质也会受到各种因素的影响发生化学反应。针对这一情况，在金属材料加工过程中需要加强对成型过程的监督观察管理，时刻关注温度的变化，做好温度的控制工作，在适宜的温度情况下添加增强颗粒，确保增强颗粒发挥自身的效能，同时又不会和材料发生界面反应，影响材料的质量。只有做好温度的把控工作，才能确保在金属熔体粘合度适宜的情况下进行模具的浇筑，保障金属材料加工的质量和加工效率。在观察过程中，工作人员需要记录好温度的变化，出现的情况以及恒温时间，做好应急预案，针对温度的变化，选择恰当的方式进行处理。这种加工方式并不适用于每一种金属材料，因此需要根据材料的情况进行选择。
3.5挤压和锻模塑性成型
在金属材料加工过程中，另一种常用的方法是挤压和锻模塑性成型。在金属材料加工的过程中，如果金属材料和模具直接接触，那么在实际的加工过程中，便会对金属材料表面的光滑性造成影响，不仅影响了技术材料的外观美观，而且还影响了材料的质量问题，因此在加工过程中采用挤压和锻模塑性成型这一加工方式，主要是在加工过程中，利用模具等对零件涂抹剂及涂层，减少加工过程中机械加工产生的阻力，在日常的机械加工工作中，这种加工方式可以降低一部分摩擦力提高工作效率，同时也保障了加工的质量问题。
3.6砂带磨削技术
砂带磨削技术是一种新型的高效磨抛工艺，它主要是根据工件的形状，通过接触方式对工件表面进行磨削研磨和抛光。它是一种特殊的多刀多刃切削工具，该技术通过和工件表面相互作用，从而实现加工主要分为滑擦、耕犁和切削三个阶段。滑擦指的是磨粒与工件表面相互接触，表面会发生弹塑性变形。耕犁指的是随着磨削用量的增加，磨粒和工件表面的接触变大，材料的表面发生了塑性流动，这一阶段会切除少量的材料。切削是最后一阶段，会在压力作用和温度条件下实施真正的切削，切除大量的材料。
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[关键词]任务和要求 教学中注意的问题 建议
[中图分类号]G71 [文献标识码]A [文章编号]1006-5962（2013）07（a）-0040-01
1.模具设计的一般步骤
（1）选定精整方式及精整模具尺寸，由精整余量烧结件尺寸；（2）由烧结材料的烧结收缩率压坯尺寸；（3）由压坯尺寸成形模具尺寸
1）成形：假设粉末冶金制品的形状如下图所示，当粉末在模具中成形时，加压后将会使阴模与第一下模冲产生径向应变。待压坯由模具中脱出时，内应力得以释放，径向产生膨胀，表现为压制回弹。
为减小压制回弹，可以选用硬质合金来提高阴模刚性。成形后的压坯C部分比B部分回弹要大，主要是因为C部分成形时主要与模冲接触，而模冲因受形状的制约，无法用提高阴模刚性的办法来提高模冲的刚性。
2）烧结：烧结收缩量：压坯经过烧结后，一般会产生尺寸变化，或收缩或膨胀，统称为烧结收缩量。
对烧结收缩量的影响因素：
（1）压坯的化学成份：含Cu压坯一般会产生明显膨胀，加入P，Ni等元素会产生收缩。（2）烧结温度：温度越高，收缩越明显（3）压坯密度：成分相同时，密度越低收缩越大（4）烧结气氛
3）精整：精整时径向与高度方向尺寸的变化有所不同：
径向：尺寸会产生回弹，且回弹在压力增高时加大
高度：尺寸随施加与制品的压力不同而不同。
二者之间具有相互关系。
故在确定烧结制品尺寸和压坯尺寸时，必须清楚：当施加必要的压力进行精整时，高度方向的变形量是多少。
精整（复压）时压坯高度方向的尺寸变化和模具的变形
三种精整方式：1）箍外径，胀内径：烧结件外径比精整阴模内径尺寸大，烧结件内径比芯棒直径尺寸小。
2）外箍内：将烧结件装于模具内，用上下模冲加压，使烧结件与模具密切接触。
3）内胀外：将烧结件装于阴模内，然后使芯棒通过烧结件内孔。
2.教学中应该注意的问题
（1）对机械设计、机械制图、材料、力学、公差基本理论这些基础学科理解的不透彻，掌握的理论知识不牢固。
模具设计课程包括的主要课程有机械设计、机械制图、材料、力学、公差等基础课程，要想让学生掌握好牢固的基础知识，必须在这几门基础课程之上下功夫，只有深刻领会了其中的意思，钻研自己不会的，真正的领悟其中的内涵，学生才能理解的透彻，掌握的牢固。
所以教师在课程教学的过程中，要培养学生的兴趣，只有调动了学生的积极性，在课堂之前预习一些相关内容，带着问题去听课，在教师教课的时候更加专心的听讲，遇到不会的会及时的问教师或者是课下自己去图书馆找寻相关材料，带着“为什么”的精神去探索和发现，在知识的海洋里自由航行。这样不仅掌握了基本的理论知识，还能继续探索未知领域，开拓新的知识，创造奇迹。
（2）对于模具设计这门课程，要与时俱进，而且一些加工、安装及其拆卸过程都需要相当专业的教师，来进行相关指导。
模具设计是一门实践性非常强的学科，对于除了基本理论知识之外，还有模具的一些加工、安装及其拆卸过程，都要与时俱进，所以在这方面要找相当专业的教师，进行相关的讲述，在学生掌握基本的理论知识的前提之下，再在专业教师的指导下，经过这样的实践，学生的动手能力会增加的非常快。
其实一些中等职业学校可以和一些公司合作，引进公司的一些先进的技术和专业技术人员，也就是所谓的校企合作，这样不仅引进了专业技术，学校建设资金，还能让学生增强施加能力，增加实地学习的机会。
（3）模具设计是一门实践能力相当强的学科，理论加实践共同相结合，是非常必要的。
模具设计课程是最终会落到实践生活中的，所以我们要在注重学生理论知识的前提之下，加强学生的实践操作能力，所以一定要加强学生的实习机会。
在课堂上教师主要的任务就是向学生传授基本的理论知识，让学生明白其中的基本原理，知其原因，然后才能更好的解决问题。理论知识是构成模具设计课程的重要支架，只有掌握了基本的骨架，然后在通过实践操作，学生就会很好的操作模具的基本操作，进而逐渐的深化，掌握专业技术。
3.几点建议
（1）教师尽最大方法调动学生的积极性，让学生的兴趣不断提升：
教师以往的教学手段和方法就是在课堂上滔滔不绝的陈述，将课本上的理论知识进行满堂灌，不管学生能吸收还是不能吸收，大多数采取单纯的板书教学，新时代，计算机不断普及，计算机计算、编程能力也被越来越多的发挥到其他领域，所以我们教师也要与时俱进，充分发挥计算机的好处，将计算的编程技术学到精湛的水平，将它的作用发挥的淋漓尽致。
（2）增强校企合作，增加学生实习的机会
中等职业学校和企业的合作，不仅能够引入资金支持，技术支持和专业技术人员的指导，还能增加学生实习的机会，所以我们要加大校企合作的力度，多多和一些企业进行合作，最大限度的与时俱进，在不断变化的社会，始终站在先进的前端。
（3）鼓励学生参加一些模具设计的活动
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1.抛光废渣的热分析：图1是抛光废料室温到1250℃的差热、热重分析图。图中显示由室温到600℃左右，出现了明显的失重，这是吸附水和氯化镁结晶水脱除、氯化镁分解以及废渣沉淀剂氧化的综合结果[3]，由600℃到1050℃左右，热重曲线稍有变化，1050℃以后，热重曲线保持不变，可能是废渣中碳化硅含量不高，并且碳化硅氧化中碳的脱除与氧与硅反应形成一定的互补造成的,其化学反应式为：SiC+2O2=SiO2+CO2↑
2.抛光废渣的发泡特性：抛光废渣中碳化硅含量低，所以在热重分析时碳化硅氧化造成的重量变化不明显，但这不等于对烧成后期的影响不大，实际上，1摩尔碳化硅氧化成氧化硅会放出1摩尔的二氧化碳，放出气体的体积接近碳化硅固体体积的2000倍，所以，即使废渣中碳化硅含量很少，如果烧成时产生的二氧化碳封闭在坯体中，则坯体的密度和强度会显著下降。为了更加详细了解抛光废渣在烧成时的表现，我们将抛光废渣制成试样，利用可视化烧成设备测试了该试样在烧成时的膨胀与收缩现象，结果示于图2。传统的抛光磨头的成分主要有氯化镁、氧化镁、碳化硅等，其中碳化硅可以在较高温度下氧化放出二氧化碳气体。而作为胶凝材料的氯化镁在600℃前分解放出大量的气体。近年新型的抛光磨块的结合剂则为铜基、铝基、铁基的金属合金，以粉末冶金方法与碳化硅或者金刚石磨料烧结一起，金属材料高温虽不会产生气体，但作为杂质也会对陶瓷烧成有一定的影响。从抛光废渣的膨胀收缩曲线（图3）可以看出，抛光废渣试样从900℃左右开始收缩，说明含有磨料的抛光砖废渣，其烧结温度大大降低，出现液相的温度提前，在该温度下已有液相生成，试样开始烧结。收缩持续到在1100℃左右，膨胀开始出现，并且随着温度的升高，几乎直线上升，直到1250℃升温结束。根据膨胀收缩曲线，可以认为在1100℃该试样已经有大量液相存在，此时生成的气体主要被液相包围，随着温度进一步升高，气体压力增大，气体膨胀，由于液相黏度大，坯体中的气体无法及时释放，因此气泡变大，坯体体积增大。随着温度升高，碳化硅不断氧化完全，体积越来越大。
3.分段研究抛光废渣烧结性能：由于抛光废渣的发泡性，在陶瓷墙地砖中使用，生产工艺会变得难以控制，无法保证砖的质量，为此我们将各抛光段废渣分别进行了研究。根据实验统计，在所有抛光废渣中，刮平和100目以前粗抛所产生的废渣占到80%以上，中磨段约10%，细磨段不到10%。抛光生产线各段所用的磨头有所不同，磨块用量和磨削量也不相同，废渣的成分、粒度等有诸多差异，因此我们进行分段取样进行烧结性能测试，结果列于表1。由表可看出，1090℃以下抛光废渣以收缩为主，1138℃抛光废渣已经膨胀，这是由于碳化硅氧化产生气体量过大、此温度废渣中液相量增多，氧化产生气体不能及时排除产生所谓发泡现象，造成坯体体积膨胀；1138℃前随着温度的升高吸水率下降，在1138℃达到最低，说明在此温度，开口气孔逐渐变为闭口气孔。1175℃吸水率上升可能是由于随温度升高玻璃相粘度降低，闭气孔中气体膨胀，气泡破裂，重新形成开口气孔造成。各段废渣比较，细磨段废渣1138℃收缩率最大，1175℃膨胀率最大，同样温度吸水率最小，这说明细磨段废渣的烧结性能与粗磨及中磨段有较大的差别，这是由于细磨段粒度小，高温下烧结活性高，而且废渣中磨块成分的含量最高，即熔剂成分Mg离子含量高，造成高温时玻璃相量较大、粘度较高，故细磨段废渣所形成的气孔以封闭气孔为主。由分段试验可以看出，抛光废渣的收缩膨胀吸水率等烧结性能,与抛光废渣中含有的磨料成分及废渣本身粒度有很大的相关性，如果要在生产中应用，工艺上采取均化步骤是必不可少的，本厂的做法是抛光废渣压滤后，以每批1000吨为一个均化单位，集中堆积后采用挖掘机进行粗均化，取样化验后，再作为陶瓷原料使用。为了提高抛光废渣的利用率、使原料的均匀性更好，采取了分段收集处理抛光废渣的方法：将磨料及溶剂含量少的刮平、粗磨和中磨废渣与细磨废渣分开收集，前段废渣可以直接用于陶瓷砖生产，细磨废渣可以供给轻质砖厂做生产轻质砖的发泡原料，也可以作为原料浆按一定配比加到料浆池中作为原料再利用，这样做的目的是避免因细磨段细度小、含较多电解质，出现浆料流动性差现象，影响球磨及放浆。
4.抛光废渣在墙地砖中的应用试验：为了寻找抛光废渣在陶瓷生产中应用的方法，将一定量均化处理的抛光废渣掺加到不同吸水率坯体中，进行烧结试验。设计的实验方案如下：A－广场砖粉料外加25％抛光砖废渣；B－抛光砖粉料外加25％抛光砖废渣；C－釉面砖粉料外加25％抛光砖废渣。混合料压制成试样后，在对应产品的烧成温度附近进行烧结实验，广场砖和抛光砖的烧成温度为1200℃，釉面砖的烧成温度为1130℃。烧结实验结果列于表2。数据表明，加废渣的抛光砖和广场砖烧成后都有不同程度的膨胀发泡现象，在釉面砖素烧温度下，坯体没有膨胀，砖的吸水率也达到了国家标准17%以下的要求。这是由于釉面砖烧成温度较低，并且素烧工艺有利于坯体排放大量气体。我们已成功地利用抛光砖废渣生产出质量优良的釉面砖，相关生产技术将另文论述。
结语
