金属基复合材料范文
时间：2023-03-26 13:48:02
导语：如何才能写好一篇金属基复合材料，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
一、背景
20世纪60年代，美国航天飞机主舱体的主龙骨的支柱就采用了硼纤维增强铝基复合材料；20世纪80年代初期，逐渐强化对碳纤维增强铝基复合材料制备工艺技术研究力度，如压铸、半固态复合铸造以及喷射沉积和原位金属直接氧化法、反应生成法。80年中期开始加强对金属基复合材料界面稳定性研究。
二、金属基复合材料特征性能内容
高强度、高模量、低密度的增强纤维的加入，使MMC的比强度和比模量成倍地提高；良好的高温稳定性和热冲击性。金属基体的高温性能比聚合物高很多，加上增强材料主要为无机物，在高温下具有很高的强度和模量，因此MMC比基体金属具有更高的高温性能；热膨胀系数小、尺寸稳定性好；良好的导热性；不吸潮、不老化、气密性好。
三、MMC的制备工艺和制备方法研究
金属基复合材料的制备工艺研究主要包含以下几个方面：金属基体和增强物的结合方式和结合性；增强物在金属基体中的混合分布情况；降低成本，复合材料硬度、稳定性的提升；避免连续性纤维在制作中的出现伤损状况。
目前制备方法有固态法，液态法，喷涂喷射沉积，原位复合等。
（一）固态法。固态法指在制备过程中把纤维、颗粒等与金属基体按照原始设计要求，通过低温、高压条件将二者复合粘结，最终形成金属基复合材料。该制备方法整个工艺保持在低温环境下、且金属材料和纤维、颗粒等增强物状态呈现为固态、界面反应不严重。固态法制备工艺包含以下两个方面：
1.扩散结合。扩散结合是指金属材料在一定温度和压强下，把新鲜清洁表面的金属和增强材料，通过表面原子的互相扩散而连接在一起的固态化焊接技术。如图
2.粉末冶金。粉末冶金（Powder Metallurgy）适应范围广，对于长纤维、短纤维、颗粒性金属基增强材料的制备都适合，粉末冶金制作工艺是将金属材料和增强物（颗粒、纤维等）按照一定要求混合，并经过压制、烧结及后期一系列处理工艺制成金属基复合材料。在制备过程中，为提升该方法产品的压制性和烧制收缩率，可根据实际需要加入液相烧结组元，通过这种工艺制备的金属基复合材料可有效增强其室、常温条件下材料的硬度、耐磨度的部分。[1]粉末冶金法工艺过程如下图
（二）液态法。液态法包含压铸、半固态的符合铸造、搅拌法和无压渗透法等，根据其内容划分又称之为“熔铸法”。这些方法的共同持点是金属基体在制备复合材料时均处于液态。这种方法优点显著，成本低、基础设施要求不高，且只需要一次性即可完成，它的这些优势决定其可批量大规模进行生产。其中日本松下润二 采用离心铸造法制造出AlSi 基石墨增强复合材料[2]。
（三）喷涂与喷射沉积。喷涂沉积主要应用于纤维增强金属基复合材料的预制层的制备，亦可以作为获取层状复合材料坯料的方法。该工艺主要用作颗粒型金属复合材料的制作，其最大的优势在于对增强材料、金属润湿要求不高，接触时间较短且界面反应量少。
（四）原位复合。解决了增强材料与金属基体之间的相容性问题、即增强材料与金属基体的润湿性要求。解决了高温下的界面反应等。例如：
四、技术关键以及难点
主要是加工温度高，性能波动，成本高以及制造工艺中的金属基复合材料中的金属与增强物的相容性。
五、应用前景
金属基复合材料独特优势，决定其必然在将来得到广泛利用，并得到规模生产，且伴随着科技发展，其成本亦会变得越来越低。当前就工艺技术而言，铸造法和原位复合法得到广泛应用，前者工艺流程简易、且成本廉价，而后者具备优良工艺特征，具备极强发展前景。若将来可综合二者，金属基复合材料将会取得更为显著的成果。
参考文献：
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家电外观用金属复合材料可被分为两大类，即PCM 和VCM，二者的主要差别在于，VCM是覆膜板，即在基板上贴覆PET-PVC 高分子薄膜的钢板；PCM 则是采用在基板上预涂高分子涂料的加工工艺的钢板。PCM 主要应用于家电侧板的生产，VCM 主要用于家电面板的生产。PCM、VCM 外观靓丽时尚，迎合了时下家电外观设计多样化的趋势，近年来在家电制造业的应用越来越广泛，相关生产企业摩拳擦掌，准备开创一片新天地。
抓住机会，赢得市场
与传统喷涂工艺相比，金属复合材料更环保。据了解，传统喷涂工艺的流程为热水洗- 脱脂- 水洗-表面调整- 磷化处理- 去离子水洗- 烘干- 静电喷粉- 固化- 冷却- 下线。在这个过程中，磷化处理环节形成的含磷污水和喷粉过程中粉末的挥发会破坏环境。因此，近年来，国家对新建家电生产线的环保审批要求更严，大部分整机厂新增产能都不再采用传统喷涂工艺，作为家电外观部件，VCM、PCM 有机会得到更多应用。
“VCM、PCM 在家电应用领域将更快速地发展。”某整机厂采购部门负责人在接受《电器》记者采访时分析说，“随着能源、治污、人力等成本的上升，喷涂工艺效率低、能耗高和治污成本高的缺点逐渐暴露出来，对于整机厂来说，直接选购金属复合材料性价比更高。家电外壳制造正在逐步从家电整机厂商的业务范围中分离出来，成为一个新兴行业。”根据企业测算，金属表面使用预涂装工艺的处理速度是喷涂线的10 倍以上，节约能源1/6 ～ 1/5，对家电厂商而言可降低整体生产成本5% ～ 10%。
家电外观用金属复合材料迎来了真正的发展机遇，面对不断增长的市场需求，金属复合材料生产企业纷纷加大投入，积极开拓市场。2015 年3 月19 日，江苏立霸实业股份有限公司股票在上海证券交易所上市。相关负责人透露：“通过股票上市融资，立霸将顺应市场需求，进一步拓展旗下家电外观用金属复合材料业务，谋求更大发展。” 立霸上市公告显示，2014 年，立霸实现营业收入7.37 亿元，较2013 年增长了9.77%。2015 年第一季度，立霸经营业绩与2014 年同期相比有所上升，预计营业收入为1.75 亿～ 1.96 亿元。
“2015 年，公司实现30% 左右的增长完全不成问题。”珠海拾比佰彩图板股份有限公司设计中心吴争先告诉《电器》记者。据介绍，拾比佰80% ～ 90% 的产品用来配套家电制造。其中，50% 的产品用于配套冰箱。2015 年，冰箱整机制造增长速度放缓，对拾比佰产品的采购量有所下降。然而由于拾比佰旗下产品品类丰富，已经形成了几十个系列，辐射众多家电品类，新领域、新业务的增长消除了冰箱应用领域需求不旺给拾比佰造成的负面影响。“最近空气净化器市场表现不错，产销量都在快速增长，拾比佰已经有完备的净化器外壳表面处理方案，可以为整机制造提供一整套服务。”
淀川盛馀看好在中国家电市场上的发展前景，由日本淀川制钢所与台湾盛馀股份有限公司共同出资在安徽合肥设立了淀川盛馀（合肥）高科技钢板有限公司。合肥淀川盛馀总经理二田哲说：“合肥是中国著名的家电产区，淀川盛馀自2013 年扎根此地，销量就一直保持平稳增长。随着中国家电产业转型升级，淀川盛馀在家电领域的业务不断推进，未来还会有大发展。”
山东冀伟金属板材科技有限公司是长江以北唯一具备一定规模的家电外观用金属复合材料的生产企业，目前主要从事VCM 的生产和销售。据销售副总经理韩志刚透露，应对市场需求，2015 年冀伟或将投资建设新的生产线，进一步扩大金属复合材料生产规模。
比拼技术，各展所长
从制造工艺角度来看，VCM 以热镀锌板或冷轧钢板为基材，在进行脱脂、水洗、钝化等基材预处理后，通过覆膜等工艺程序在其表面压制各种功能性薄膜，最后剪切成相应尺寸的成品。PCM 以热镀锌板或冷轧钢板为基材，在进行脱脂、水洗、钝化等基材预处理后，通过辊涂等工艺程序在其表面涂覆高分子涂料，最后剪切成相应尺寸的成品。为了满足整机厂提出的各种要求，家电外观用金属复合材料生产企业在原材料、工艺流程选择等方面努力寻求技术突破。
据介绍，立霸的核心技术主要体现在复合膜材料的生产和PCM、VCM 系列产品生产过程中的制造工艺方面。相关负责人表示：“近年来，立霸通过引进、定制国内外专业设备，经过数年的实验，在精密涂布工艺技术方面取得突破，制造出在附着力（如镀铝层与PET 薄膜的附着力、面膜与底膜的附着力等）、耐温性、弯曲性等各方面指标达到较高水平的功能性复合膜，提升VCM 成品的性能。”此外，在PCM 板的生产过程中，立霸的涂布环节采用辊涂工艺，独特的三辊逆涂技术通过调整三辊之间的间隙和速比，最终将涂料逆向涂布在基材表面，形成均匀细腻的外观表面，确保有机涂层表面的颜色和性能具有极高的一致性。PCM 的表面是平滑的，为了体现立体的视觉效果，立霸采用特殊的表层涂料和专门的涂布工艺、涂层固化工艺，制造出表面具有明显凹凸感的家电用PCM 系列产品，颇具新意。
冀伟开发出ACM，是在PET 基础上增加了金属膜，能使家电外观呈现较强的立体感，并能营造出更丰富的纹理和图案，目前主要配套高端小家电的外壳制造。
《电器》记者从业内专家处了解到，目前，家电用金属复合材料的技术发展主要体现在功能性、基板质量、有机涂料和复合膜等方面。第一，各种功能型的金属复合材料将更好地满足家电制造的个性化要求，例如，高吸热、深冲型、抗菌功能型等金属复合材料都已经成功应用于家电制造。第二，在基板选择方面，整机厂也在调整，目前，采用热镀铝锌板钢卷作为基板的比例在提高，一些高端家电为了使外观达到独特的视觉效果，甚至选择不锈钢作为基板。第三，为了适应资源节约、产品轻量化的发展趋势，家电外观复合材料的基板开始“瘦身”，整机厂要求金属复合材料在满足所需性能的同时尽量纤薄。第四，复合膜与有机涂料的研究开发也十分关键，在环保性、功能性和外观设计等方面取得进展，一些企业已开发出具备耐污染、吸热等功能的涂料。
加强品质管控，提升产品性能
关乎家电整机的“面子”问题，PCM、VCM 主要用于制造各类家电的外观件，对于表面质量、成型能力及耐腐蚀、耐洗涤、耐高温等性能指标都有特殊要求，因此作为关键原材料的钢材基板、复合膜等的品质和性能直接影响产品的质量和成品率。对此，立霸有关负责人表示，经过长期的生产实践和客户售后反馈，立霸的钢板、复合膜等关键原材料均选用国内外知名企业提供的产品，稳定的质量直接保证了立霸产品的成品率。与此同时，长期合作也使立霸与主要客户建立了更加稳定的合作关系，既保证原材料供应的及时性和稳定性，也适度降低了采购成本。
从产品的角度来看，淀川盛馀对旗下产品在制造以及应用环节的品质管控也非常严格，所有产品均经过严苛测试。通过500 小时的盐水喷雾试验，对比试验结果，普通55% 镀铝锌钢板已经出现比较严重的锈蚀现象，而淀川盛馀55% 镀铝锌钢板依旧洁净如新。淀川盛馀无铬高耐腐蚀镀铝锌彩涂钢板在日本还通过了5 年暴露试验，对空调室外机的保护效果明显好于采用传统喷涂工艺的镀锌钢板。
健康环保，永恒主题
健康环保是如今家电制造业的主旋律，立霸推出了贴合家电健康环保主题的产品。据介绍，立霸的新型环保复合膜制造技术是一种由PET薄膜、印刷层、粘胶层、底膜等依次层状叠加复合而成的新型材料，主要工序是先在PET薄膜内侧通过套印系统印刷不同的颜色和图案，然后再在印刷层上涂布一层胶粘剂，烘干后与PVC、PP、PET 或PETG 等材质的底膜复合在一起制成。
篇3
1市场前景
随着绿色建筑在世界范围内的兴起，建筑保温材料正朝着精细化的方向发展．绝热性能和力学性能优异的复合材料连接器是目前保温墙所用钢钉的最优替代产品，并且已经得到应用，其发展前景会越来越被受到重视．
2应用情况调查
境外应用情况。澳大利亚公司CompositeGlobalSolutions（CGS），在澳大利亚、迪拜、新加坡和香港均有业务，他们向预制制造商供应综合绝热系统来制造预制混凝土夹心板，即整体的建筑绝热系统．CGS公司的产品在澳大利亚、新西兰和中东已经应用于住宅、仓库（特别是冷藏库）、清洁制造设备、大学和其他教育机构以及监狱设施，使用规模正在扩大．
在国内的应用情况。北京特迈斯建筑科技有限公司（TMS）是在北京市工商局注册登记的外资企业，其母公司是澳大利亚注册公司CompositeGlobalSolutions（CGS），目前此公司主要与万科进行合作，提供建筑绝热系统预制件，是目前国内唯一有记录的制造商家．目前国内有三个重大的正在建筑或接近尾声的实验项目使用这种建筑绝热工艺，在建的项目有[5]：（1）使用6500平米的建筑绝热墙板，天津东丽湖阅湖园项目中3座11层建筑，49-51号楼（图3）．（2）万科预制研究和发展研究所在北京丰台的建筑，使用了500平米的建筑绝热墙板．（3）北京朝阳区亮马桥3号和4号楼，使用2000平米建筑绝热墙板．建筑绝热系统的墙板授权制造商为北京丰台榆树庄构件厂．
建筑绝热系统复合材料连接器介绍
复合材料连接器（图4，图5）是建筑绝热系统中的重要结构件，连接器是由纤维合成材料构成，而纤维合成材料由连续玻璃纤维和乙烯基酯聚合体树脂组成．纤维通过热固树脂溶液和温度控制冲模进行拉伸，加热树脂从而引起化学反应将纤维结合在一起．在另一过程中，在连接器裸棒周围注模形成聚合体套，从而适应绝热板上孔的摩擦，并且通过套边缘保证在湿混凝土中正确的嵌入深度[5-6]．连接器必须在各个方面与混凝土兼容，这表示使用的材料必须抗碱腐蚀，不亲水，并且和混凝土有同样的热膨胀系数，非兼容材料会导致表层爆裂，可能造成结构能力的损失．连接器在湿混凝土中通过有槽口的梁腋的嵌入而形成结合作用．实际嵌入后的连接器在养护好的混凝土中的拉拔强度是普通荷载条件下，如风吸力（即便是台风区域）以及脱版时受力的二十多倍（图5）．
纤维合成连接器开发之前，整体混凝土建筑唯一的混凝土层之间的结构连接器的选择为销（也叫栓），材料为低碳钢或不锈钢．与低碳钢相比，连接器出色的剪切能力消除了钢销或固体混凝土浇筑穿过绝热板的结构需要．整体建筑最近的类型由于温度差别和变化造成的两混凝土层之间存在的大量不独立的运动约束，会造成开裂．连接器的纤维合成材料拥有1.0W/M.K的热传导率，其他相关材料的数值为[5]：不锈钢26.25W/K.M低碳钢52.64W/K.M混凝土1.80W/K.M挤塑聚苯板0.028W/K.M纤维合成连接器的使用保留了实际潜能，或者说“购买了”墙板绝热的R值．第三方监视的热箱测试（ASTMC236）显示，建筑绝热系统达到了墙板绝热所要求的效率，高达99%．连接器已经经过如下试验：拉伸强度、抗压强度、剪切强度、疲劳和循环（地震）加载、低温压力、防火、弯曲、蠕动等．
复合材料连接器的技术改进措施探讨
1传统的制作方法
从目前的资料能够看出，建筑绝热系统用的复合材料连接器的传统制作工艺是采用拉挤成型后续机械加工的方式进行生产．这种工艺在生产规则形状的产品时效率非常高，但对于建筑绝热连接器而言，由于连接器的两端形状不规则，需要进行二次机械加工，这样就会造成复合材料中的纤维遭到部分破坏，而且纤维增强复合材料的机械加工难度大，对工人的技能要求较高．
2改进的制作方法
如何避免后续的机械加工是制作建筑绝热连接器的改进方向和核心内容．具体改进措施可以考虑采用以下两种方式：（1）真空灌注成型、间歇式生产的方法，在模具中保证复合材料连接器的外型，使用单向纤维在模具中进行填充，然后进行真空灌注，但其缺点是对单向布的填充过程要求比较高，可能会有部分的弯曲纤维产生；（2）采用真空辅助成型和拉挤成型相结合的方式，进行二次成型，拉伸成型工艺用于生产连接器中的中心部分，然后将其放置在真空辅助成型的模具中，真空辅助成型用于原来需要进行后续加工的部分，这样能够避免复合材料在成型过程中的破坏，而且避免了后续的机械加工造成复合材料加工缺陷．
3需要克服的技术难题
复合材料连接器必须在各个方面与混凝土兼容，这就要求使用的材料必须符合以下几个方面的要求：（1）抗碱腐蚀，不亲水；（2）复合材料连接器要和混凝土有同样的热膨胀系数．非兼容材料会导致表层爆裂，可能造成结构能力的损失．针对这些技术难度，可以首先考虑树脂与混凝土的膨胀系数匹配性，寻找与混凝土具有相同膨胀系数的树脂，主要是不饱和树脂；其次是采用具有不同膨胀系数的不饱和树脂来改变混合比例，从而研制出符合要求的树脂配方体系．
篇4
本书包含了大量的论题，向我们展示了不同领域的先进复合材料的研究和发现，尤其是在航空航海领域甚至是在陆上的应用。
本书共分为5章：1.简介，后4章是主题论文合集：1.前言，简要介绍金属及材料学会年会及成书的原因；2.复合材料的加工和设计，论题包括（1）10%铝基飞灰复合材料的形变特性在空间航空中的应用；（2）B4C在铝基复合材料中对机械性能和耐腐蚀性上的影响；（3）细菌纤维素对β相聚偏二氟乙烯的相稳定增强研究；（4）合成复合TaCTaB2粉末；3.复合材料的微观结构和相图表征，论题包括（1）激光沉积原位TiC增强镍基复合材料：微观结构和摩擦学性能研究；（2）挤压浸透法生产微石英增强铝合金金属基复合材料；（3）混合金属功能梯度复合材料的挤压浸透法技术生产和表征；（4）磁性记忆合金NiCo40+xAl30-x＼[X=0、3、6、10＼]的微观结构和机械性能；（5）金属基复合材料的定向凝固；4.材料的机械性能的发展，论题包括（1）一种高机械性能的金属纳米复合材料：NbTi纳米线和NiTi基复合材料的反常热膨胀； （2）复合材料数据融合无损检测技术对累计损伤进行定量；（3）计算预测玻璃态聚合物和热固塑料的机械性能；（4）多尺度表征SiC/SiC复合材料；（5）用于航空的铝基金属复合材料在加工中的断裂韧性和损伤力学研究；5.复合材料的界面和粘结，论题包括（1）连续纤维增强陶瓷铝基复合材料的多尺度建模；（2）冲击检测在评价复合材料层合板弱键中的发展；（3）用等离子体处理高分子纤维来增强织物复合材料层合板的机械性能；（4）1758K下钛铝合金对TiCx的润湿性研究；（5）用于汽车工业的金属聚合物金属三明治结构的成形极限图。
本书适合材料化学、固体物理、建筑学专业的研究生阅读，同时对从事复合材料研究工作的工程师、科学家和技术人员能够开阔视野，同时储备一些如何根据不同应用领域来选择和使用先进复合材料的相关知识。
篇5
关键词 氧化物；陶瓷；铁基；复合材料；润湿性
中图分类号TF12 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0135-02
0引言
氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料，氧化物陶瓷的特性有机械强度高、耐磨性能好、耐腐蚀性好、热稳定性好，缺点是易碎裂、不易加工、骤冷骤热性能不良。金属合金材料加工性能好、韧性好，但耐磨性能不良。如何把陶瓷的优良特性与金属合金材料优良特性结合起来，扬长避短，国内外都做了大量的研究与实践。因此，具有陶瓷的优良特性及耐磨性能，又具有金属材料的优良特性的耐磨复合材料被广泛应用于各种耐磨领域。这就需要把陶瓷与金属复合到一起，但现有的生产制作工艺复杂，对工艺装备要求高，生产成本居高不下，很难被多数生产企业采用，因此，我们要研究一种生产工艺来降低生产成本，能让多数普通企业能用上高硬度、高强度、高耐磨性、高韧性的复合材料。
1背景
磨损是零部件失效的一种基本类型，普遍存在于冶金、矿山、电力、机械、国防、军工、航空航天等许多工业部门，这造成了材料的极大浪费和能源的巨大消耗。据不完全统计，目前国内每年消耗金属耐磨材料高达600万吨以上。以上数据可知，提高机械设备及零部件的耐磨损性能，可以大大减少能源消耗，提高生产效率。众所周知，陶瓷具有很高的耐磨损性能，而金属具有良好的韧性。这些性能很难在同一材料中协调一致，为了解决这一矛盾，使用氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料是较好的选择。
2现行生产工艺
现行生产工艺有几大类：1）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合后（按一定比例）用油压机或等静压压制成工艺所需的形状，用高于自熔性金属合金熔点的温度下，进行烧结；2）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合烧结，是利用自熔性金属合金与氧元素结合能力的差异，将金属从其氧化物中置换出来，形成氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料；3）将自熔性金属合金熔液熔渗到陶瓷预制体多孔之中。上述方法只能生产小型复合材料块，无法将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上难度很大。此工艺经济性稍差。
3研究方向
氧化物陶瓷铁合金复合材料性能优良，但与大型结构件复合复合困难，制备过程比较复杂。虽然，现有工艺解决了一些问题，在制作单个氧化物陶瓷铁合金复合材料上等研究取得了一定的进展，在实际应用领域但仍未开发出适合实际的产品。因此，需要研究开发出适合的新型制备工艺。我们主要研究方向是如何将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上，重点在能降低成本、实现大规模生产进行研究探讨。
4实施方法
1）合金耐磨预制件制成工艺：将氧化物陶瓷颗粒与自熔性合金粉末按比例用机械进行充分混合，依据用户产品结构不同设计不同的模具，在油压机下将合金耐磨预制件压制制成特定形状，如柱状、条状、块状、蜂窝状等；2）冶金工艺：将耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作的实体模具内用真空冶金铸造工艺进行复合铸造。利用金属母液的温度将合金耐磨预制件烧制成型并与合金耐磨预制件形成冶金结合面。该工艺设备投资小、工艺简单、金属母体与耐磨预制件冶金结合面良好。
5工艺过程
1）将粒径为8目的氧化物陶瓷颗粒10%、粒径为30目的氧化物陶瓷颗粒39%、粒径为60目的氧化锆陶瓷颗粒48%与自熔性铁基合金粉末7%，使用水溶性树脂4%机械混合均匀得混合物，放入油压机中用模具压制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨预制件；
2）将耐磨预制件在800℃的箱式炉中进行排胶；
3）将排胶后的耐磨预制件涂抹硬钎剂；
4）将涂抹硬钎剂的耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全一样的实体模具内；
5）实体模具经过浸涂强化涂料并烘干后，装入真空造型砂箱中排列好做好浇铸口，然后用干石英砂埋好，经三维振动台振动埋实；
6）用中频感应炼钢炉将耐磨基础件金属母体常用耐磨件的高锰钢、合金钢、高碳铬铁熔化成金属液，用浇包将合金钢水浇铸到真空造型砂箱上的浇铸口中，真空造型砂箱在0.5Pa的负压状态下浇入熔化的合金金属液，使高分子有机材料实体模型受热气化被抽出，被液体合金金属取代冷却凝固后成型，同时利用合金金属母液的温度将耐磨预制件烧制成型并与耐磨预制件形成冶金结合面。
6优点
1）利用合金金属母液的温度将耐磨预制件烧制成型并与耐磨基础件形成冶金结合面。耐磨件基体和氧化物陶瓷不会发生变形；
2）工艺简单、制作材料不需进行热处理就能达到所需
硬度；
3）解决了氧化物金属陶瓷和金属基体结合难的难题，避免了浇注工艺带来的缺陷；
4）耐磨工件表面氧化物陶瓷、金属呈规律分布，既保证了耐磨件的耐磨性，又保证了其抗冲击性能；
5）冶金面结合良好能大幅度降低生产成本，实现大规模生产。
参考文献
[1]万洁，陈小青，王彬.景德镇陶瓷文化创意产业发展政策研究[J].黑龙江对外经贸，2009，2：82-84.
[2]陈维平，杨少锋，韩孟岩.陶瓷/铁基合金复合材料的研究进展[J].中国有色金属学报，2010，2：257-266.
[3]刘均波，王立梅，黄继华.反应等离子熔覆（Cr，Fe）_7C_3/γ-Fe金属陶瓷复合材料涂层的耐磨性[J].北京科技大学学报，2007，1：50-54.
篇6
关键词：铸造工艺；双金属复合材料；性能；影响
前言
文章中对不同的铸造结构和使用条件进行了分析，通过采取特殊的铸造工艺方法，能够使结晶界面和基体的温度、梯度以及厚度都是均等的，保证结合界面是均匀的，同时也能制备出无混料的双金属复合材料，对复合材料进行进一步的研究和分析，在经济效益和学术价值方面十分有利。
1 对双液双金属复合铸造的概述
双液双金属复合铸造是指在一定的浇注温度下，将两种液体的金属按照一定的顺序将其浇注到同一个铸型中，这样形成的复合材料具有很好的耐磨性，同时，也能克服两种金属存在的缺点，将两种金属的优点进行发挥，新形成的复合材料具有两种金属的特性。新型复合铸造零件能够适应各种恶劣的使用环境，在使用过程中寿命也将出现延长的情况。双液双金属在实际操作过程中比较难，在对耐用零件进行批量生产时难度系数更大。在应用过程中，可靠性条件非常差，对整个加工过程带来的影响将非常大。在铸造过程中，对界面的结合质量对复合材料的性能影响原因进行分析，能够对复合界面的关键因素进行保证。
2 对双金属复合材料的概述
采用复合技术将两种完全不同的金属接触面进行相互之间的固劳，并且结合在一起，通常情况下，两种金属的物理和化学性能都将是不同的，在这种情况下，出现的新型材料就是双金属复合材料。双金属复合材料具有非常好的性能，而且这些技能非常特殊，在工作环境比较恶劣的情况下，双金属复合材料的使用寿命也非常好。双金属复合材料成本非常低，在性能方面非常好，而且能够合理对资源进行开发利用。在很多的工业领域中，石油、汽车、航空对这种新型的材料应用比较广泛，因此，其市场前景非常好。
3 铸造工艺对双金属复合材料性能影响的实验
文章对铸造工艺对双金属复合材料的材质复合界面的组织以及耐磨性综合力学性能进行了试验和研究，在以后的经济发展和社会进步将有很大影响。
3.1 实验材料
在试验过程中，主要的试验材料有碳、硅、朦和铬，其中，碳是钢中的主要元素，是钢的基本组织成分。在试验中，将少量的碳固体溶合在铁素体中，这样能形成以渗碳体的形式存在。在实验过程中要对碳含量进行很好的控制，因为碳含量过高或者是过低都是会导致钢的质量受到很大影响。碳含量出现过低的情况，会导致钢的淬硬性以及耐磨性出现很差的情况，在碳含量过高的情况下，会导致钢的韧性出现降低的情况，因此，要对碳的含量进行很好的控制，能够更好的保证钢的刚度和硬度。硅在钢中的作用就是当贝氏体转变过程中，抑制碳化合物的析出，硅在钢中的形态主要是以固体的形式进行溶体，在铁素体中进行存在，这样利用硅的性能能够更好的增加钢的强度和硬度，降低钢的塑性。在铸造钢过程中，锰的作用是不可替代的，其主要的功能就是脱氧，对硫元素进行中和，避免出现有害作用，从而能对铸件出现的强烈缺陷进行防止。不仅如此，锰还能对钢中出现的温度以及分解速度进行降低。在使用过程中将锰和硅进行配合使用，能够对钢的强度进行提高，对硬度和韧度也有很好的促进作用。但是，在钢中，锰的含量一定要进行必要的控制，不能出现锰含量过高的情况，这样会导致钢晶粒出现粗化的情况，对钢的回火脆性以及敏感性都有很大的影响。
铬是一种活性比较大的耐磨材料元素，其能够固溶于铁素体中，同时也能和钢中的碳组合形成很多种碳化物，它的主要作用就是促使钢的淬透性得到提高，同时，对钢的抗氧化能力和抗腐蚀能力进行提高。铬在钢中的含量比较高也不用对其进行担心，这种元素不会对钢的性能产生很大的影响，但是，其会在钢中形成比较复杂的碳化物，这种物质能够从钢中进行析出，然后起到沉淀和强化的作用。
3.2 实验方法
3.2.1 具体方法
使用酸性坩埚熔炼实验钢，并采用65kg和150kg中频感应电炉，将浇注温度定为1550，湿砂型浇注后加工成10mm×10mm×55mm冲击韧性试样。主要对钢的材质复合界面组织、耐磨性、综合力学性能三方面进行分析和观察。其中，采用的器具主要有ZBC-300B全自动金属摆锤冲击实验机，负责冲击韧性测试；HRC-150A硬度计负责硬度测试；MLD-10动载荷磨料磨损试验机负责磨损试验。最后采用奥林巴斯GX71倒置式金相显微镜进行组织分析，从而得出结论。
3.2.2 铸造工艺
实验时采用两个浇注系统，分别浇入低碳钢和高碳钢，时间上要间隔15-80秒，而且需要注意的是浇入低碳钢后，当钢液已经趋近工艺要求的复合界面或已达到时，根据铸件的大小才可以浇入高碳钢。其中任选一组将激冷材料放置在两种材质的连接部位，从而保证结晶界面与基体间存在一定的温度梯度以及厚度，另一组则不需要添加激冷材料。
3.3 实验结果
3.3.1 对复合界面组织的影响
由于采用特殊的双液双金属复合铸造工艺，当低碳钢结晶后才进行高碳钢的浇筑，然后经过高温铁水的作用，致使低碳钢能够保存的很好，只是表面熔化很薄的一层，而且结合区复合界面的交界线处相互交错，产生了熔融和相互渗透的现象，这是从图片上清晰可见的，这就说明两种材质的中间结合面实现了有效的冶金结合，而且复合界面并没有发生冲混现象。
3.3.2 对耐磨性的影响
通过实验，我们可以总结出：将实验钢材料和高锰钢进行相同时间的磨损，发现前者的动载磨损失重量要明显小于后者。这是由于实验钢以挤出和浅层剥落为主，无论是组织上还是综合力学性能均高于高锰钢，具有较强的抵抗石英砂磨粒的切削的能力，这就减少了磨损过程中表面金属的剥落，呈现出较好的耐磨性能。
3.3.3 对力学性能的影响
此图片为等温淬火温度试样高碳钢冲击断口的SEM照片，从图片上我们可以看出断口的形状是扇形花样，而且还有大量的撕裂棱以及大大小小的圆形或椭圆形的深韧窝，这就说明该材质的韧性是十分好的。
4 结束语
铸造工艺对双金属材料的性能有很大影响，因此，在进行复合的时候要应用特殊的铸造工艺，这样不仅能够提高复合材料的组织界面结合状态，在耐磨性能和力学性能方面影响也非常好，这样能够提高生产工作的安全性。对双金属铸造的定义进行分析，增强对其的了解，应用现代的方法，通过试验对铸造工艺进行分析，这样对双金属复合材料以后的发展非常有利。
参考文献
[1]田德旺，应保胜.双金属复合材料冷轧变形行为及结合强度的研究[D].武汉：武汉科技大学，2007.3.
篇7
关键词：机械合金化；铝基复合材料；纳米尺度
中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0072-02
1 概 述
铝基复合材料具有高比强度和比模量、低热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、较高的高温机械性能以及抗疲劳、耐磨损等优良性能。与钢相比，铝基复合材料的密度仅为钢的三分之一，耐磨性则与铸铁相当；与铝合金相比，导热率与其基本相当，抗拉和抗压强度及弹性模量大幅提高，热膨胀系数有较大幅度的降低。
因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一，在航空航天、汽车、电子和光学仪器、体育用品等领域得到了广泛了应用。
基于进一步提高铝基复合材料机械性能的需求，研究发现，减小增强体颗粒尺寸会增加铝基复合材料的塑性、韧性和强度，因而越来越多小尺寸（约1 μm或更小）的增强体被用来制备铝基复合材料。纳米复合材料被定义为在多相固体材料中，其中一个相（一般为增强体）至少有一个方向其尺寸小于100 nm。在纳米铝基复合材料的制备中，纳米颗粒的特性给使用液相法的制备工艺带了困难，因而固相法更多的被采用，其中最常见的为机械合金化法。
机械合金化（MA）是一种固态粉加工技术，涉及了粉末在高能球磨机中的冷焊、破碎和再冷焊的过程。
在此过程中，一定量的混合粉末装入容器中并放入研磨介质，然后在预定的时间长度内进行高速搅拌。当粉末中含有塑韧性良好的金属材料时，在球磨过程中需要加工过程控制剂（PCA）来避免其因过度冷焊而结块。在球磨结束后，可得到合金化且混合均匀的粉末。
本文以Al2O3、Al3Ti和CNTs为代表增强体，概述了机械合金化制备相应纳米铝基复合材料的研究进展。
2 AlCAl2O3 纳米复合材料
纳米复合材料具有两种不同的制备方法。在第一种方法中，氧化铝增强体通过原位化学反应生成，被称为原位复合材料。在第二种方法中，Al2O3颗粒直接加入铝中，再将混合物一起球磨，以产生纳米复合材料。
一般情况下，原位生成复合材料的界面结合更强，机械性能比非原位生成复合材料要好，但在纳米尺度下性能差异几乎不存在。
2.1 原位法
在原位制备Al-Al2O3 纳米复合材料过程中，最常用的原位反应方程式有：
2Al+3CuO 3Cu+Al2O3
2Al+3ZnO 3Zn+Al2O3
Xi等人研究了Al含量从20%～85%（wt.）范围内，Al和氧化铜的反应球磨。研究表明，当Al含量仅为20%（wt.），发生完全还原反应，反应产物为铜和均匀分散的氧化铝颗粒分散。但是，随着Al含量的增加，会形成铝-铜金属间化合物，如Cu9Al4，CuAl2和Al（铜）固溶体。
同时，细小而分散的氧化铝颗粒进入到了Al基体内。Wu等人研究结果表明球磨铝和10 Wt.%的氧化铜17 h后，Al4Cu9相衍射峰开始出现在X射线衍射图上，并且此析出物经过退火后转化为CuAl2相。
增强相的体积分数过大会造成混合粉末的压制困难。当氧化铜含量降低至5Wt.%，增强体包括析出的大小为100～500 nmCuAl2和10～50 nm的氧化物和碳化物颗粒，Al基体的尺寸大约74 nm。依照晶粒尺寸（Hall-Petch）和Orowan强化机制分析了复合材料的强度，表明Hall-Petch强化来源于细晶铝、Orowan强化源于纳米尺度的氧化物和碳化物颗粒。
Durai等人通过球磨铝，氧化铜和ZnO的混合物，球磨后的粉末经过冷压以及高温烧结，制备了Al-Al2O3纳米复合材料。
研究表明，该复合材料中细小的氧化铝颗粒弥散分布在Al（Zn）或Al（Zn）-4Cu的基体中。该材料在经过测试后发现耐磨损性得到改良，相比于未经过球磨直接进行冷压和烧结的复合材料具有更高的硬度和耐磨性。
2.2 非原位法
Prabhu等人球磨了铝-氧化铝混合粉末，选用不同尺寸（50 nm、150 nm和5 μm）和体积分数（5、10、20、30和50）的Al2O3。混合粉末在行星式球磨机中经过不同时间的球磨，结果表明，当球磨时间超过20 h以后氧化铝增强体能均匀分散到铝基体中。Al-20Vol.%50Al2O3在不同球磨时间后的SEM照片，如图1（a）（b）（c）（d）所示。
不同体积分数的Al-50Al2O3在球磨20 h后的X射线能谱元素分布图，如图2所示。通过照片可观察到球磨20 h后，氧化铝增强体实现了均匀分布。
3 AlCAl3Ti 纳米复合材料
相比于其他大多数富铝金属间化合物，Al3Ti因为它具有熔点高（约1623 K）、相对低的密度（3.4 g/cm3）和较高弹性模量（216 GPA）。另外，由于Ti在铝中的低扩散性和溶解度，Al3Ti在高温下会展现出低的粗化速率。因此，Al3Ti存在于Al基体中下可以非常有效地提高铝基复合材料的刚度，室温机械性能和改善的铝基复合材料热稳定性。
Lerf和莫里斯用机械合金化法以铝粉和钛粉为原材料合成了Al-Al3Ti复合材料。球磨后能观察到两金属元素均匀分布，再对混合粉末在873 K进行退火后，有Al3Ti金属间化合物产生。0.1～0.5 μmAl3Ti颗粒分布于Al基体上，同时因为在球磨过程中加入PCA，纳米尺度（50 nm）Al4C3和γ-Al2O3的球状颗粒也存在于铝基体中。Wang和Kao用机械合金化法和高温烧结合成了Al-Al3Ti复合材料，复合材料微观结构表现为平均尺寸约100 nm的等轴颗粒状Al3Ti弥散分布在铝基体中，同时在晶粒内和晶界上还存在着纳米尺度的Al2O3 和 Al4C3颗粒。而且还对Al3Ti含量不同的Al-Al3Ti复合材料的高温变形行为进行了研究。
4 AlCCNTs 纳米复合材料
碳纳米管因其优异的机械性能使其成为理想的复合材料增强体，在增强材料的刚度和强度同时并实现轻量化。然而碳纳米管固有的物理性质，使其有强烈的团聚倾向，最终造成材料性能不升反降的现象。机械合金化法能较好地解决碳纳米管团聚现象，从而最大程度的发挥其作用。
Morsi和Esawi通过机械合金化法制备了Al-MWCNTs（2～5 wt.%）纳米复合材料，并对碳纳米管的分布和铝晶粒尺寸进行了研究，结果表明，球磨能够避免碳纳米管在复合材料中的团聚；在球磨48 h的样品中能观察单个的碳纳米管到嵌入在铝基体中；球磨过程中冷焊和破碎的共同作用，细化了铝基体的晶粒。
George等人用球磨合成的Al-CNT（单壁和多壁）复合材料，为了保持CNT的完整性，球磨时间较短，复合粉末再经过冷压、烧结和热挤压。通过测试材料的屈服强度、拉伸强度和弹性模量，结果表明，复合材料具有比基体合金更好的机械性能。性能的提升归结于热失配、剪滞和Orawan机制共同作用的结果。
5 展 望
纳米相增强铝基复合材料是近年迅速发展起来的一种新型材料，表现出优异的理化和力学性能，机械合金化法在制备纳米铝基复合材料过程中表现出独特的优势，但距离工程化应用仍然存在成本高、制造效率低、可靠性与稳定性有待提高等新材料实用化过程中面临的共性问题，需要进一步攻关并逐一克服。
参考文献：
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篇8
关键词：复合变质剂；Mg2Si颗粒；锌基复合材料；性能
1 概述
我国具有较丰富的锌资源，锌铝合金是重要的有色金属材料，采用锌铝合金制备金属零件具有耐磨减摩性能好、能源消耗少、制造成本低廉、加工成型方便等优点[1]，可代替黄铜合金、青铜合金甚至部分铝合金制造机械设备中的轴瓦、轴套等耐磨零件[2]。但是锌铝合金共晶温度低，在铸造过程中凝固区间温度差较大， 高温环境下强度低，组织稳定性较差等缺点限制了其耐磨性、耐热性的进一步提高[3]。Mg2Si的熔点为1085℃、硬度为HV460、弹性模量为120GPa，密度为1.99g/cm3，热膨胀系数为7.5×10-6K-1，所以Mg2Si是Al合金、Mg合金，Zn合金等较低熔点金属基复合材料的理想增强相[4]。因此，应用硬度高的Mg2Si颗粒作为增强相，以性价比较高的锌铝合金作为基体相，制备原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料，该复合材料可以直接铸造成形，具有料制备工艺简单、性能各向同性的特点，并能有效提高其耐磨性、耐热性，延长轴承使用寿命，并具有特殊的耐腐蚀能力，可以满足在复杂的工况条件下使用[5]。文章选用铝―磷复合变质剂，应用重力铸造工艺制备原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料。利用金相显微分析方法、硬度测试法、拉伸试验法研究了原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料的显微组织、力学性能及断口形貌特征，以便为颗粒增强ZA40基复合材料的工业化应用提供依据。
2 试验材料与方法
2.1 试验材料
以工业纯Zn、工业纯Al、工业纯Mg和Al-30wt.%Si中间合金为原料，用石墨坩埚电阻炉进行熔炼，以制备基体ZA40合金和复合材料。合金中Mg2Si的含量设计为9wt.%。实验过程中先将预热至200℃的Al和Al-30wt.%Si合金加入到预热好的坩埚中，升温至700℃，加入预热过的工业纯Zn。继续升温后加入C2Cl6，然后进行精炼处理，再加入纯Mg。分别加入占炉料总量一定比例的铝―磷复合变质剂进行变质处理，达到变质时间后，再次使用C2Cl6进行精炼，最后后清渣、静置后，浇入已经预热的金属型标准拉伸试样模具中。
2.2 试验方法
应用EPIPHOT-300U 型倒置金相显微镜分析ZA40基体合金材料和复合材料显微组织。利用JSM-6390LV扫描电子显微镜观察拉伸试样的断口形貌，分析断裂机理。应用WAW-1000型的微机控制伺服万能试验机测试复合材料的力学性能。
3 试验结果和分析
3.1 铝―磷复合变质剂对复合材料显微组织的影响
研究复合材料显微组织发现，在未加入铝―磷复合变质剂的重力铸造条件下，复合材料组织中Mg2Si颗粒的形貌比较复杂，有的为大块的汉字状形貌、有的是多边形块状形态，部分呈现不规则形状，大部分Mg2Si颗粒的棱角十分尖锐，分布簇集明显，尺寸较大。这种形态的Mg2Si颗粒容易割裂基体，在ZA40合金基体中容易造成应力集中。部分Mg2Si的特点同Mg2Si增强铝基复合材料或镁基复合材料中所呈现的形貌特征类似。
当采用铝―磷复合变质剂处理时，复合变质剂不但对复合材料组织中Mg2Si颗粒的形貌、尺寸和分布的影响较显著，而且对基体ZA40合金的显微组织也有明显的细化作用。当铝―磷复合变质剂加入适量时，Mg2Si颗粒的局部簇集现象已经基本消失，棱角钝化明显，小块状进一步细化，平均尺寸约为未变质处理时的五分之一，分布也更为理想。当铝―磷复合变质剂加入太多时，Mg2Si颗粒形貌继续保持为颗粒状，但颗粒尺寸长大明显，平均尺寸约为未变质处理时的三分之一，表现出过变质现象。这是因为铝―磷变质剂对复合材料中初生Mg2Si颗粒起到了异质形核的作用，变质处理使得Mg2Si的结晶形核数量实际上是增多，Mg2Si颗粒变得均匀、细小、分散，使得原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料具有颗粒增强金属基复合材料的组织特点。
3.2 铝―磷复合变质剂对复合材料力学性能的影响
硬度试验表明，原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料的硬度与铝―磷变质剂含量有极大值的特点，硬度随着铝―磷变质剂含量的增加呈现出一个先增加后减小的走势，硬度峰值为232HB，同未变质的复合材料相比，硬度值提升了四分之一左右。由于变质剂的加入细化了增强相Mg2Si颗粒和基体合金的晶粒，产生强化作用，使得复合材料的硬度得到了提高，这样会进一步提高复合材料的耐磨损性能。
复合材料拉伸试验表明，铝―磷变质剂的加入不仅提高了复合材料的抗拉强度，而且改善了复合材料的伸长率。合理的变质工艺，可以使得原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料的抗拉强度提高了14.1%，伸长率提高31.9%。这是因为变质处理改善了Mg2Si颗粒的形貌特征，使其弥散、细小，也细化了ZA40基体合金的晶粒尺寸，产生良好的弥散强化和细晶强化的综合效应。同时，由于增强颗粒的细化和基体合金的细化，减小了应力集中，使得裂纹难于萌生和扩展，提高了复合材料的塑性。
4 结束语
（1）选用铝―磷复合变质剂，应用重力铸造工艺制备原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料。
（2）在未变质处理条件下，复合材料中初生Mg2Si颗粒形貌多呈现粗大的汉字状、四边形状。经过铝―磷复合变质剂处理后，Mg2Si颗粒形貌变成细小颗粒状，分布也相对均匀。
（3）复合变质处理后，复合材料的硬度、抗拉强度和伸长率等力学性能都得到改善。
参考文献
[1]王瑾，赵亮.高铝锌基合金的资源优势及其应用[J].铸造技术，2012，33（4）：293-295.
[2]解念锁，鲁朕.4.5%Sip/ZA40复合材料的组织及耐磨性能研究[J].热加工工艺，2014，48（8）：120-122.
[3]王艳，解念锁.SiP/ZA40复合材料的制备与力学性能研究[J].热加工工艺，2011，40（4）：81-83.
[4]王孝良，周崎，王 .Nd对原位自生Mg2Si/Al复合材料的变质作用[J].热加工工艺，2013，42（8）：115-120.
篇9
关键词：快速原型技术；复合材料；成形；应用
中图分类号TU5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）66-0146-02
随着复合材料制造市场发展的多元化，快速原型技术的产生对复合材料产品的竞争、加速新型产品的开发、制造技术的提高都有很大的推动作用。它综合了数控、检测、激光、机械、计算机、CAD等许多学科的先进技术，很快在复合材料成形方面得到了广泛的应用。现如今，RP技术已经是制造业新产品开发的一项关键技术。
1 快速原型技术的概述
RP技术是基于物体分层原理来进行产品原型的制作的一种方法，RP技术的基本原理是：根据CAD/CAM技术构造出的理想物体的三维模型，将其进行分层处理，然后分析各层截片的轮廓数据，利用CAD/CAM设计软件将数据原型系统的激光装置，有选择的利用激光对物体进行切割箔材、烧结粉末、固化树脂、热熔材料等操作，这样可以使介质行成一系列薄层，再进行层层迭加使其形成我们设计的三维实体，从而完成所设计的新产品三维实体模型。
2快速原型技术（RP技术）的工艺方法
2.1熔融沉积造型工艺
这是一种将各种热熔性的丝状材料（蜡、ABS和尼龙等）加热熔化成形方法，它技术设备简单，运行费用便宜，这种工艺适用场合比较灵活，没有毒气或化学物质的危险，工艺相对于其它成型方法，比较干净、操作比较简单、且不产生多余的垃圾。可以快速成型楼空模型，原材料以线的形式提供，相对于其它成型方法易于搬运和更快速更换。但是问题在于精度相对低，难以成型结果比较复杂的零部件。在垂直方向上强度较小，成形速度也较慢，不适合构建大型零部件。这种工艺方法适合于产品设计的概念建模以及产品的功能测试。其原理图如图1：
2.2三维打印成型工艺
其工艺原理图如图2：
如图所示，左侧是一个储料容器，是材料放置在快速成型设备中的起始位置，工作平台中间有一个平整的金属平台，上面有一层层的粉末材料，它由成型机的滚筒设备铺开，由成型机打印头喷出的粘结剂进行粘接，这种工艺的成形速度快，运行成本也较低，可以使用淀粉、石膏粉等常见的材料做原材料，且废弃物较少，任意结构和形状的零件都适用。
2.3立体印刷成型工艺
其工艺原理图如图3：
它是快速原型技术中技术应用最广泛、最成熟的一种方法。它在工作过程中首先在成型机工作台上铺一层液态树脂，CAD/CAM软件控制的激光束依照截面轮廓做横、纵向上的激光扫描，使轮廓内的树脂固化，然后把工作台下降一定的位置，在涂上一层树脂，再进行扫描，如此反复进行直到整个原型成形完毕。这种工艺可以成形任何形状的三维实体，仿真性很强，成形的精度及材料的利用率都很高。
3 RP技术在复合材料中的应用
3.1复合陶瓷材料的制备
RP技术首先借助支撑材料把陶瓷制品内的可动件和主体联成一体，再经过预烧工艺除去支撑材料，然后经过烧结工艺获得陶瓷制品。虽然陶瓷制品都需要经过高温烧制工艺，但其在制胚过程中可以在常温下进行。
3.2高分子基复合材料的制备
有机高分子材料具有熔点低、密度小、其自身在熔融状态具有一定的粘性，不需要外加粘结剂的特点，所以它是非常理想的快速原型技术的材料。但是有机分子高分子材料的机械的综合性能较低，就连高密度聚乙烯的抗压强度也只有20MPa~ 40MPa。所以，一般都要掺入增强材料来组成有较高机械强度的复合材料。例如：美国用粒度3μm~6μm的玻璃纤维增强的PVC，制备出了大量的特种模具和零件，它们的精度高，抗拉强度好，且其强度是钢材的3.5倍左右。
快速原型技术在制备高分子材料时，要注意尽管增强纤维在引出工作头前已经进行过浸胶处理，即在增强纤维的表面涂抹一层熔融有机高分子材料，这样可以使新原材料间的相互粘接问题得到解决。但是由于零件的形状具有多个凹槽、空洞、凸起等结构，这就使得工作头在越过这些结构时，有些长纤维在离开原来位置时呗自动剪断，而到达新的位置时又自动与工件粘牢的问题。
3.3金属基复合材料的制备
在室温或者较低的温度条件下，高分子材料可以使工作头引出的新料和固化的旧料黏结在一起，在常温的条件下，陶瓷材料本身虽然不会出现黏结的现象，但是经过塑化后的熟料和外加有机黏结剂可以让陶瓷材料黏结成胚，但是，这些工艺都不适合制备金属材料。
金属材料的新、旧料之间的黏合比其它复合材料的要困难和复杂。制备金属和金属基复合材料制品使用快速原型技术有快速凝固的特点。作为基体材料的金属在熔融状态时是以金属流的形式从工作头引出的，这点和快速凝固工艺中的Taglor抽丝方法较为相似。例如：用碳纤维作增强芯料制备复合材料，它既能够有优良的快速凝固金属的性能，又可以制的具有综合性能的纤维增金属基复合材料。所以，使用RP技术制备金属基复合材料是非常具有可行性的。
4结论
RP技术突破了传统机械零件加工制造的材料成形的工艺，它引入了自动控制学、机械工程学、计算机、材料学等多种学科的先进制造技术，并且它在下面两个方面还有非常突出的作用，制备高分子材料基复合材料各复合陶瓷制品方面；在解决金属材料新旧料之间的黏合问题上它使用的是局部跟踪加热技术和焊接技术，对这个问题也有很大的帮助，尤其是RP技术应用在复合材料成形方面，使复合材料的发展得到了很好的前景。
参考文献
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篇10
（吉林省教育学院人事处，吉林长春130022）
摘要：目前，工业中常用的聚合物减摩自材料有聚酰亚胺、聚甲醛、聚乙烯、聚四氟乙烯等。其中，尤以聚四氟乙烯的摩擦系数最低，静摩擦系数仅为0.04。但由于聚合物机械力学性能比较差，耐热散热导热性能差，大大缩小了其适用范围，只能应用于常规工况中，例如高载荷、高速、高温等工况奈件下，使用聚合物材料反而起不到应有的作用。
关键词 ：铜基复合材料；摩擦磨损；材料成型；摩擦系数
中图分类号：TC7 文献标识码：A 文章编号：I671-1580(2014)10-0153-02
由于复合材料中基体与填人物都是以自身形态独立存在，因此，为了满足其性能要求，当成分配比适合时，制备所用的工艺对材料最终的性能起决定性作用。在这一前提下，在铜基复合材料的制备过程中需要考虑以下几个方面：基体铜与填人物的结合方式。复合材料中的结合主要有两种，一种是化学结合，一种是机械结合。铜基体与填人物在制备过程中界面的形成过程。如果界面之间是物理结合，则只需要考虑基体在制备过程中的变化；如果界面之间是化学结合，在考虑基体变化的过程中，还需要分析界面处的反应，以及生成新相的性能。填人物的分布会影响到铜基复合材料的整体性能。这时需要考虑到基体与填人物的初始形态以及密度等因素。若基体与填人物初始形态相同（如均为粉末），二者之间可以均匀混合；若基体与填人物初始形态不同（如基体为粉末，填人物为纤维），需要注意是否均匀混合。若填人物为连续纤维，不仅要考虑纤维的分布，同时纤维的取向与纤维的完整性也需考虑。制备工艺的确定和参数的优化。有时铜基复合材料需要采用液态法制备。在这一过程中，基体铜或填人物都会转化成液态。此时，由于两者之间密度的差异，会导致分层现象。密度大的向下扩散，密度小的向上偏聚，最后影响铜基复合材料的整体性能。
表1列出了目前常用的铜基体复合材料的制备方法。由此可见，铜基复合材料的制备方法是多种多样的。
一、扩散结合成型法
采用扩散结合工艺制备铜基复合材料，由于工艺复杂，对工艺参数的控制要求严格，因此，对于设备的精确度要求极高，很难适用于工业化生产。但由于连续纤维在铜基体中的分布均匀和完整性要求，扩散结合则成为连续纤维增强铜基复合材料的唯一可行工艺。
二、粉末冶金成型法
与同类制备技术相比较，采用粉末冶金工艺制备铜基复合材料具有以下特点：将铜基体熔化成液态，然后采用压铸或半固态复合铸造等工艺，制备铜基复合材料的方法被统称为液态法，亦称熔铸法。
三、压铸成型法
首先将铜基体熔成液态，然后通过施加压力(70 - 100MPa)，将液态铜基体以一定的速率压注填入模型腔体或基体中填人物构成的预制体孔隙中，最后快速冷却凝固制备铜基复合材料的工艺被称为压铸。
在压铸工艺中，需要研究的工艺参数有压力、加压速率、温度和模具预热速度。为了制备致密的铜基复合材料，通常选用高于50 MPa的压力。加压速率则由模型腔体或者填人物构成的预制体的强度而定，以其不变形为最佳加压速率，一般选择13c m/s。模具或填人物预制体的温度控制在与熔融态铜基体的温度同步，这样可以进行能量互补。当熔融态铜基体温度较低时，可以升高模具或填人物预制体的温度，反之亦然。
利用压铸工艺制备的铜基复合材料，组织细密、无空隙，比之一般金属铸件的性能要好一些。与固态法中的扩散结合和粉末冶金法相比，设备简单，成本低廉，产品质量稳定，效率高，易于工业化大规模生产。
四、半固态复合铸造成型法
将铜基体熔融至半固态，然后将填人物加入半固态铜基体中，通过搅拌的方式使填人物在铜基体中均匀分布，然后浇注在模具腔体中成型，这种工艺被称为半固态复合铸造法。
在使用半固态复合铸造法制备铜基复合材料的过程中，为了使得填人物均匀分布在铜基体中，会对半固态铜基体进行强烈搅拌，在搅拌的过程中则会引入气体，导致基体被氧化。当填人物与铜基体之间的润湿性较差时，由于一直在搅拌，两相之间更难形成稳定的界面，最终影响到铜基复合材料的整体性能。
将铜基体熔化成液体，然后在压力作用下注入雾化器，雾化器中通入高速惰性气体流，在高速气体流的作用下，液态基体铜被分散成极细小的液滴，同时通过其他喷嘴向雾化铜基体中注入填人物，使之与雾化铜基体在基板（收集器）上凝固沉积，进而形成颗粒增强铜基复合材料，这种工艺被称为喷射沉积，大约是在20世纪80年代逐渐成型。其结合了粉末冶金和金属凝固两种成型技术的原理和工艺。
制备复合材料是集两种性能不同的材料于一体的一种技术手段，而基体与填人物之间的润湿是成型的关键。润湿性不仅对铜基复合材料的高温制备过程有影响，同时还决定着成型复合材料的性能稳定性，甚至是高温性能稳定性。上述无论是液态成型法还是固态成型法，填人物与基体界面之间都会发生化学反应。如果填人物能够在基体铜相界处直接（即原位）生成，则成型关键问题界面润湿迎刃而解。因为原位形成的填人物与基体之间结合效果是其他工艺制备的界面结合难以比拟的，其中既不存在界面化学反应，也无需考虑形成新相的热力学问题。这种工艺即被称为原位复合成型。目前，这种方法已在陶瓷基复合材料和金属间化合物基复合材料的制备中得到了推广和应用。
粘着磨损通常被称为咬合磨损或者胶合磨损，是两物体接触表面相对滑动时在法向载荷作用下所产生的磨损。其本质是两个摩擦副之间原子键形成（显微熔接）和分离过程，通常产生小颗粒状的磨损产物，并且从一物体表面转移到另一物体表面。然后由于表面层发生断裂，转移到另一表面上的颗粒又反转移到原来的表面上。在这种转移与反转移过程中，颗粒通常会以自由磨屑的状态脱落下来。
霍姆从微观方面人手分析粘着磨损机理，推导出了粘着磨损量V(mm3)的表达式1-1：
式中，K为磨损系数，P为载荷，H为材料硬度，L为摩擦距离。
粘着磨损过程一般可分为三个阶段。第一阶段称为跑合阶段，也称磨合阶段或磨合磨损阶段，第二阶段称为稳定磨损阶段，第三阶段称为急剧磨损阶段，也称为破坏磨损阶段。
磨料磨损又称磨粒磨损，是指摩擦副的基础件被配对件的表面粗糙凸峰或中间物质里的硬颗粒划伤或微切削的过程。凸峰或硬颗粒一般为摩擦所产生的非金属材料或落入摩擦副间的金属屑。磨料磨损通常是多种机制共同作用的结果，在发生磨料磨损时，作用在质点上的力可分解为垂直分力与水平分力，垂直分力将硬质点压人材料表面，水平分力促使硬质点与表面之间产生相对位移。它们之间相互作用的结果是被磨损表面产生犁皱或切屑，形成磨料磨损或在材料表面留下沟槽。
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参考文献]
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