关于颗粒增强铝基复合材料铸造方法，请问坛里是否有人实质的接触过

老虎001

颗粒增强铝基复合材井具有十分广阔的应用前景，用特造法制取是把这种材料推向工业规模应用的有效手段。对几种主要的诗造复合方法进行了评述，认为半固态搅拌法最简单、可靠和经济。还介绍了作者应用此法进行的实践。

     铝基复合材料因具有密度小、耐腐蚀等许多优点而成为近年优先发展的新材料。其中颗粒、晶须、短纤维等非连续增强的铝基复合材料因为可以应用传统的合金材料成形工艺制取且具有各向同性和良好的二次加工性而受到重视．尤其是陶瓷颗粒，来源广泛．价格低廉，用颗粒增强的铝基复合材料其性能可与钛台金媳美，而价格不到钛合金的十分之一，因而被誉为有突破性进展的材料并已投入实用。颗粒增强的铝基复合材料通常用粉末冶金法和铸造法制取，其中用铸造法制取颗粒增强铝基复合材料工序少，工艺简单，成本最低，也最容易实现大规模工业化生产，因此是研究最活跃和前途广阔的可实用工艺方法。加拿大、美国、英国等在90年代初期已建成或正在兴建批量铸造生产这种复合材料的工厂，已有铸锭和各种型材及制品出售，但在我国至今尚无这类商品。本文对铝基复合材料的各种铸造复合法进行评述，并介绍作者就搅拌法制取工艺进行的实践。

一、各种铸造复合法的特点

   实验室用铸造法制取颗粒增强铝基复合材料的主要工艺方法有挤压法、喷射法、中间合金法、搅拌法等等。

1、挤压法

    挤压法是预先把颗粒充填在铸型内(或预先将颗粒加粘结剂和添加荆一起压制成具有一定空晾率的预制坯，将坯置于金属模型内)．然后注人铝液并加压，使铝液挤压于颗粒之间。预制块挤压用得比较多，松散颗粒挤压只用于表面复合铸造。颗粒预热温度、铝液注人温度、压力大小是这种方法的关键参数。粗顿粒之问的间隙比较大，铝液容易浸渗均匀，细颗粒之间则因毛细现象严重而须旅加高压。这种方法的优点是不必太多考虑铝液和颗粒之间的润湿性和反应性及比重差，工艺稳定性好，所{诃取复合材科的组织与性能优良。其缺点是不能任意调整颗粒含有量(松散颗粒畏渗时)，需高压设备以及密封良好能耐受高压的模具(浸渗颗粒预制坯时)。至今并未见有挤压法复合材料商品或工业化生产铸件的报道。显然，这种方法难以大批量生产各种增强颗粒含量的铝基复合坯料，也难以直接批量生产各种形状和规格的整体铸件。但是对于{诃造高含量增强颗粒的表面耐磨层和某些增强颗粒度大而含量高的摩擦件是一种好方法。

2、喷射法

    喷射法于60年代末提出 ，它是将惰性气体和增强粒子一起用喷枪通人铝液阿，气体形成气泡而冒出，颗粒则被分散在铝熔体中。通气压力和气体与所载颗粒的比倒是这种方法的主要参数。这种方法简单，占地和设备少，容易实现大规模生产，但因颗粒含量和分散程度、除气等等主要质量问题难以稳定控制．因而投有得到太多的重视和发展。

    后来有人把这种方法加以改进，即在浇注纯净铝液时将载有颗粒的气体喷于浇包嘴下的液流上，借助于液流的运动使颗粒与铝液混合。可以让混合物在水冷的金属模内直接成形，也可以对混合物进行连续轧制，这种改进方法可以消除顸粒与铝液的比重差问题。但是仍然需要解决颗粒含量和分布均匀性控制问题。

    喷射法的另一种改进便是喷射沉积法。它是用惰性气体雾化从炉中流出的铝液，将载有颗粒的惰性气体与铝雾混合，喷在经事先预处理的衬底上，逐渐沉积成铸件。沉积组织中颗粒与铝之间结合良好，晶粒细小，没有偏析。但是喷射沉积过程需要在有保护气氛的密封容器中进行，影响工艺过程的因素很多，因而还是显得复杂，不过据称国外已建有该法生产铝基复合棒材、管材的工厂。

3、中间合金法

    中间舍金法是首先以一定的比例混合颗粒与铝粉，压制成中问合金块，把中问合金块投人炼稍好的铝液中．中问舍金块因铝粉很快熔化而溃散，稍加搅拌颗粒便均匀分散在铝液中。如何制得密度适当、热溃散性好的中问合金是该法的关键技术，因为常会遇到中问合金块加人铝液后久久不溃散的现象，所以应用这种方法的人不多。

    与中间合金法类似而本质不同的是直接接触反应法。它是由人为设计的某几种组元在铝熔体中通过接触和碰撞引起原位散热化学反应而生成增强颗粒，只要稍加搅拌就能在铝液中均匀分布。例如，先将铝粉、钛粉、硼或碳粉接一定比例混合均匀并压制成块，然后将其压人熔融铝合金中，引发Ti+2B=TiB2或Ti+C=TiC反应而制备TiB2颗粒／铝和TiC颗粒／铝复合材料。可以获得非常洁净表面的增强颗粒，颗粒与铝基件之间的润湿和结合相当好，材料组织均匀，通过控制工艺参数可以得到纳米级的增强颗粒(例如在Al—si基体熔液中用接触反应法生成0.1-1微米的TiC颗粒)，故而能大大提高铝合金的强度。这是一种比较新颖的工艺技术。国内已取得实验室成果并取得专利技术，但能否工业实用尚有待进一步研究。

4、搅拌法

   搅拌法分为在液态下搅拌和在半固态下搅拌两种。前者是强烈搅动全液态铝合金，使之产生涡流，向涡流中加人颗粒并使其分散；后者是先让铝合金降温至液一同两相区，搅拌半固态浆体同时加人固体颗粒。搅拌手段常用浆叶的机械旋转，也可用超声波或电磁力。

    搅拌法不需用大设备，工序少，对颗粒种类和尺寸适应范围广，操作简单，是迄今为止制取铝基复合材料使用最普遍的方法。基体材料可以是纯铝或各种铝合金，可以添加多种硬质颗粒例如Al203、SiC、T 02、五 、si3N4，或者是固体润滑剂粒子例如石墨、碳粒和MoS2。颗粒粒度可以小到一微米以下．大到数毫米。颗粒含量可以从裉低一直达到60％。搅拌法制造的颗粒增强铝基复合材料锭可以进行挤压等加工，甚至可实现超塑性。美国的Dutalon公司用这种方法生产颗粒增强铝基复合材料商品。

    虽然用液态旋涡法也已经成功地制各出颗粒增强铝基复合材料。但是有一些问题需要采取措施。首先，一般陶瓷颗粒与铝的润湿性不好，高温下颗粒与铝难结合牢固。为此，研究者们采取超声清洗粒子、在液体中添加与铝有较好浸润性的元素或用这类元素包覆添加粒子等种种手段，力图降低铝液表面张力和提高颗粒表面能．减小颗粒与铝液接触角。其次。在高温强烈搅拌过程中铝液氧化严重，液体内会卷人很多气体，而从越来越粘稠的混合液中排除气体并非易事。所以，为了得到高质量的颗粒增强铝基复合材料，一般要在情性气体保护下或在真空环境中进行液态搅拌复合。

    在铝熔体处于半固态时利用搅拌产生的剪切力打碎初生枝晶，得到均匀分布着许多初生固体质点的液一同混合浆料，它的黏度很高但又仍有流动性。粘稠的浆料可以滞留住加人的颗粒，使其不会浮出或沉降，这样颗粒与铝合金的润湿和比重差就不再是棘手的问题。又因温度比较低且浆料粘稠，吸气现象也大大减轻。因这种方法即简便又可靠性高，所以得到重视并被不少人采用。

    半固态成形技术在国外经20多年的研究和发展，现已进人工业应用阶段，甚至被称为21世纪新兴的金属制造关键技术之一。采用这种技术发展颗粒增强铝合材料不仅可以使铝熔体增粘而有利于复合颗粒，还可以改善材料组织，提高材料性能。

二、用搅拌法制取颗粒增强铝基复合材料的实践

    选择投资少而可靠性高的半固态搅拌复合法，以实用活塞合金ZL104为基体材料，市售普通工业磨料绿色n—siC为增强颗粒，分别用加压铸造和重力下自由铸造，成形了增强颗粒大小为85，14，21，增强颗粒古量为5％，12％的中空管及实心棒材，最大铸件单重6KG，部分材料经挤压加工和热处理。

    在箱式电阻炉中预热增强颗粒，用坩埚电阻炉融化铝合金，搅拌复合材料的不锈钢搅拌叶片由三相异步电机带动。铝合金经过常规熔化和去气扒渣后静置降温至液一同共存状态，插人搅拌器进行搅拌并同时以适当速率添加增强颗粒。为减少铝熔体氧化吸气，在炉中浆体上一定高度加盖。颗粒加人量达到要求后继续搅拌数分钟以使之分布匀。如果压铸实心棒。移去搅拌器后就可直接铸造。否则盖上炉盖升温至所需浇铸温度再出炉。

    在复合过程中没有颗粒漂浮或聚沉。中粗颗粒能取得满意的分散效果，当颗粒很小时就相对困难一些。从图2来看，所制取材料的颗粒分布比较均匀．颗粒与铝合金界面结合良好。

    只经简单重熔(包括小边角余料)就仍可得到很好的复合材料．完全熔化后升至较高温度时．用工具搅动也看不到颗粒浮出或沉底．而且这种重熔可以反复进行多次(试验了6次仍是如此)。因此，此法简单、可靠、经济。

三、结束语

    比较上述几种铸造铝基复合材料的翩取方法，笔者认为搅拌法是把颗粒增强铝基复合材料推向市场最方便、最实际的方法，尤其是对需求量极大的一般民品(如汽车和摩托车的气缸套、活塞、连杆、摇臂、销子、叶轮泵零件、传动齿轮、建筑用材以及体育用品等等)．应用搅拌法生产颗粒增强铝基复合材料铸锭或铸件具有其它方法不可比拟的经济性。因此，应该改进、完善这种工艺方法，力求减少工序，稳定质量，降低成本，使这种优良的材料和简便的制取方法早日得到规模化的推广应用。


高强铸造铝基材料叶轮  

   类别：成果   所属领域：新型材料        

        涡轮增压器的压气机对发动机性能有决定性影响，而压气机的性能取决于叶轮形状和惯量。高压比涡轮增压器对叶轮材料的力学性能和工艺性能提出了很高要求，一般高强铸造铝合金材料不能满足高性能涡轮增压器发展的要求。
       本课题组发明铝浴自蔓延反应专利技术，原位合成微细TiB2陶瓷颗粒添加剂，细化高强铸造铝合金的凝固组织、改善材料的力学与工艺性能。研制的铝基材料具有强度高、塑性好、铸造性能优良的综合性能，主要性能指标为：抗拉强度470MPa，屈服强度430MPa，延伸率12％，密度<2.80g/cm3 ，达到国内外先进水平。采用该材料制备的叶轮通过了高压比增压器严酷条件下的应用考核，解决了该增压器试制和生产中的关键问题，对高压比增压器的发展有重要作用。该成果通过教育部组织的鉴定并获有色协会科技成果三等奖。
        涡轮增压器在汽车、机车、船舶、战车、飞机等动力系统中得到广泛应用。本项成果涉及的高性能叶轮材料既为发展高压比高转速增压器提供了基础，也为优化一般增压器叶轮形态和气动力学性能创造了条件，对改善各类交通工具动力系统性能将起重要作用，具有广泛推广应用价值。

老虎001

上文是我在网上摘取的一篇论文，坛内的朋友是否曾在实践中，研究过的。可以共同探讨！

dslee_58

使用过粉末冶金的方法制备颗粒增强铝基复合材料，其特点是1、加入颗粒的体积分数不受限制。2、加入的颗粒的分布一般直接取决于粉末混合的效果，一般情况下比铸造的方法要均匀一些。3、加入颗粒的粒度大小不受限制。4、原材料（铝粉）成本比较高。5、设备的投资比较低，但是试样的尺寸受到炉子容积和功率的限制。
使用铸造的方法：比较适合大规模的生产，但是上文中提到的各种方法的优缺点还是比较全面和客观的，关于搅拌的方法，根据我所了解的一些资料，可能在颗粒分布的均匀性方面控制比较困难。