第一篇：N.材料先進(jìn)制備加工技術(shù)-2011中國(guó)材料研討會(huì)

2011中國(guó)材料研討會(huì) 5.17-5.20 北京

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N．材料先進(jìn)制備加工技術(shù) 分會(huì)主席：謝建新、曲選輝、劉雪峰

單元N1：5月19日上午 主持人：謝建新，李元元 08：30---09：00am *N1 多場(chǎng)作用下金屬粉末成形燒結(jié)一體化方法的研究進(jìn)展

李元元，李小強(qiáng)，楊超；華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院

為了探索高致密、高性能、短流程、節(jié)能和低成本的金屬粉末成形與燒結(jié)方法，分別對(duì)電-熱-力三場(chǎng)和電-磁-熱-力四場(chǎng)作用下的粉末成形與燒結(jié)機(jī)理、關(guān)鍵技術(shù)以及相應(yīng)裝備進(jìn)行了研究。研制出一套集電、磁、熱、力多個(gè)場(chǎng)作用下的粉末成形與燒結(jié)一體化設(shè)備；建立了多個(gè)場(chǎng)作用下的粉末成形與燒結(jié)模型；明晰了場(chǎng)間的交互作用機(jī)理和燒結(jié)機(jī)理；優(yōu)化了多場(chǎng)作用下碳化鎢、鎢基、鈦基、鐵基等粉末的成形和燒結(jié)一體化工藝；證實(shí)在電-熱-力三場(chǎng)作用基礎(chǔ)上耦合交變磁場(chǎng)可改善溫度場(chǎng)分布，進(jìn)一步促進(jìn)粉體致密、改善燒結(jié)組織與性能。研究表明，多場(chǎng)作用下的粉末成形燒結(jié)一體化方法在制備優(yōu)質(zhì)粉末冶金材料和零件方面優(yōu)勢(shì)顯著。

09：00---09：30am *N2 多元多相合金及其結(jié)構(gòu)件鑄造過(guò)程的凝固基礎(chǔ) 介萬(wàn)奇；西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本文從我國(guó)古代鑄造技術(shù)的發(fā)展說(shuō)起，概括了凝固理論與技術(shù)的應(yīng)用背景和發(fā)展歷程。宏觀總結(jié)了自20世紀(jì)50年代以來(lái)現(xiàn)代凝固理論與技術(shù)的發(fā)展。進(jìn)而分析了近年來(lái)多組元合金凝固理論及技術(shù)研究的新進(jìn)展，這些進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：(1)將熱力學(xué)原理與擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的分析相結(jié)合，進(jìn)行多元合金凝固過(guò)程的分凝行為、凝固路徑和相析出規(guī)律的預(yù)測(cè)；(2)采用二元合金凝固擴(kuò)展模型、界面尋蹤模型和相場(chǎng)分析等方法，進(jìn)行多元合金凝固過(guò)程生長(zhǎng)形貌演變規(guī)律的研究；(3)鑄錠與鑄件宏觀凝固過(guò)程的模擬研究。進(jìn)而指出了凝固理論與技術(shù)研

究的4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，即：(1)多元多相合金非平衡凝固行為的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)耦合理論；(2)多元多相合金凝固過(guò)程的多層次表征及跨層次耦合；(3)多元多相合金非平衡凝固過(guò)程中熔體-界面-傳輸?shù)膮f(xié)同調(diào)控原理；(4)電磁場(chǎng)及高能束作用下多元多相合金的凝固行為及其控制原理。最后介紹了作者關(guān)于多組元合金凝固的4個(gè)方面的研究工作，即：鑄錠與大型鑄件中的宏觀偏析；枝晶凝固中固相分?jǐn)?shù)變化與微觀偏析；三組元合金的凝固模型；II－VI族化合物半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的分凝與偏析。

09：30---09：50am

N3

雙流澆注連續(xù)鑄造工藝參數(shù)對(duì)凝固液穴的影響 鄭小平，張衛(wèi)文，邵明；華南理工大學(xué)

雙流澆注連續(xù)鑄造技術(shù)（DSPCC）是一種“液-液復(fù)合”制備層狀金屬?gòu)?fù)合材料的新興工藝，其特點(diǎn)是兩股液態(tài)金屬熔體通過(guò)對(duì)流傳質(zhì)形成具有毫米級(jí)微觀尺度、成分與組織梯度過(guò)渡的冶金結(jié)合界面。本文利用雙流澆注連續(xù)鑄造技術(shù)制備了7075/6009鋁合金梯度復(fù)合鑄錠，分析了鑄造溫度、鑄造速度、節(jié)流孔徑、內(nèi)導(dǎo)管插入結(jié)晶器深度這四個(gè)雙流澆注連續(xù)鑄造工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)凝固液穴的影響，并利用內(nèi)層合金元素?cái)U(kuò)散來(lái)表征鑄造工藝參數(shù)，研究了內(nèi)層合金元素?cái)U(kuò)散與凝固液穴的關(guān)系，結(jié)果表明：在7075/6009合金的雙流澆注連續(xù)鑄造過(guò)程中，鑄造溫度、節(jié)流孔徑和鑄造速度顯著影響著凝固液穴的深度和寬度，而內(nèi)導(dǎo)管插入結(jié)晶器深度變化對(duì)液穴寬度與深度的影響較小。內(nèi)層合金元素?cái)U(kuò)散與凝固液穴存在r*2?R2?2Rqv(Rq)c?h?s?s?h??H?H?c的關(guān)系，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算分析反映了基本一致的變化規(guī)律。

09：50---10：10am

休息

www.004km.cn+Al2O3）/Fe復(fù)合材料。研究了Al元素的加入及其加入量對(duì)鈦鐵礦原位合成鐵基復(fù)合材料還原過(guò)程的影響。研究表明：FeTiO3–Al–C–N2體系中Al先與鈦鐵礦發(fā)生反應(yīng)生成鈦的中間產(chǎn)物TixOy和Al2O3，接著C、N2與TixOy反應(yīng)，最終產(chǎn)物中主要存在三相，即TiCN相、Al2O3相和Fe的固溶相。此外，當(dāng)體系中鋁的含量過(guò)高時(shí)，產(chǎn)物中會(huì)出現(xiàn)AlN相。

02：30---02：50pm

N10 硅對(duì)熱處理態(tài)M2高速鋼中共晶碳化物的影響 王維青，潘復(fù)生，湯愛(ài)濤；重慶大學(xué)

高速鋼中碳化物的類型、形貌、數(shù)量和分布等是決定高速鋼的性能的重要因素，尤其是共晶碳化物，而合金元素以及熱處理對(duì)碳化物有明顯的影響。本文通過(guò)金相、掃描電鏡、X射線衍射分析的方法研保溫2.5h的熱處理過(guò)程中，片層狀M2C碳化物分解為MC和M6C碳化物，在后續(xù)變形中破碎為細(xì)小的碳化物顆粒，0.8%Si的M2高速鋼中碳化物的尺寸稍小些。而魚(yú)骨狀M6C在熱處理過(guò)程中形態(tài)上沒(méi)有變化，在后續(xù)變形后仍有尺寸較大的塊狀碳化物，這對(duì)性能不利。

02：50---03：10pm

N11

雙金屬氣壓頂出充芯連鑄工藝的研究 梁賀，臧勃林，吳春京；北京科技大學(xué)

采用自制研究設(shè)備，運(yùn)用氣壓頂出充芯連鑄法，通過(guò)確定合理的工藝參數(shù)，制備出外徑為12mm，內(nèi)徑為8mm的鉛包錫和銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合棒坯。復(fù)合棒坯連續(xù)穩(wěn)定，表面質(zhì)量良好，包覆層厚度均勻，界面實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合。對(duì)銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合棒坯后續(xù)拉拔加工，獲得了直徑為0.95mm銅包鋁復(fù)合導(dǎo)線，通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能和導(dǎo)電性能進(jìn)行檢測(cè)，性能高于傳統(tǒng)相同直徑銅包鋁復(fù)合導(dǎo)線。

03：10---03：30pm

休息

03：30---03：50pm

N12 鐵粉溫高速壓制成形的研究

陳進(jìn)，肖志瑜；華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院

溫高速壓制（WHVC）是一種結(jié)合溫壓和高速壓制為一體的粉末冶金成形方法，通過(guò)沖錘沖擊上模沖產(chǎn)生的沖擊波使加熱的溫粉末迅速成形。該方法很好地結(jié)合了溫壓和高速壓制的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)粉末中不添加潤(rùn)滑劑，粉末加熱溫度可不受潤(rùn)滑劑的限制。得到的壓坯比傳統(tǒng)高速壓制密度要高。本文以鐵粉為原料，利用自行設(shè)計(jì)制造的一套利用重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的溫高速壓制成形裝置研究鐵粉的成形規(guī)律，采用正交實(shí)驗(yàn)的方法研究了落錘沖擊高度、模具加熱溫度、裝粉量對(duì)鐵基冶金材料的溫高速壓制成形的www.004km.cn

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壓坯密度以及生坯強(qiáng)度的影響，為優(yōu)化鐵基冶金材料的最佳溫高速壓制工藝提供一定的參考依據(jù)。

03：50---04：10pm

N13

Fatigue Property of Cu-12wt%Al Alloys Fabricated by Continuous Unidirectional Solidification 黃海友，聶銘君，欒燕燕，謝建新；北京科技大學(xué)

In this paper, the tensile mechanical properties and fatigue strength of single-crystalline and continuous-columnar-grained Cu-12wt%Al alloy rods prepared by vertical continuous unidirectional solidification(OCC)technology were investigated and compared with those properties of polycrystalline Cu-12wt%Al alloy prepared by conventional casting.The results of tensile mechanical test indicated that single-crystalline and columnar-grained samples had more excellent mechanical properties comparing with the polycrystalline alloy.For single-crystalline samples, the elongation was 8.7% and the tensile strength up to 717MPa, which was twice as much as that of polycrystalline samples(332MPa).For columnar-grained samples, the tensile strength was 380MPa and the elongation reached 24.2%, which was 6.5 times as much as that of polycrystalline alloy(3.7%).The fatigue strengths of single-crystalline, columnar-grained and polycrystalline alloys were measured by using descent method, which were 413MPa, 303MPa, 256MPa, respectively.Compared with the conventional casting polycrystalline samples, the single-crystalline and continuous-columnar-grained samples had higher fatigue strength.The fatigue strength of single-crystalline samples was 1.6 times as much as that of polycrystalline samples and higher than continuous-columnar-grained samples.Compared with the aging state QBe2.0 bronze(tensile strength 1250MPa, fatigue strength 200MPa), the tensile strength of single-crystalline Cu-12wt%Al alloy was 2/3 of that of QBe2.0, but the fatigue strength was twice.04：10---04：30pm

N14

奧氏體不銹鋼管坯二輥斜軋穿孔裂紋的形成及控制

張凱，宋仁伯；北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

奧氏體不銹鋼圓管坯高溫塑性差，易開(kāi)裂，在穿孔過(guò)程中內(nèi)壁經(jīng)常出現(xiàn)裂紋（內(nèi)裂）。相關(guān)文獻(xiàn)研究了管坯的化學(xué)成分、α相、穿孔工藝對(duì)裂紋的影響，認(rèn)為雖然管坯質(zhì)量對(duì)穿孔內(nèi)裂產(chǎn)生一定的影響，但產(chǎn)生內(nèi)裂的主導(dǎo)原因還在穿孔工藝上。但是由于其工藝參數(shù)的調(diào)整在實(shí)際生產(chǎn)中較難把握規(guī)律，造成了產(chǎn)品成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品困難等問(wèn)題。本文用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA根據(jù)某鋼廠提供的錐形二輥斜軋穿孔機(jī)的實(shí)際幾何參數(shù)，建立了三維有限元模型，并以0Cr18Ni10Ti奧氏體不銹鋼為例，模擬了穿孔過(guò)程。

管坯在斜軋穿孔時(shí)，受曼乃斯曼效應(yīng)影響，管坯心部容易過(guò)早出現(xiàn)孔腔，孔腔如果提前出現(xiàn)就容易在穿出的毛管內(nèi)外表面產(chǎn)生裂紋、分層、內(nèi)折等缺陷。由于孔腔形成是由于中心部分金屬受到交變切應(yīng)力和很大的拉伸應(yīng)力作用的結(jié)果。中心破裂屬于韌性-脆性斷裂。根據(jù)第一強(qiáng)度理論，模擬中設(shè)置了最大拉應(yīng)力單元失效準(zhǔn)則判斷孔腔是否提前出現(xiàn)。管坯旋轉(zhuǎn)前進(jìn)到頂頭，受頂頭作用，材料也會(huì)屈服破壞，產(chǎn)生斷裂。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，模擬中同時(shí)設(shè)置了Von mises等效應(yīng)力失效準(zhǔn)則。

在ANSYS/LS-DYNA中，同時(shí)設(shè)置上述兩種單元失效判據(jù)，模擬了穿孔過(guò)程，得到了各階段管坯的應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D和金屬的流動(dòng)規(guī)律，顯示了裂紋的形成與分布；并得到軋制時(shí)存在打滑現(xiàn)象，易對(duì)管坯外表面質(zhì)量產(chǎn)生影響，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)還會(huì)加劇軋輥的磨損，使生產(chǎn)效率降低，應(yīng)當(dāng)盡量控制打滑；實(shí)際生產(chǎn)中存在兩軋輥磨損程度不同或更換頻率不同導(dǎo)致兩軋輥表面摩擦系數(shù)不同，模擬得到兩軋輥表面摩擦系數(shù)的差異容易在管坯外表面引起裂紋；同時(shí)得到了管坯傾斜進(jìn)入孔型時(shí)對(duì)管坯的影響。本文對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中管坯的裂紋控制具有很好的參考價(jià)值。

04：30---04：50pm

N15

粉末冶金高釩冷作模具鋼不同熱處理狀態(tài)析出相的研究

李小明，況春江；安泰科技股份有限公司

www.004km.cn

2011中國(guó)材料研討會(huì) 5.17-5.20 北京

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粉末冶金高釩冷作模具鋼中的微細(xì)析出相對(duì)其性能有重要影響，本文采用電解的方法提取了粉末冶金高釩冷作模具鋼中的析出相，并對(duì)不同熱處理狀態(tài)合金的析出相進(jìn)行了定量分析，用X射線衍射、掃描電鏡、激光粒度、X射線小角衍射、ICP等方法對(duì)析出相的種類、形態(tài)、粒度分布和成分進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)合金的析出相為V6C5，淬火態(tài)試樣中一次析出碳化物尺寸大多處于0.631μm-2.512μm之間?；鼗饝B(tài)合金中有大量細(xì)小的二次析出相，響的規(guī)律與強(qiáng)度變化的規(guī)律相反。造成銀包鋁絲材力學(xué)性能上述變化規(guī)律的主要原因是其力學(xué)性能受退火軟化、界面擴(kuò)散相變以及由于擴(kuò)散導(dǎo)致的包覆層和芯材合金化三種機(jī)制共同作用，在較低退火溫度和較短退火時(shí)間的條件下，退火軟化起主要作用，而在較高退火溫度和較長(zhǎng)退火時(shí)間條件下擴(kuò)散相變和合金化起主要作用。

09：00---09：30am *N17 其尺寸在10nm-96nm之間，二次析出相占總析出相質(zhì)量分?jǐn)?shù)29.7%。析出相中除C、V元素外，還存在Mo、Cr、Fe三種元素，相比一次析出相，二次析出相中Cr、Fe的含量較高。

單元N3：5月20日上午 主持人：曲選輝，劉雪峰 08：30---09：00am *N16 退火對(duì)銀包鋁絲材界面與力學(xué)性能的影響

劉新華，劉雪峰，謝建新；北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院

銀包鋁復(fù)合絲材在航空航天、儀器儀表領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文采用冷靜液擠壓和拉拔的方法制備了銀包鋁絲材，研究了退火對(duì)所制備的絲材界面與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，在150℃30分鐘以下退火時(shí)，界面無(wú)明顯新相生成，而200℃以上退火時(shí)則有明顯的新相生成；界面中新生成的相主要為Ag3Al電子化合物（μ相）。退火溫度和退火時(shí)間對(duì)界面的影響規(guī)律不同：隨退火溫度增加，無(wú)論在哪一退火時(shí)間下，界面層厚度均增加比較顯著；而同一退火溫度下，尤其是在退火溫度較低時(shí)，增加退火時(shí)間時(shí)，界面厚度增加并不明顯，但退火溫度提高時(shí)，界面層厚度隨退火時(shí)間增加的趨勢(shì)加快，退火溫度是界面層厚度的敏感因素；經(jīng)150℃、200℃和300℃退火30分鐘后的厚度分別為5~7μm、7~9μm和10~12μm。銀包覆層和鋁芯在界面附近的成分受退火影響，溫度低于200℃時(shí)，成分變化不明顯，退火溫度高于200℃時(shí)，成分明顯隨距離變化；低于300℃時(shí)擴(kuò)散過(guò)程以銀向鋁中擴(kuò)散為主，但當(dāng)溫度升高到300℃時(shí)，鋁也開(kāi)始明顯向銀一側(cè)擴(kuò)散。退火對(duì)銀包鋁絲材的力學(xué)性能有明顯的影響，在150℃和200℃退火時(shí)，隨著退火時(shí)間增加，絲材強(qiáng)度先增大后減小，而在300℃退火時(shí)，隨著退火時(shí)間增加，絲材強(qiáng)度一直增大；退火對(duì)絲材延伸率影集成計(jì)算材料工程及其在鑄件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用 張瑞杰，曲選輝；北京科技大學(xué)

集成計(jì)算材料工程被定義為將計(jì)算手段所得的材料信息，與產(chǎn)品性能分析和制造工藝模擬相結(jié)合。其中包含了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的多種信息：材料微觀組織模型、微觀結(jié)構(gòu)—性能模型、材料數(shù)據(jù)庫(kù)、成本分析模型等等，目標(biāo)是在產(chǎn)品真正投產(chǎn)之前，通過(guò)集成計(jì)算過(guò)程使材料選擇、加工制造和產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化成為一個(gè)整體系統(tǒng)。預(yù)期可以實(shí)現(xiàn)更有效的探尋新材料、盡可能發(fā)掘新材料的潛力、優(yōu)化制造工藝系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)、減少產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間和成本。本文將重點(diǎn)結(jié)合鋁合金鑄件的生產(chǎn)工藝，介紹集成計(jì)算材料工程在鑄件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用。鑄件生產(chǎn)過(guò)程中主要有熔煉、澆鑄、凝固、固溶、時(shí)效等主要的工序，這些工序中發(fā)生的主要物理現(xiàn)象在尺度上跨度很大，因此需要在不同尺度范圍內(nèi)對(duì)鑄件生產(chǎn)過(guò)程中的物理現(xiàn)象進(jìn)行建模，比如：充型、凝固微觀組織形成、次生相溶解、強(qiáng)化相析出等等。建立不同尺度微觀組織模型對(duì)產(chǎn)品性能的影響模型，并且建立不同尺度模型之間的連接關(guān)系，定量研究不同工序?qū)罄m(xù)工序及最終產(chǎn)品性能的影響。并且根據(jù)對(duì)鑄件生產(chǎn)全工藝過(guò)程的分析，反饋在材料選擇、鑄造、時(shí)效等環(huán)節(jié)中對(duì)產(chǎn)品性能影響的負(fù)面因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鑄造工藝各個(gè)工序的優(yōu)化。

最后，本文簡(jiǎn)要介紹目前集成計(jì)算材料工程在其他產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用情況，并且討論集成計(jì)算材料工程的廣泛應(yīng)用所面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

09：30---09：50am

N18

攪拌摩擦加工細(xì)晶AZ91鎂合金的組織和力學(xué)性能研究

王賽香，張大童；華南理工大學(xué)國(guó)家金屬材料近凈成形工程技術(shù)研究中心

www.004km.cn

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攪拌摩擦加工技術(shù)（FSP）是在攪拌摩擦焊（FSW）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型劇塑性變形技術(shù)，在細(xì)晶金屬材料制備方面具有較大的應(yīng)用潛力。本文研究了鑄態(tài)AZ91鎂合金經(jīng)攪拌摩擦加工后的顯微組織和力學(xué)性能。顯微組織觀察表明，合金經(jīng)FSP加工后粗大的鑄態(tài)樹(shù)枝晶變成細(xì)小的等軸晶粒，在旋轉(zhuǎn)速度400r/min、行走速度60mm/min加工條件下?（Mg）晶粒尺寸約為3μm；位于晶界處的粗大?相（Mg17Al12）轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小顆粒相。顯微硬度及拉伸力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)攪拌摩擦加工后材料的硬度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率均顯著提高；在旋轉(zhuǎn)速度600r/min、行走速度60mm/min時(shí)攪拌區(qū)的平均硬度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率分別為83HV、317.6MPa和21.6%（母材的分別為63.8HV、112.4Mpa和16.6%）。拉伸斷口分析表明，鑄態(tài)合金屬脆性斷裂，而攪拌摩擦加工合金由于晶粒明顯細(xì)化，斷裂表面存在較多的韌窩，屬韌性斷裂。

09：50---10：10am

休息

10：10---10：30am

N19 納米水基板帶鋼軋制液摩擦特征與潤(rùn)滑性能研究 孫建林，王冰，武元元；北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

全新概念的水基納米潤(rùn)滑是當(dāng)前板帶鋼冷軋生產(chǎn)應(yīng)對(duì)節(jié)能減排的重要措施之一，為此論文以幾種典型的納米粒子為例，通過(guò)修飾與分散，制備了板帶鋼水基軋制液。借助SEM、XRD、四球摩擦試驗(yàn)機(jī)和四輥軋機(jī)，分析測(cè)試了納米粒子的形貌特征、摩擦學(xué)性能、軋制潤(rùn)滑性能及軋后板帶鋼表面質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：粒徑在10-50nm的納米Cu、納米Fe3O4、納米MoS2等金屬納米粒子表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，由此制備的水基軋制液具有無(wú)毒環(huán)保、軋制潤(rùn)滑性能好、軋后表面質(zhì)量?jī)?yōu)等特點(diǎn)。另外還初步分析了納米潤(rùn)滑機(jī)理，為納米潤(rùn)滑在材料加工中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

10：30---10：50am

N20 不銹鋼表面陰極微弧電沉積氧化鋁涂層的制備及組織性能研究

薛文斌，金乾，杜建成；北京師范大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院射線束技術(shù)與材料改性教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

以Al(NO3)3乙醇溶液為電解液，利用陰極微弧電沉積技術(shù)在304不銹鋼表面制備了80 μm厚的氧化鋁涂層。采用掃描電鏡和X射線衍射分析了涂層的形貌、成分和相組成，測(cè)試了涂層的抗高溫氧化及電化學(xué)腐蝕性能，并探討了陰極微弧沉積氧化鋁涂層的機(jī)理。涂層由γ-Al2O3和的α-Al2O3組成。涂層中含有少量的Fe、Cr、Ni元素，表明膜/基界面附近的不銹鋼基體在微弧放電作用下也參與氧化鋁涂層的沉積和燒結(jié)過(guò)程。具有氧化鋁涂層的不銹鋼在800 ℃恒溫氧化速率降低將近1倍，同時(shí)它的腐蝕電位有所提高，腐蝕電流密度降低1個(gè)數(shù)量級(jí)，其耐腐蝕性能得到提高。

10：50---11：10am

N21

高分子鏈的冷流和去擁擠（unjamming）轉(zhuǎn)變 薛奇；南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高分子科學(xué)與工程系

高分子材料的加工通常需要在遠(yuǎn)高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)才可進(jìn)行，這一過(guò)程將消耗大量能源、導(dǎo)致聚合物降解污染環(huán)境并且使材料難以再回收利用。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)增大高分子鏈間鄰近度時(shí)，單獨(dú)通過(guò)施加壓力就可以使高分子鏈在遠(yuǎn)低于比量熱法測(cè)得的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)發(fā)生流動(dòng)。此時(shí)相比于自由體積的理論,體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不但沒(méi)有升高, 反而降到了測(cè)試的溫度。而這一現(xiàn)象與近年來(lái)凝聚態(tài)物理中的一個(gè)重要課題即擁擠（Jamming）理論密切相關(guān)，通過(guò)擁擠相圖我們發(fā)現(xiàn)，在玻璃體系中，堆積密度、施加的負(fù)載與體系的溫度這三個(gè)因素共同決定了體系所處的狀態(tài)。這為我們研究高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變以及高分子材料加工提供了新的思路。

11：10---11：30am

N22 脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)下的電磁成形技術(shù)

邱立，李亮，呂以亮；華中科技大學(xué)國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心（籌）

電磁成形技術(shù)是利用脈沖電磁力驅(qū)動(dòng)工件成形的高速率加工技術(shù)，其具有改善成形性能、減少起皺、提高成形范圍等優(yōu)點(diǎn)，是輕合金等難成形材料成形技術(shù)的研究熱點(diǎn)。但現(xiàn)有電磁成形技術(shù)因驅(qū)動(dòng)線圈強(qiáng)度不夠，只能提供10T左右的磁場(chǎng)，加工工件的厚度一般小于2mm，這嚴(yán)重限制了電磁成形技術(shù)的www.004km.cn

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發(fā)展。

本文借鑒脈沖磁體的設(shè)計(jì)理論及優(yōu)化技術(shù)，結(jié)合電磁成形驅(qū)動(dòng)線圈自身的特性，成功研制出可提供40T磁場(chǎng)的高強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)線圈，并建立了一套脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)電磁成形設(shè)備系統(tǒng)。選用2a12鋁合金板，利用該系統(tǒng)已完成：

1、2mm厚80mm*160mm方形盒拉延。實(shí)驗(yàn)表明，電磁板材成形以流動(dòng)形式變形，拉延高度為20mm，變形后的板材最薄處為1.88mm。

2、5mm厚內(nèi)孔翻邊。預(yù)孔直徑為30mm，用于Cu-Zr-Ni系統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬，預(yù)測(cè)了Cu-Zr-Ni系統(tǒng)的成分三角形可以劃分成三類區(qū)域，即晶態(tài)區(qū)、非晶態(tài)區(qū)以及晶態(tài)-非晶態(tài)共存區(qū)。同時(shí)采用分子靜力學(xué)計(jì)算出Cu-Zr-Ni系統(tǒng)晶態(tài)區(qū)的非晶和固溶體能量差，從能量角度預(yù)測(cè)了最優(yōu)的非晶成分區(qū)域。

02：00---02：30pm

*N24

Origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel 翻邊高度為18mm，一次翻邊系數(shù)為0.55。

3、8mm厚沖孔。沖孔直徑為50mm，一次放電完成，斷面光滑無(wú)毛刺。選用0.1mm厚銅箔，利用該系統(tǒng)已完成：

1、一次完成多孔沖裁。在直徑為100mm的銅箔上完成直徑從2mm到16mm的一系列沖孔。

2、完成微結(jié)構(gòu)成形。在銅箔面上切割出一條0.19mm寬的線槽。實(shí)驗(yàn)證明，脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)能有效提高電磁成形的加工能力，拓展了其實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的前景。

單元N4：5月20日下午 主持人：楊院生，李家好 01：30---02：00pm

*N23 熱力學(xué)和原子相互作用勢(shì)計(jì)算Cu-Zr-Ni系統(tǒng)的非晶形成范圍

崔苑苑，李家好，柳百新；清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系

Cu-Zr-Ni塊體金屬玻璃系統(tǒng)由于其良好的非晶形成能力和優(yōu)異的機(jī)械性能，成為了理論和實(shí)驗(yàn)研究的典型系統(tǒng)。在Cu-Zr-Ni塊體金屬玻璃的研究中，存在一個(gè)基礎(chǔ)性的問(wèn)題，即非晶形成范圍。由于金屬玻璃制備過(guò)程中動(dòng)力學(xué)因素的限制，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬間化合物難以形核和長(zhǎng)大，與非晶相競(jìng)爭(zhēng)的主要是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的固溶體。因此，研究Cu-Zr-Ni系統(tǒng)非晶形成范圍的問(wèn)題，就可以轉(zhuǎn)化為比較非晶和過(guò)飽和固溶體的相對(duì)穩(wěn)定性，從而確定Cu-Zr-Ni系統(tǒng)的最大過(guò)飽和固溶度，進(jìn)而確定Cu-Zr-Ni系統(tǒng)的非晶形成范圍。本研究采用基于原子相互作用勢(shì)的分子動(dòng)力學(xué)模擬，模擬過(guò)程的關(guān)鍵是如何描述原子之間的相互作用，即構(gòu)建合適的Cu-Zr-Ni系統(tǒng)的原子相互作用勢(shì)。為此，本研究使用實(shí)際存在的金屬間化合物的物理性能進(jìn)行擬合，同時(shí)采用改進(jìn)的TB-SMA勢(shì)形式，從而保證在整個(gè)計(jì)算范圍內(nèi)能量及其導(dǎo)數(shù)都連續(xù)光滑。將構(gòu)建的原子相互作用勢(shì)應(yīng)during directional solidification

付俊偉，楊院生；中國(guó)科學(xué)院金屬研究所

Formation and evolution details of the skeletal ferrite in AISI 304 stainless steel were investigated by liquid quenching and directional solidification techniques.The origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel was confirmed.Experimental results showed that a coupled microstructure, consisting of thin lathy ferrite and austenite, solidified directly from the melt without dendrite ferrite with the withdraw velocity of 150 ?m/s.During the formation of the coupled microstructure, solutes Cr and Ni are rejected into liquid.As solidification proceeds, retained liquid transforms into austenite and lathy ferrite becomes coarse gradually.When solidification is completed, solid-state transformation from ferrite to austenite takes place.The thinner ferrite in the coupled microstructure is consumed by the solid state transformation.The microstructure at room temperature is composed of thin ferrite and austenite.The ferrite is parallel arrangement in the austenite matrix.Formation of the two-phase coupled microstructure is analyzed.02：30---02：50pm

N25

基于FVM的分流模非穩(wěn)態(tài)擠壓過(guò)程數(shù)值模擬研究 程磊，謝水生，黃國(guó)杰；北京有色金屬研究總院有色金屬材料制備加工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

由于空心鋁型材分流模擠壓過(guò)程中金屬流動(dòng)及變形的復(fù)雜性，采用基于拉格朗日網(wǎng)格描述的有限元法進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，研究對(duì)象僅局限于形狀簡(jiǎn)單、截面尺寸和擠壓比小的空心型材，對(duì)于大斷面復(fù)雜截面鋁型材分流模擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬尚未見(jiàn)報(bào)

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道。針對(duì)上述問(wèn)題，采用基于歐拉網(wǎng)格描述的有限體積法，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型材分流模非穩(wěn)態(tài)擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬，不僅可以完整的模擬分流模擠壓焊合過(guò)程，而且具有計(jì)算時(shí)間短、模擬精度高的優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行大型復(fù)雜截面鋁型材擠壓焊合過(guò)程研究的一種十分有效方法。

02：50---03：10pm

N26 噴射軋制工藝參數(shù)對(duì)鋁帶材固相分?jǐn)?shù)和孔隙率影響規(guī)律的模擬研究

劉允中，李鳳仙，謝金樂(lè)；華南理工大學(xué)國(guó)家金屬材料近凈成形工程技術(shù)中心

噴射軋制是一種金屬半固態(tài)近凈成形新技術(shù)，將熔體霧化、噴射沉積、雙輥熱軋有機(jī)結(jié)合，可在一步工序內(nèi)從液態(tài)金屬直接制備高性能金屬板帶材，對(duì)噴射軋制過(guò)程中鋁合金材料的固相分?jǐn)?shù)和孔隙率進(jìn)行模擬研究有助于揭示致密化機(jī)理和指導(dǎo)工藝優(yōu)化。初步建立了噴射軋制過(guò)程中熔滴霧化和沉積階段的凝固和動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)噴射軋制中沉積階段孔隙的形成規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)果表明可通過(guò)減小沉積時(shí)的孔隙率和在軋制階段提供必要的厚度減薄率以獲得致密材料。研究了噴射軋制主要工藝參數(shù)（如：熔滴飛行距離、氣體初始速度、過(guò)熱度和熔體質(zhì)量流率）對(duì)7050鋁合金帶材沉積與成形過(guò)程中平均固相分?jǐn)?shù)、孔隙率和厚度減薄率的影響規(guī)律，對(duì)致密化過(guò)程進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)噴射軋制的主要工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，可使沉積材料有最低的孔隙率，且能穩(wěn)定連續(xù)制備致密帶材。

03：10---03：30pm

N27 軋輥噴淬熱處理過(guò)程溫度的測(cè)量與計(jì)算機(jī)控制 李莎，劉增輝，趙永龍；北京科技大學(xué)

針對(duì)噴淬過(guò)程中水霧、水膜、氧化鐵皮及其他干擾對(duì)輥身表面溫度測(cè)量的影響，本文采用紅外測(cè)溫儀配用自行設(shè)計(jì)的空氣吹掃裝置實(shí)現(xiàn)了噴淬過(guò)程輥面溫度的測(cè)量，并選用峰值保持+復(fù)合濾波的數(shù)字濾波方法對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行抗干擾處理。以紅外測(cè)溫儀實(shí)測(cè)輥面溫度為控制參數(shù)，根據(jù)實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度的差值情況，通過(guò)調(diào)節(jié)噴淬機(jī)的冷速，實(shí)現(xiàn)噴淬過(guò)程中按照軋輥的目標(biāo)溫度曲線進(jìn)行控制，提高了軋輥的噴淬質(zhì)量。

03：30---03：50pm

N28 稀土納米材料的應(yīng)用進(jìn)展

張文毓，侯世忠；洛陽(yáng)船舶材料研究所

本文概述了稀土納米材料的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了稀土納米材料在發(fā)光材料、永磁材料、陶瓷、催化劑、貯氫材料、環(huán)保材料等領(lǐng)域的應(yīng)用,對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。希望對(duì)稀土納米材料有所了解。

稀土納米材料的研究與應(yīng)用將有助于發(fā)現(xiàn)新性質(zhì)，開(kāi)拓新材料，已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。稀土元素特殊的電子構(gòu)型使其具有特殊的光、電、磁性質(zhì)。而被譽(yù)為新材料的寶庫(kù)。納米技術(shù)與稀土相結(jié)合形成的新型材料包括稀土納米陶瓷、催化劑、永磁材料、發(fā)光材料、防曬材料、生物醫(yī)藥材料等。這些新型材料在信息、生命科學(xué)等領(lǐng)域必將發(fā)揮重要的作用。因此開(kāi)展稀土納米材料的研究、應(yīng)用與開(kāi)發(fā)將是一次新的機(jī)遇，對(duì)于我們稀土大國(guó)具有重要的意義。

稀土納米材料研究現(xiàn)狀包括：稀土納米粉體、稀土化合物納米薄膜、稀土納米結(jié)構(gòu)的陶瓷、稀土納米復(fù)合與組裝、稀土納米磁性材料、稀土納米催化劑、稀土納米發(fā)光材料、稀土納米光學(xué)材料。目前開(kāi)發(fā)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域包括:.稀土發(fā)光材料、.納米超導(dǎo)材料、.稀土納米磁性材料、.稀土高性能陶瓷、.稀土納米催化劑、稀土紫外線吸收劑、稀土精密拋光、稀土納米貯氫材料、稀土納米環(huán)保材料、稀土納米薄膜材料、稀土納米合金等。

近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的問(wèn)世，納米技術(shù)與稀土相結(jié)合形成的新材料使稀土的應(yīng)用增加了不少新的內(nèi)涵，發(fā)揮出其更大的潛能。在新的前沿技術(shù)方面,又發(fā)現(xiàn)了稀土不少新的應(yīng)用。稀土納米材料在 21世紀(jì)必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。更重要的是發(fā)揮稀土納米材料的優(yōu)異特性，開(kāi)發(fā)其新的應(yīng)用。

墻展 NP1

Mn對(duì)Mg-6Al合金擠壓棒材組織與性能的影響 張志強(qiáng)，樂(lè)啟熾，崔建忠；東北大學(xué)材料電磁過(guò)程研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本文對(duì)不同Mn含量的Mg-6Al進(jìn)行反向擠壓，考察Mn對(duì)Mg-6Al鎂合金擠壓棒材組織與性能的影響。研究結(jié)果表明，在試驗(yàn)范圍內(nèi)隨著Mn含量的增加Mg-6Al-xMn合金擠壓棒材晶粒逐漸變小，硬

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度有增大的趨勢(shì)；擠壓棒材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率均隨著Mn含量的增加現(xiàn)增加后降低。Mn含量為0.5%的擠壓棒材抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最高，責(zé)任公司

航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)向空心葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要零件，其無(wú)余量葉片精密鑄造技術(shù)含量高，目前生分別為293 MPa、173 MPa； Mn含量為0.7%的擠壓棒材延伸率最大，達(dá)20%。

NP2

釬焊工藝對(duì)鋁合金真空釬焊焊縫組織的影響

高飛，陳召松，趙飛；貴州永紅航空機(jī)械有限責(zé)任公司

鋁合金真空釬焊時(shí)釬焊工藝對(duì)焊縫組織性能有重要影響，其中焊縫中大量存在的Si偏聚組織是影響焊縫強(qiáng)度不高的主要原因。本文采用15min-90min六種不同釬焊保溫時(shí)間和595℃-620℃六種不同保溫溫度對(duì)鋁合金散熱器進(jìn)行真空釬焊試驗(yàn)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、X射線能譜儀、硬度試驗(yàn)等研究確定保溫時(shí)間和保溫溫度對(duì)焊縫組織的影響關(guān)系。結(jié)果表明，隨著釬焊保溫時(shí)間的延長(zhǎng)和適量的提高保溫溫度，焊縫間的元素?cái)U(kuò)散越來(lái)越充分，Si偏聚形狀由原來(lái)的樹(shù)枝狀向點(diǎn)狀轉(zhuǎn)變，當(dāng)釬焊工藝為615℃保溫75min時(shí)，焊縫組織中只有少量點(diǎn)狀Si偏聚組織，絕大部分為固溶體，釬料對(duì)母材有少量溶蝕，結(jié)合更為牢固，工藝較佳。

NP3

減少承壓鑄件的鑄造缺陷，提高鑄件檢漏合格率 白素春；中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

我們所生產(chǎn)的鋁合金筒體鑄件技術(shù)條件要求鑄件表面不能有夾渣、針孔、縮孔、縮松等缺陷，并且需要承受 FS6 氣密性檢驗(yàn)，水壓試驗(yàn) 1.22 Mpa，筒體鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，壁厚不均，鑄造熱節(jié)偏多，容易產(chǎn)生鑄造缺陷。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，筒體鑄件鑄造缺陷多，打壓合格率 50% 左右，通過(guò)對(duì)大型鋁合金鑄件鑄造特點(diǎn)的分析，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用樹(shù)脂砂造型，采用底注式澆注系統(tǒng)，總結(jié)出一套有效的提高大型鋁合金鑄件承壓件檢漏合格率的有效方法。

NP4

一種渦輪導(dǎo)向葉片無(wú)余量精鑄工藝研究

韓宏；中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限產(chǎn)工藝尚不成熟不能滿足批產(chǎn)需求。本文總結(jié)了對(duì)該類葉片精鑄的工藝研究，包括了對(duì)該類葉片生產(chǎn)工藝的陶瓷型芯制造工藝、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制殼工藝、澆注工藝、振動(dòng)光飾工藝等方面進(jìn)行的試驗(yàn)工作。通過(guò)研究，摸索出了一套適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)向空心葉片的無(wú)余量精鑄工藝路線，獲得了合理的工藝參數(shù)，成功研制出首批合格葉片并參加了試車考核，為該類葉片實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

NP5

異型截面鋁材穿孔針擠壓成形規(guī)律的數(shù)字化研究 李峰，徐永超，初冠南；哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

為了揭示異型截面鋁型材穿孔針擠壓成形規(guī)律，以導(dǎo)彈尾翼構(gòu)件為例，本文采用非線性有限元對(duì)其過(guò)程進(jìn)行了三維熱力耦合模擬，系統(tǒng)地分析了工藝條件對(duì)溫升變化、附加拉應(yīng)力及成形載荷的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：在低速擠壓范圍內(nèi)，坯料上最高溫度峰值均呈減小趨勢(shì)變化，且隨著擠速的增加，最高溫度峰值的降幅隨之減小，而?？谔庉S向附加拉應(yīng)力的數(shù)值則相應(yīng)地增大；成形過(guò)程中?？谔幍妮S心部位為高溫區(qū)，隨著軸心距的增加，溫度值呈梯度減小的趨勢(shì)變化；且隨著壓下量的增加，溫度減小的梯度趨勢(shì)逐漸變緩，藉此為異型截面材穿孔針擠壓成形的工藝設(shè)計(jì)及變形流動(dòng)控制提供理論依據(jù)。

NP6

Mechanism of Stainless Steel Machinability Improvement by Adding Copper

張孟儀，Zhimin Zhong；國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司

本文主要研究在4Cr13鋼中添加銅和硫以改善其切削性能。在4Cr13鋼中添加銅所起到的效果和添加硫相似。應(yīng)用掃描電鏡（SEM）和高分辨透射電鏡（HRTEM）對(duì)4Cr13Cu中易切削相的分布和尺寸進(jìn)行觀察研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)易切削相的組成為銅-石墨復(fù)合相，該相彌散分布在鋼的基體中，大小約

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為10nm。經(jīng)切削試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，銅-石墨復(fù)合相起到潤(rùn)滑顆粒的作用，潤(rùn)滑了切削刀具，減少了刀具磨損量，從而提高了不銹鋼的切削性能。

NP7

釕金屬濺射靶材燒結(jié)工藝研究

羅俊鋒，丁照崇，王欣平；北京有色金屬研究總院 下，燒結(jié)體密度隨燒結(jié)溫度的增高而遞增。在1350℃保溫2小時(shí)真空燒結(jié)條件下，凝膠注模成形出的不銹鋼力學(xué)性能優(yōu)良，晶粒尺寸適中，燒結(jié)體的相對(duì)密度達(dá)98.7％，抗拉強(qiáng)度可達(dá)1058.9MPa，并可成形出形狀復(fù)雜的較大尺寸的不銹鋼坯體。

NP10

采用熱壓、放電等離子燒結(jié)及直接熱壓等燒結(jié)工藝制備了釕金屬靶材，通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)與氧含量分析對(duì)比了三種工藝方法對(duì)釕金屬靶材制備的影響。結(jié)果表明，隨著制備溫度的升高釕靶晶粒尺寸增大，氧含量降低；通過(guò)工藝優(yōu)化，三種方法均能得到密度達(dá)到99%以上的釕靶；放電等離子燒結(jié)與直接熱壓工藝都具有快速成型的特點(diǎn)；放電等離子燒結(jié)制備的釕靶組織均勻性最好。

NP8

低碳鋼變形奧氏體相變后鐵素體晶粒尺寸的數(shù)值計(jì)算

贠冰，孫建林，高雅；北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

摘要：根據(jù)熱力學(xué)理論和形核生長(zhǎng)理論，對(duì)低碳鋼在奧氏體非再結(jié)晶區(qū)變形后，連續(xù)冷卻過(guò)程中的組織演變進(jìn)行了數(shù)值分析。鐵素體相變動(dòng)力學(xué)模型是根據(jù)“形核長(zhǎng)大”和“位置飽和”機(jī)制，采用Cahn的相變動(dòng)力學(xué)理論和Scheil疊加原理建立的；同時(shí)計(jì)算了鐵素體的晶粒尺寸。模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符。

NP9

17-4PH不銹鋼粉凝膠注模成形工藝的研究

劉小婷，邵慧萍，郭志猛；北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院

本文對(duì)17-4PH不銹鋼粉末進(jìn)行了凝膠注模成形的研究，比較研究了水基和非水基凝膠體系的工藝參數(shù)對(duì)其性能的影響。結(jié)果表明：非水基凝膠體系的漿料具有較好的流變學(xué)性能，且燒結(jié)制品具有更高的致密度和力學(xué)性能。在非水基凝膠體系中，單體的濃度直接影響其成形坯體強(qiáng)度，在最佳工藝條件下，其生坯的抗彎強(qiáng)度可達(dá)38MPa；燒結(jié)體密度隨著單體濃度的增大呈先增后減的趨勢(shì)；在一定溫度

板料V形彎曲中凸模深度對(duì)彎曲影響規(guī)律的研究 董文正，林啟權(quán)，李彥濤；湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

板料V形件彎曲變形過(guò)程一般分為正向自由彎曲，正、反向彎曲和校正彎曲三個(gè)階段，由于在彎曲成形過(guò)程中工件的內(nèi)外層從拉應(yīng)力過(guò)渡到壓應(yīng)力有彈性變形存在，工件在卸載后內(nèi)、外層纖維因彈性恢復(fù)而分別伸長(zhǎng)和縮短，結(jié)果使得工件彎曲的曲率和角度發(fā)生顯著變化，產(chǎn)生彈性回跳或彈性回復(fù)現(xiàn)象，從而降低了影響工件的成形精度。本文首次提出了彎曲凸模深度（即彎曲凸模斜壁直邊的長(zhǎng)度）這個(gè)概念，推倒彎曲凸模深度與模具結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的計(jì)算公式及基于凸模深度的回彈公式。并利用有限元軟件Deform對(duì)彎曲成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了凸模深度對(duì)成形過(guò)程的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)彎曲結(jié)束階段板料出現(xiàn)明顯的“分流面”，并通過(guò)理論分析計(jì)算出分流面的精確位置，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程具有重要的指導(dǎo)意義。

NP11

激光直接沉積TB6鈦合金的成形性研究

于承雪，李懷學(xué)，景財(cái)年；北京航空制造工程研究所

通過(guò)激光熔化同軸輸送的TB6鈦合金粉末，分析了激光直接沉積TB6鈦合金的成形缺陷、顯微組織和力學(xué)性能。結(jié)果表明：氣孔和未熔合是激光直接沉積TB6鈦合金典型的兩種缺陷，氣孔形貌呈圓球形，隨機(jī)分布于成形件內(nèi)部；未熔合缺陷呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，主要分布在沉積層的層間和道間。激光直接沉積TB6鈦合金的顯微組織主要以等軸晶為主，其沉積態(tài)的拉伸斷口為沿晶/穿晶混合斷裂方式。激光直接沉積TB6鈦合金沉積態(tài)的拉伸強(qiáng)度與其鍛件相當(dāng)，其沿沉積、掃描、搭接等三個(gè)方向的拉伸強(qiáng)度相差不大，約為各向同性。熱等靜壓導(dǎo)致激光直接沉積TB6

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鈦合金的拉伸強(qiáng)度降低約200MPa，而塑性提高2倍。該結(jié)果對(duì)調(diào)控激光直接沉積鈦合金的組織與性能具有重要意義。

NP12

放電等離子燒結(jié)制備高性能WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金材料

賴燕根，李小強(qiáng)，陳??；華南理工大學(xué)國(guó)家金屬材料近凈成形工程技術(shù)研究中心

采用高能球磨方法制備了WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金粉末，通過(guò)放電等離子燒結(jié)技術(shù)將其快速固結(jié)成形，研究了該合金粉末的燒結(jié)行為，并對(duì)不同WC含量的燒結(jié)樣品進(jìn)行了密度、硬度及橫向斷裂強(qiáng)度的測(cè)試，同時(shí)分析了試樣的顯微組織和斷口形貌。結(jié)果表明：試樣的密度接近全致密，硬度及橫向斷裂強(qiáng)度隨WC含量的增加呈先增后減的變化趨勢(shì)，當(dāng)WC質(zhì)量百分比含量為10%，燒結(jié)溫度為850 ℃及燒結(jié)壓力為50 MPa時(shí)，所得試樣的密度達(dá)到8.09 g/cm3，硬度值為HRC 57及橫向斷裂強(qiáng)度為2780 MPa；該燒結(jié)材料的顯微組織以珠光體為主，另外還包含塊狀鐵素體、奧氏體及彌散分布的WC硬質(zhì)顆粒相，斷口形貌呈現(xiàn)出典型的韌窩特征。NP13

噴射軋制過(guò)程中沉積物形貌的數(shù)值模擬

李鳳仙，劉允中，羅霞；華南理工大學(xué)國(guó)家金屬材料近凈成形工程技術(shù)中心

對(duì)噴射軋制過(guò)程中軋輥表面的沉積層厚度和形貌進(jìn)行深入研究，可使噴射軋制具有最大的沉積效率，且能穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)致密帶材。在噴射軋制中霧化后的熔滴沉積到軋輥表面形成沉積層，沉積層增長(zhǎng)到一定厚度達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其形貌將保持不變。采用坐標(biāo)追蹤方法，建立了霧化后熔滴沉積到軋輥表面的質(zhì)量流率分布、厚度和形貌模型，可較好地預(yù)測(cè)不同工藝參數(shù)下沉積層的幾何尺寸和形貌，并對(duì)咬入角進(jìn)行了定性的分析。研究了工藝參數(shù)（如軋輥半徑、軋輥轉(zhuǎn)速、參考位置處最大質(zhì)量流率、軋輥間距、噴射距離等）對(duì)沉積物幾何特征的影響，結(jié)果表明：最大質(zhì)量流率、軋輥半徑、軋輥轉(zhuǎn)速對(duì)沉積物厚度和形貌有顯著影響，在此基礎(chǔ)上采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

NP14

1350鋁合金與純銅異種材料的攪拌摩擦焊接頭組織與性能的分析

李夏威，張大童；華南理工大學(xué)

采用攪拌摩擦焊對(duì)3mm厚的1350鋁合金和純銅板材進(jìn)行了對(duì)接，并對(duì)接頭的組織和性能進(jìn)行了分析.試驗(yàn)結(jié)果表明在攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為1200rpm，焊接速度為80mm/min且鋁合金位于后退側(cè)，純銅位于前進(jìn)側(cè)時(shí)能得到內(nèi)部組織致密、無(wú)缺陷的接頭.在鋁合金和純銅側(cè)均發(fā)現(xiàn)了熱影響區(qū)、機(jī)械熱影響區(qū)和攪拌區(qū)，熱影響區(qū)的晶粒略有長(zhǎng)大，機(jī)械熱影響區(qū)的晶粒發(fā)生了較大的彎曲和變形，攪拌區(qū)的組織為明顯的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織.接頭處沒(méi)有金屬間化合物生成，結(jié)合界面處鋁、銅元素僅發(fā)生少量的擴(kuò)散.攪拌區(qū)的垂直于焊接方向的橫截面上的顯微硬度基本介于鋁合金和純銅之間.接頭抗拉強(qiáng)度為73Mpa，斷后伸長(zhǎng)率為1.7%，拉伸試樣斷裂區(qū)位于攪拌區(qū)鋁-銅結(jié)合面，斷口掃描照片顯示鋁合金側(cè)有少量的韌窩及撕裂棱存在，其余斷裂表面形貌較為平坦，為脆性斷裂.NP15

ZrO2/Al90Mn9Ce1 核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的SPS制備及其性能研究

張迪，王明罡，趙占奎；長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

用放電等離子(Spark Plasma Sintering)法燒結(jié)表面包覆 10wt%ZrO2 納米粉末的微米 Al90Mn9Ce1 合金復(fù)合粉末, 得到高致密的陶瓷結(jié)構(gòu), 內(nèi)充金屬合金的塊體復(fù)合材料, 燒結(jié)溫度僅為 520℃.該材料由蜂窩狀封閉 ZrO2 陶瓷殼壁和 Al90Mn9Ce1 合金核體組成, 核殼單元尺寸約為 10~40 μm, 殼壁厚 2~3 μm.燒結(jié)后材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到 525 MPa, 顯微硬度達(dá)到 316 Hv.這種ZrO2/Al90Mn9Ce1 復(fù)合材料的成功制備, 為新型陶瓷/金屬?gòu)?fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了新思路.NP16

AZ91D鎂合金等離子噴涂NiCoCrAlY/AZ50的工藝研究

蘆笙，翁志平，陳靜；江蘇科技大學(xué)

本文利用大氣等離子噴涂技術(shù)（APS）在AZ91D鎂合金表面成功地制備了NiCoCrAlY/(Al2O3+50wt%ZrO2，簡(jiǎn)稱AZ50）復(fù)合www.004km.cn

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陶瓷涂層。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以結(jié)合強(qiáng)度為指標(biāo)，優(yōu)化了AZ50復(fù)合陶瓷涂層的工藝參數(shù)并通過(guò)OM、SEM、XRD等分析方法對(duì)涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。研究表明：噴涂功率、送粉量、噴涂距離、主氣流量和噴涂次數(shù)對(duì)噴涂的性能有重大的影響；AZ50復(fù)合涂層由α-Al2O3，γ-Al2O3，t’-ZrO2，1.5倍。

NP19

高球形度超低氧含量鋁青銅粉末研制 于軍，章徳銘，楊永琪，任先京； 北京礦冶研究總院 t-ZrO2和c-ZrO2組成，呈典型的層片狀結(jié)構(gòu)并含有少量的氣孔和微裂紋，涂層和基體的結(jié)合處是涂層最薄弱的環(huán)節(jié)。

NP17 AZ91D鎂合金等離子噴涂NiCoCrAlY/陶瓷涂層的工藝和性能

蘆笙，陳燕，陳靜；江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

本文利用正交試驗(yàn)對(duì)AZ91D鎂合金等離子噴涂NiCoCrAlY/Al2O3-13%TiO2陶瓷涂層的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，研究噴涂次數(shù)對(duì)涂層結(jié)合性能的影響規(guī)律，確定優(yōu)化的工藝參數(shù)及最佳噴涂次數(shù)。借助OM、SEM、EDX等手段，對(duì)涂層顯微組織進(jìn)行觀察分析，并對(duì)涂層的硬度進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明，工藝參數(shù)對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度有重要影響，其主次關(guān)系的順序?yàn)椋弘娫垂β?送粉量>噴涂距離>主氣流量。隨著噴涂次數(shù)的增加，即涂層厚度的增加，結(jié)合強(qiáng)度減小。斷裂均發(fā)生在過(guò)渡涂層處，且各元素含量在界面處均發(fā)生突變，沒(méi)有明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象。鎂合金表面噴涂陶瓷層后硬度明顯提高。

NP18 P對(duì)鐵素體區(qū)熱軋Ti-IF鋼組織和性能的影響研究 景財(cái)年，劉敬廣，王作成；山東建筑大學(xué)

對(duì)兩種不同磷含量的普通Ti-IF鋼和高強(qiáng)Ti+P-IF鋼，在800℃鐵素體區(qū)經(jīng)4道次熱軋、模擬罩式退火后，測(cè)量了退火鋼板的力學(xué)性能、顯微組織和二相粒子。結(jié)果顯示普通IF鋼的延伸率和r值大于高強(qiáng)IF鋼，在高強(qiáng)Ti+P-IF鋼中有FeTiP二相粒子的析出，兩種鋼板的顯微組織都是再結(jié)晶鐵素體，但鋼板中心部組織比邊部組織要粗大，兩種鋼板在鐵素體區(qū)軋制都獲得了很好的深沖性能，r值都大于1，Ti-IF鋼深沖性能更好，其原因是添加P后形成FeTiP粒子不利于深沖織構(gòu)的形成，Ti-IF鋼{111}<112>和{554}<225>織構(gòu)是Ti+P-IF鋼的新型發(fā)動(dòng)機(jī)要求鋁青銅軟支撐耐磨涂層具有較低的氧化物雜質(zhì)含量以及較高的結(jié)合強(qiáng)度，因此，對(duì)高性能鋁青銅粉末的研究迫在眉睫。本文采用自主開(kāi)發(fā)的真空霧化設(shè)備，通過(guò)加入添加劑的方式引入合金元素、鋁脫氧熔煉、大角度和低壓力的惰氣霧化工藝實(shí)現(xiàn)了細(xì)粒徑、球形鋁青銅合金粉末的高產(chǎn)率制備。所研制的粉末具有球形度高、低氧含量和低成本等特點(diǎn)。采用XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)該粉末及其組成的銅鋁/鎳石墨涂層進(jìn)行了國(guó)內(nèi)外材料及其涂層的理化性能的對(duì)比分析，結(jié)果表明國(guó)產(chǎn)鋁青銅合金粉末具有與Metco 51NS相同的物理性能、化學(xué)性能及工藝性能，涂層達(dá)到了相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求，滿足了新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)用銅鋁/鎳石墨封嚴(yán)涂層材料研制對(duì)原材料的需求。

NP20

雙掃描噴射成形工模具鋼工藝及性能研究

張勇，張國(guó)慶，李周，袁華，許文勇，劉娜，高正江，王孝平；

北京航空材料研究院先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本文主要研究了雙掃描噴射成形的工藝及制備的工模具鋼SFT15的力學(xué)性能和微觀組織。結(jié)果表明，雙掃描噴射成形工模具鋼SFT15沉積坯平均體密度為8.2g/cm3，達(dá)到理論密度的99％。采用噴射成形制備的SFT15高速鋼晶粒細(xì)小，無(wú)宏觀偏析，組織致密。經(jīng)過(guò)熱變形加工可大幅提高噴射成形工模具鋼的力學(xué)性能。采用SEM、TEM研究了SFT15的微觀組織，絕大部分為小于20μm的等軸晶，晶界和晶內(nèi)分布一些M6C型碳化物，熱處理后SFT15工模具鋼組織主要為回火馬氏體和碳化物。

NP21

Tungsten doped ZrB2 powder synthesized synergistically by co-precipitation and solid-state reaction methods

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2011中國(guó)材料研討會(huì) 5.17-5.20 北京

國(guó)家會(huì)議中心

Yanshan Jiang, Ruixing Li, Yun Zhang, Bin Zhao, Junping Li, Zhihai Feng；

Key Laboratory of Aerospace Materials and Performance(Ministry of Education), School of Materials Science and Engineering, Beihang University

Firstly, an amorphous precursor of hydrous nano-ZrO2-WO3 powder was precipitated by a co-precipitation method in alcohol-water mixed solvent using ammonia as a precipitator.Then, tungsten doped ZrB2 powder was successfully synthesized via a solid-state reaction by borothermal and carbothermal reduction using as-synthesized amorphous nano-ZrO2-WO3.The mass and heat flow of the samples were monitored by thermal analysis.The crystallographic structure was identified by X-ray diffractometry.The specific surface area of the powder was determined using a NOVA-2200e analyzer.The size and morphology of the particles were characterized by SEM and TEM microscopies.The combined effects of uniformly distributed tungsten and the complex physicochemical changes effectively improved the solid state reaction.NP22 水熱合成氧化釔彌散鐵基復(fù)合材料的制備 劉青，郭志猛，羅驥； 北京科技大學(xué)

結(jié)合共沉淀法與水熱合成法，以氯化鋁、氯化釔和氨水所得的氫氧化物沉淀為前驅(qū)物，在水熱溫度100-200°、保溫3-7h的條件下可以制備出彌散相在納米級(jí)的彌散強(qiáng)化鐵基材料。研究了反應(yīng)條件，如加入分散劑的種類及含量、水熱溫度、水熱時(shí)間等對(duì)水熱合成的影響，從而得到了最佳的工藝參數(shù)。用SEM分析了彌散相的大小及分布確定了最佳的分散劑的種類及含量，通過(guò)力學(xué)性能的比較，進(jìn)一步確定了最佳的水熱溫度及時(shí)間。

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第二篇：先進(jìn)材料制備技術(shù)

鋁基復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用

材料是人類賴以生存的必需品，是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代文明的重要支柱。而先進(jìn)材料對(duì)人類生活質(zhì)量的提高，對(duì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)其他技術(shù)的發(fā)展都起著重要的促進(jìn)作用。

先進(jìn)材料是新材料和具有高性能的傳統(tǒng)材料的總稱，既包括具有優(yōu)良性能的新材料，又包括具有高性能的傳統(tǒng)材料。

汽車工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車工業(yè)是大型的、綜合性的加工產(chǎn)業(yè)，它可以帶動(dòng)和促進(jìn)系列相關(guān)工業(yè)和相關(guān)社會(huì)服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。相關(guān)的工業(yè)有冶金、石油化工、機(jī)械、電子電器、輕工、紡織等。相關(guān)的服務(wù)行業(yè)有交通運(yùn)輸、保險(xiǎn)、維修、商業(yè)等。這些工業(yè)和服務(wù)行業(yè)所涉及的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分巨大。在材料方面，汽車工業(yè)需用11大類材料，分別為鋼板、特種鋼、結(jié)構(gòu)用塑料和復(fù)合材料、非結(jié)構(gòu)用塑料和復(fù)合材料、橡膠、涂料、有色金屬合金（主要為鋁合金材料）、鑄件、陶瓷和玻璃、金屬基復(fù)合材料。汽車工業(yè)對(duì)材料的需求很大，僅美國(guó)每年需用6000萬(wàn)噸以上。隨著現(xiàn)代汽車向輕量化、節(jié)能、環(huán)保、安全舒適方向發(fā)展，需用傳統(tǒng)材料提高性能，同時(shí)需要具有高性能的新型材料代替部分傳統(tǒng)材料。例如，采用IF鋼板和抗拉強(qiáng)度超過(guò)400MPa的超級(jí)鋼做汽車鋼板，可以減薄，減輕汽車車體質(zhì)量；采用新型的鋁基復(fù)合材料代替鑄鐵件，用深沖鋁合金板代替鋼板，都顯著減輕汽車質(zhì)量。自20世紀(jì)60年代以后，塑料件在汽車中的應(yīng)用逐漸增多，以工程塑料和復(fù)合材料為主，目前，在單臺(tái)轎車上的塑料件用量已接近120Kg。由于先進(jìn)材料的發(fā)展，汽車上使用的原材料結(jié)構(gòu)組成比逐年發(fā)生變化。

先進(jìn)復(fù)合材料的興起，克服了均一材質(zhì)材料的不具有多種性能的弱點(diǎn)，在汽車上應(yīng)用，既有利于減輕汽車自身質(zhì)量，又有利于提高性能。

一． 鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)

先進(jìn)鋁合金材料包括高強(qiáng)高韌性鋁合金材料、半固態(tài)鑄造成型鋁合金材料和耐腐蝕鋁合金材料等。

當(dāng)前鋁基復(fù)合材料的研究幾種在兩個(gè)方面：1.采用連續(xù)纖維增強(qiáng)的具有優(yōu)異性能的復(fù)合材料，其應(yīng)用范圍幾種在很特殊的領(lǐng)域，如航空航天領(lǐng)域；2.采用不連續(xù)增強(qiáng)體增強(qiáng)的具有優(yōu)良性能的復(fù)合材料，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，后者具有制備工藝簡(jiǎn)單、增強(qiáng)體成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)的潛力更大，因此成為當(dāng)前鋁基復(fù)合材料的研究重點(diǎn)。

1.纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制造方法

為獲得無(wú)纖維損傷、無(wú)空隙、高性能的致密復(fù)合材料，必須考慮增強(qiáng)纖維與鋁及鋁合金間的潤(rùn)濕性好壞和反應(yīng)性大小、增強(qiáng)纖維的分布狀態(tài)和高溫下的損傷老化程度及界面穩(wěn)定性等。纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制造方法主要有熔融浸潤(rùn)法、加壓鑄造法擴(kuò)散粘接法和粉末冶金法等。1.1 熔融浸潤(rùn)法

熔融浸潤(rùn)法是用液態(tài)鋁及鋁合金浸潤(rùn)纖維束，或?qū)⒗w維束通過(guò)液態(tài)鋁及鋁合金熔池，使每根纖維被熔融金屬潤(rùn)濕后除去多余的金屬面得到復(fù)合絲，再經(jīng)擠壓而制得復(fù)合材料。其缺點(diǎn)是當(dāng)纖維很容易被浸潤(rùn)時(shí)，熔融鋁及鋁合金可能會(huì)對(duì)纖維性能造成損傷利用增強(qiáng)纖維表面涂層處理技術(shù)，可有效地改善纖維與金屬間的浸潤(rùn)性和控制界面反應(yīng)。目前熔融浸(Al—Mg)等纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制造。1.2 加壓鑄造法

加壓鑄造法是使熔融鋁及鋁合金強(qiáng)制壓入內(nèi)置纖維預(yù)制件的固定模腔，壓力一直施加到凝固結(jié)束。加壓鑄造法因高壓改善了金屬熔體的浸潤(rùn)性，所制得復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維與鋁及鋁合金間的反應(yīng)最小，沒(méi)有孔隙和縮孔等常規(guī)鑄造缺陷。鑄造壓力和增強(qiáng)纖維含量對(duì)鋁基復(fù)合材料的性能有較大影響。加壓鑄造法成功地用于制造B／AI，SiC／A1，A1 Od(Al—Li)，A1 OJ(A1一Mg)等鋁基復(fù)合材料。1.3 擴(kuò)散粘接法

擴(kuò)散粘接法主要是指鋁箔與經(jīng)表面處理后浸潤(rùn)鋁液的纖維絲或復(fù)合絲或單層板按規(guī)定的次序疊層，在真空或惰性氣體條件下經(jīng)高溫加壓擴(kuò)散粘接成型以得到鋁基復(fù)合材料的制造方法。此外，擴(kuò)散粘接法還包括常壓燒結(jié)法、熱壓法、高溫?cái)D拉法。目前采用擴(kuò)散粘接法制造的纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料有C／A1，B／A1，SiC／A1等。

1.4 粉末冶金法

粉末冶金法是傳統(tǒng)的粉末冶金工藝在新的工程材料制備上的發(fā)展。隨著制粉工藝的發(fā)展和分散工藝方法的完善，人們已經(jīng)利用粉末冶金法成功制備了大量性能優(yōu)異的鋁基復(fù)合材料。它們不僅具有高比強(qiáng)、高比模、低膨脹、高抗磨的特點(diǎn)，而且可以隨意調(diào)整工藝路線。這種方法制備的鋁基復(fù)合材料中增強(qiáng)相分布均勻，界面反應(yīng)易于控制，在性能和穩(wěn)定性上大大優(yōu)于其它工藝方法制備的材料。

2、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法： 2.1 液態(tài)金屬浸滲 1)擠壓鑄造

’ 擠壓鑄造是目前制造金屬基復(fù)合材料較成熟的一種方法。首次在工業(yè)上應(yīng)用的鋁基復(fù)合材料制件即13 本豐田公司制造的鋁基A 1，O，晶須增強(qiáng)汽車活塞就是用擠壓鑄造方法獲得的。擠壓鑄造是在液體壓力作用下將液態(tài)金屬滲入增強(qiáng)相預(yù)制塊中。在制造過(guò)程中，為了防止熔體過(guò)早冷卻，需要對(duì)壓模和預(yù)制塊進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度一般低于基體合金的液相線溫度。2)氣壓鑄造

用氣體壓力取代擠壓鑄造的液體壓力。就形成了氣壓浸滲制造復(fù)合材料工藝。氣壓浸滲工藝一般都施加真空作用，所需要的浸滲壓力較低，大都在十幾M P a 以下。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種氣壓浸滲工藝技術(shù)。3)無(wú)壓浸滲

無(wú)壓浸滲工藝是1 9 8 9 年L a n x i d e 公司：提出的專利技術(shù)，也稱為L(zhǎng) a n x i d e 5 2 藝。在該工藝中，基體合金放在可控制氣氛的加熱爐中加熱到基體合金液相線以上溫度，在不加壓力的情況下合金熔體自發(fā)浸滲到 顆粒層或預(yù)制塊中。利用該方法可制造出近終形態(tài)的復(fù)合材料制品。因?yàn)闆](méi)有壓力作用，浸滲模具材料選擇很容易，如可選用；透氣性好的耐火材料和燒結(jié)陶瓷材料。影響該工藝的主要因素為： 浸滲溫度、顆粒大小和環(huán)境氣體種類。無(wú)壓浸滲工藝本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)濕作用。目前該工藝只能在一定條件下才能實(shí)現(xiàn)，合金含鎂和氮?dú)猸h(huán)境是兩個(gè)前提條件，因此無(wú)壓浸滲工藝具有局限性。2.2 彌散混合工藝

彌散混合工藝是用機(jī)械力作用使顆粒和熔體混合，然后澆注成鑄錠或復(fù)合材料制件。該工藝研究開(kāi)始于6 0 年代。由于大多數(shù)類型的顆粒和鋁合金熔體之間具有不潤(rùn)濕特點(diǎn)，因此為了使得顆粒和熔體之間完全結(jié)合，必須施加外力作用以克服熱力學(xué)表面障礙和黏滯阻力。該工藝主要包括： 攪拌鑄造、流變鑄造、螺旋擠壓、噴射分散、團(tuán)塊分散等方法。2.3 原位復(fù)合工藝

原位復(fù)合工藝是由加入到基體金屬熔體中的粉末或其它材料與基體反應(yīng)生成一定的增強(qiáng)相而制得復(fù)合材料的一種工藝。主要包括自蔓延合成工藝、X D 52 藝和氣液反應(yīng)工藝。這些工藝的主要優(yōu)點(diǎn)為： 陶瓷顆粒表面無(wú)污染，與基體界面相容性好，顆粒細(xì)小，因而材料增強(qiáng)效果好，是研究和開(kāi)發(fā)復(fù)合材料很有效的方法” M a r i e t t a 公司開(kāi)發(fā)的專利復(fù)合材料制造X D T M 技術(shù)。該技術(shù)是向有溶解能力的金屬(如A 1)中加入某幾種物質(zhì)使其發(fā)生化合反應(yīng)放熱生成需要的增強(qiáng)體。以T i B，顆粒在A l 基體中的形成為例，T i、B 和A l 以元素粉末的形成或以A l — T i、A l — B 合金的形式混合并加熱至足夠高的溫度形成熔融的A l 介質(zhì)，T i 或B 在其中擴(kuò)散析出T i B。典型的做法是先制備含高體積分?jǐn)?shù)(5 0 v 0 1％ 以上)的母合金，再加入到金屬基體中制得含所需體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。該技術(shù)可產(chǎn)生的陶瓷顆粒包括硼化物、碳化 物、氮化物和硅化物等。2.4 粉末冶金

粉末冶金是制備高熔點(diǎn)難成型金屬材料的傳統(tǒng)工藝。它是將快速凝固金屬粉末和增強(qiáng)陶瓷顆粒等經(jīng)篩分、混合、冷壓固結(jié)、除氣、熱壓燒結(jié)，以及壓力加工制得復(fù)合材料的一種工藝。研究結(jié)果表明，用粉末冶金工藝生產(chǎn)的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的綜合強(qiáng)度水平比用熔融金屬工藝生產(chǎn)的同種材料高，伸長(zhǎng)率也較高，材料微觀組織結(jié)構(gòu)有所改善。但是這種工藝及設(shè)備復(fù)雜，金屬粉末與陶瓷顆?；旌蠒r(shí)會(huì)因顆粒分布不均，除氣不完全而導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)氣孔，溫度選擇不當(dāng)易造成汗析。另外，制得的復(fù)合材料坯件一般還需要二次成型。這種設(shè)備不適用于生產(chǎn)較大型件，所以對(duì)鋁基復(fù)合材料的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)有所限制。2.5 噴射沉積工藝

噴射沉積工藝是由英國(guó)S i n g e r 教授首創(chuàng)并干1 9 7 0 年正式公布。這一工藝早期應(yīng)用于一些金屬半成品的生產(chǎn)和制備，后來(lái)加利福尼亞大學(xué)L a v e r n i a E J 等人開(kāi)始利用這一技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)武高輝等人對(duì)石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在空間遙感器鏡筒結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。為了設(shè)計(jì)和制造出性能更加優(yōu)越的空間遙感器，對(duì)一種新型航天材料石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行了研究。突破了石墨纖維與鋁合金的界面反應(yīng)控制、纖維鋪層和纏繞設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，成功制備了石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，材料的密度為2．12×10 kg／m。，彈性模量為129 GPa，線膨脹系數(shù)為5．0×10 K。針對(duì)這種復(fù)合材料，摸索出一套完整的加工和后處理工藝，并首次把這種復(fù)合材料應(yīng)用在空間紅外遙感器鏡簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的鏡筒較之鈦合金鏡筒減重31．8。最后，完成了鏡筒組件的加工裝配、透鏡的裝校和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鏡筒組件的一階諧振頻率為284 Hz，高于100 Hz的設(shè)計(jì)要求，振動(dòng)試驗(yàn)后光機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)生變化。上述工作表明，石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在航天遙感領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2．1 材料的特點(diǎn)分析

對(duì)于小型空間紅外遙感器來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)部分不僅要滿足高剛度、高強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性的要求，而且應(yīng)該盡量減輕質(zhì)量。本文研究的空間紅外遙感器鏡筒材料采用了石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（以下簡(jiǎn)稱鋁基復(fù)合材料)，這種材料屬于長(zhǎng)纖維增強(qiáng)(連續(xù)強(qiáng)化)金屬基復(fù)合材料，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)金屬基復(fù)合材料研究所自 主研制。

與金屬材料相比，鋁基復(fù)合材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：耐高溫、高比強(qiáng)、高比模、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好、對(duì)缺口不敏感且抗磨損。與聚合物基復(fù)合材料相比鋁基復(fù)合材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：耐高低溫、防燃、尺寸穩(wěn)定、抗氧化、抗輻照、抗電磁脈沖、無(wú)氣化和導(dǎo)熱、導(dǎo)電、剪切強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、可直接加工螺紋和圓孔。

表1比較了常用航天材料的主要性能參數(shù)，從中可以看出，鋁基復(fù)合材料(Gr／A1)的密度比鋁小，但是彈性模量比鈦大。鋁基復(fù)合材料的比剛度很大，僅次于鈹，但它的生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)像鈹一樣產(chǎn)生劇毒和污染。它的線膨脹系數(shù)為5．0×10 K，在±5O。C多次循環(huán)下，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，可以很好地滿足光學(xué)系統(tǒng)對(duì)溫度和結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性的要求。

比剛度和比強(qiáng)度高、線膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好是鋁基復(fù)合材料的突出特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了它是一種制造空問(wèn)相機(jī)鏡筒的理想材料。

2．3 材料的加工和處理工藝

鋁基復(fù)合材料是一種設(shè)計(jì)性很強(qiáng)的材料，可以按照設(shè)計(jì)者的要求進(jìn)行石墨纖維的鋪層、纏繞、毛坯件的精密成型，這樣既可以提高材料性能，又可以節(jié)約昂貴的石墨纖維，降低成本。設(shè)計(jì)人員也可以根據(jù)材料纖維鋪層和纏繞的特性，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)合理的過(guò)渡與連接，充分利用材料特點(diǎn)，使零部件獲得更好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。這種材料還可以直接加工圓孔和螺紋，不需要安裝預(yù)埋件，較之樹(shù)脂基復(fù)合材料使用起來(lái)更加方便。

圖2列舉了一種典型石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料零件的加工工藝流程。需要特別注意的是在鋁基復(fù)合材料的切削加工過(guò)程中，一般應(yīng)使用金剛石刀具，而且不能使用冷卻液。由于石墨纖維的存在，普通刀具很容易磨損，切削力的穩(wěn)定性很差，易引起機(jī)床的振動(dòng)，切削速度也不宜過(guò)高。圖3展示的是鋁基復(fù)合材料的毛坯料，圖4展示的是精加工后的鋁基復(fù)合材料，從圖中可以看出鋁基復(fù)合材料的表面 加工質(zhì)量完全可以達(dá)到鈦合金的水平。這種鋁基復(fù)合材料發(fā)黑過(guò)程實(shí)際就是在材料表面鍍覆雙層金屬(Ni P合金和Zn)，再進(jìn)行黑色鈍化處理，這樣就可以獲得耐蝕性能及光學(xué)性質(zhì)良好的膜層，膜層總厚度約為30／xm。最后通過(guò)超聲無(wú)損檢 測(cè)來(lái)檢驗(yàn)零件內(nèi)部是否存在缺陷。

．4 應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用鋁基復(fù)合材料進(jìn)行了空間紅外遙感器鏡筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。已經(jīng)公開(kāi)的相關(guān)文獻(xiàn)表明，本文所研究的鋁基復(fù)合材料是首次應(yīng)用于空間光學(xué)鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鏡筒是保證紅外遙感器成像質(zhì)量的重要部件。鏡筒的結(jié)構(gòu)形式、鏡筒材料的選擇、鏡筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要滿足光學(xué)系統(tǒng)的要求，而且要滿足力學(xué)性能和真空高低溫環(huán)境的要求，同時(shí)盡可能降低質(zhì)量。特別是對(duì)光學(xué)透鏡組件來(lái)說(shuō)，其加工與裝配都有嚴(yán)格的公差要求，也只有保證各個(gè)鏡片及其相對(duì)位置在空間使用過(guò)程中仍然保持地面上的裝校精度，才能獲得高清晰度和滿意的遙感圖像。鏡筒主要零件使用了上述體積百分比為50 的M40／A1復(fù)合材料。材料的具體參數(shù)為：密度2．12 x 10。kg／m。，彈性模量l29 GPa，線膨脹系數(shù)5．0×10 K_。，經(jīng)過(guò)±5O℃多次循環(huán)下，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)加工后，零件安裝透鏡的端面位置平行度公差可以達(dá)到10 m，表面粗糙度達(dá)到1．6，說(shuō)明了這種復(fù)合材料的加工精度可以達(dá)到金屬材料的精度。零件表面發(fā)黑后測(cè)量紅外發(fā)射率為0．856(5O℃)。由于衛(wèi)星所提供的安裝空間有限，本文采用了轉(zhuǎn)折光路設(shè)計(jì)，如圖5所示。鏡筒組件結(jié)構(gòu)如圖6所示。設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

(1)鏡筒由遮光罩、窗口鏡筒、大鏡筒、中鏡 簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)折鏡筒、反射鏡壓板幾部分組成；

(2)遮光罩由鋁蜂窩內(nèi)膽和碳纖維復(fù)合材料外殼組成，具有去除雜散光的功能。窗口鏡筒、大鏡筒、中鏡筒使用鋁基復(fù)合材料制造。轉(zhuǎn)折鏡筒由于形狀不規(guī)則，采用鈦合金精密鑄造而成；

(3)鋁基復(fù)合材料鏡筒的設(shè)計(jì)過(guò)程中特別注意了結(jié)構(gòu)過(guò)渡處理，考慮具體的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)相應(yīng)的圓角和連接方式，可以更好地適應(yīng)纖維鋪層、纏繞的要求。其加工工藝符合圖2中的工藝流程；

(4)考慮到鏡筒的直徑比較小，主鏡筒采用分體結(jié)構(gòu)，便于透鏡的安裝和調(diào)試，透鏡各個(gè)安裝端面要求有高的形位公差，以保證各個(gè)透鏡的相互平行；

(5)通過(guò)紅外定心儀來(lái)調(diào)整各片透鏡的同軸度。透鏡邊緣注入XM-23膠，可以固定透鏡，同時(shí)保證了透鏡和鏡筒之間的柔性連接，有一定的減振效果；

(6)平面反射鏡通過(guò)反射鏡壓板與轉(zhuǎn)折鏡筒連接，反射鏡壓板在結(jié)構(gòu)上能實(shí)現(xiàn)反射鏡角度調(diào)整；

(7)鏡筒組件通過(guò)螺釘緊固，本身自成一體，這樣可以減輕外部干擾對(duì)鏡筒組件的影響。外部通過(guò)兩個(gè)鋁合金支撐座安裝固定，如圖7所示。

陜西理工學(xué)院徐峰等人A12 03顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能焊接頭微觀組織及性能。對(duì)0．3 mm厚Al：O，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板進(jìn)行了儲(chǔ)能點(diǎn)焊連接研究試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)其微型點(diǎn)焊接頭由熔核區(qū)、熱影響區(qū)和熔核向熱影響區(qū)過(guò)渡的熔合區(qū)(線)組成。由于儲(chǔ)能焊極短的焊接時(shí)間，大的冷卻速率達(dá)到106 K／s，使得熔核組織顯著細(xì)化，具有快速凝固特征。熔核中增強(qiáng)相A1 O 顆粒發(fā)生偏聚現(xiàn)象，在熔核邊緣區(qū)域出現(xiàn)了氣孔缺陷。當(dāng)焊接電容C=6 600、電壓U=80 V、電極壓力F=18 N時(shí)，獲得較高力學(xué)性能的焊接接頭。

試驗(yàn)選用A1 O。／2024A1復(fù)合材料作為母材，由粉末冶金法制備而成。A1：O，顆粒平均直徑15 m、體積分?jǐn)?shù)10％，基體金屬為2024A1。焊接試樣的尺寸為10 mm×5 ITlm X0．3 mm的薄板材，系線切割加工而成。

1．2 儲(chǔ)能焊焊接

試樣經(jīng)金剛砂紙打磨、丙酮清洗和烘干，裝配如圖I所示的搭接接頭。在微型電容儲(chǔ)能焊機(jī)上進(jìn)行點(diǎn)焊連接。焊接主要參數(shù)為：電容6 600 ixF、電壓70～110 V、電極力15—20 N。焊接熱輸入(E)、焊接電壓(U)和電容(C)之問(wèn)的函數(shù)關(guān)系為E=C ／2。因此，焊接熱輸人為】6．17—39．9 J

2．1 接頭整體相貌

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能點(diǎn)焊接頭整體形貌如圖2所示。接頭由3個(gè)區(qū)域組成：形狀較規(guī)則的扁平熔核區(qū)、熔核周圍的熱影響區(qū)及熔核向母材過(guò)渡的熔合區(qū)(線)。熔核直徑約為780 Ixm，最大厚度約320 txm，約占總厚度的1／2，焊點(diǎn)熔核直徑符合要求，熔核邊緣鄰近接合面的區(qū)域出現(xiàn)了氣孔，對(duì)應(yīng)著圖中的黑色區(qū)域。熔合區(qū)較窄，勾勒出熔核和母材之間的分界線，其組織細(xì)小未發(fā)現(xiàn)缺陷；熱影響區(qū)組織未發(fā)生明顯的粗化，與母材原始組織保持良好的一致性?？梢?jiàn)，儲(chǔ)能焊可實(shí)現(xiàn)A1：0，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板的點(diǎn)焊連接，能獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

圖1 搭接接頭示意圖

2．2 熔核組織

圖3為A1 0 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能點(diǎn)焊接頭熔核組織。從圖中可以看出，母材經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能焊接過(guò)程后，熔核組織相對(duì)于基體組織發(fā)生明顯細(xì)化，是由于焊接接頭的形成過(guò)程是在電極力的作用下快速凝固，抑制了組織的長(zhǎng)大從而細(xì)化了熔核組織；另一方面，熔核金屬的熔化及其凝固過(guò)程是在電容瞬間放電所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)氛圍中完成的，強(qiáng)力的磁場(chǎng)攪拌作用也是接頭組織細(xì)化的原因。熔核中的A1：0 顆粒增強(qiáng)相在熔合區(qū)(線)周圍發(fā)生了偏聚，原因是由于增強(qiáng)相A1：0，顆粒與鋁合金基體的導(dǎo)熱率和熔點(diǎn)相差很大，導(dǎo)致熔池粘度增大，熔池金屬的流動(dòng)性降低，液相與固相互相并存使得增強(qiáng)相分布不均；在凝固過(guò)程中A1 0，顆粒增強(qiáng)相不能成為結(jié)晶核心，凝固界面前沿對(duì)增強(qiáng)相的推移造成了增強(qiáng)相的偏析；另外，由于較小的電極力使得未能擠出熔核的A1：0，顆粒聚集在熔合區(qū)的邊緣。

圖2 儲(chǔ)能焊熔核整體形貌 圖3 熔核組織

2．3 熔核的快速凝固

電容儲(chǔ)能點(diǎn)焊利用電容瞬時(shí)放電產(chǎn)生的電流經(jīng)電極加載在被焊板材上，形成放電回路。板材接觸電阻瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量使接觸界面板材局部熔化，在電極力的作用下形成熔核。電容放電結(jié)束后，由于cu電極和周圍基體的快速吸熱，熔核處于較大的過(guò)冷狀態(tài)，熔核的冷卻速率很大(達(dá)到106 K／s)，高的冷卻速率使熔核的形核率顯著增大，熔核組織均勻細(xì)小。由于焊接接頭尺寸很小，焊接過(guò)程中形成的微小熔核中具有較小的溫度梯度，凝固速度快，同時(shí)也避免了基體組織的迅速長(zhǎng)大而形成粗大的柱狀晶，接頭組織因動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成較為均勻細(xì)小的柱狀晶，晶粒非常細(xì)小與母材組織相比晶粒度明顯提高，形成了具有快速凝固特征的微觀組織焊接接頭，提高了焊接質(zhì)量。

2．4 焊接接頭力學(xué)性能

2．4．1 接頭的顯微硬度

A1 0。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能點(diǎn)焊接頭顯微硬度分布測(cè)試結(jié)果如圖4所示。焊核區(qū)中心組織與母材相近，但由于部分A1：0 顆粒的偏析增加該區(qū)域的硬度；熱影響區(qū)處于很短暫的過(guò)熱狀態(tài)，與母材相比組織粗大變化不明顯，所以熱影響硬度略有提高，但硬度變化不大；熔合區(qū)(線)由于又處于固液兩相之間。成分和組織不均勻，大的冷卻速率，使得熔合區(qū)出現(xiàn)較明顯的加工硬化現(xiàn)象，同時(shí)大量增強(qiáng)相A1 0，顆粒的偏析增大了接頭硬度，顯微硬度達(dá)到113．5 HV，焊接熱過(guò)程不會(huì)造成硬度的顯著提高。2．4．2 接頭的剪切強(qiáng)度

點(diǎn)焊接頭的剪切強(qiáng)度主要取決于電極力、焊接電壓和焊接能量等工藝參數(shù)。在電極壓力作用下熔核周圍金屬會(huì)發(fā)生塑性變形和強(qiáng)烈的再結(jié)晶而形成先于熔核生長(zhǎng)的塑性環(huán)，對(duì)消除焊點(diǎn)缺陷、改善金屬組織和提高力學(xué)性能具有較大作用。而電壓對(duì)焊接能量有直接的影響，焊接能量過(guò)小被焊材料不能被加熱到熱塑性狀態(tài)；而焊接能量過(guò)大很容易產(chǎn)生飛濺和擊穿，都很難得到力學(xué)性能好的接頭。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊接電壓一定時(shí)，隨著電極力的增加，接頭剪切強(qiáng)度也隨之增加。當(dāng)電極力達(dá)到l8 N時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值132．5 MPa，進(jìn)一步增強(qiáng)電極力接頭強(qiáng)度開(kāi)始逐漸降低，如圖5所示。通過(guò)綜合分析顯微硬度和剪切強(qiáng)度與焊接參數(shù)之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)對(duì)于0．3 mm厚的A1：0，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板儲(chǔ)能焊，焊接參數(shù)：電容C=6 600 IxF、電壓U=150—170 V和焊接電極力F=17—19 N時(shí)，可獲得綜合性能優(yōu)良的焊接接頭。

圖4 接頭顯微硬度 圖5 接頭剪切強(qiáng)度

2．5 斷口形貌分析

圖6是Al O，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能焊接頭斷口形貌。斷口主要為韌性斷裂韌窩、準(zhǔn)解理面、Al：O，顆粒以及拉拔掉A1：0，顆粒的殘留凹坑，增強(qiáng)相AI 0，顆粒與基體結(jié)合緊密，故可以保證焊接接頭強(qiáng)度。經(jīng)x衍射射線分析，其組織由OL(A1)+A1 0，+少量的其它相(CuA1：和CuA1 Mg)組成。

接頭斷口形貌 結(jié)論

(1)采用儲(chǔ)能焊方法可實(shí)現(xiàn)0．3 mm厚的A1 0，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板的點(diǎn)焊連接，微型接頭由熔核、熱影響區(qū)及熔合區(qū)組成。熔核厚度約占接頭厚度 的1／2，熔核向基體金屬過(guò)渡良好。

(2)由于儲(chǔ)能焊瞬間放電的特點(diǎn)，接頭冷卻速率大使得接頭組織具有快速凝固的特征。

(3)斷口主要為韌性斷裂韌窩，增強(qiáng)相A1：O，顆粒與基體結(jié)合緊密，其相組織由O／(A1)+AI：O，少量的其它相(CuA1 和CuA1：Mg)組成。(4)對(duì)于0．3 mm厚的A1：O，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板的儲(chǔ)能焊，當(dāng)電容C=6 600 IxF、電壓 U=150—170 V和焊接電極力F=17—19 N時(shí)，剪切強(qiáng)度可達(dá)到132．5 MPa，獲得綜合性能優(yōu)良的焊接接頭。

第三篇：先進(jìn)加工技術(shù)

工程訓(xùn)練報(bào)告

先進(jìn)加工技術(shù)----3D打印

學(xué)院：機(jī)械與汽車工程學(xué)院

班級(jí)：機(jī)械13--4 姓名：姜暉

學(xué)號(hào)：201301011215

先進(jìn)加工技術(shù)--------3D打印

眾所周知，傳統(tǒng)的打印技術(shù)及其所配套的打印設(shè)備只能進(jìn)行簡(jiǎn)單或者稍微復(fù)雜的二維平面打印。然而，隨著時(shí)代的發(fā)展，特別是對(duì)于加工效率，加工精度的要求日益增長(zhǎng)的情況下，傳統(tǒng)的二維打印越來(lái)越力不從心，在一次次高科技革命的推動(dòng)下，3D打印應(yīng)運(yùn)而生。

3D打印，也稱為3D立體打印技術(shù)，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。原理方面與傳統(tǒng)的二維打印機(jī)相同，打印盒內(nèi)裝有粉末等打印材料與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物的一種快速成型技術(shù)。

相對(duì)于傳統(tǒng)打印機(jī)，3D打印機(jī)所用原理基本相同，但是所用的原料并不相同，傳統(tǒng)打印機(jī)所用的材料是墨粉和各種紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，當(dāng)打印機(jī)與電腦連接后，在電腦進(jìn)行控制下，按照設(shè)計(jì)人員設(shè)定的三維立體模型，將原材料一層一層疊加起來(lái)，將計(jì)算機(jī)的立體模型變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)實(shí)在在的立體產(chǎn)品。

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。

介紹了3D打印技術(shù)，就不得不介紹3D打印的工作過(guò)程.3D打印最重要的一個(gè)過(guò)程就是設(shè)計(jì)過(guò)程，3D打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是：先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。

其次便是相切面包一樣，對(duì)模型進(jìn)行切片處理：打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開(kāi)發(fā)小組制造模型的需要。

完成以上步驟后，便只剩下完成打印了：三維打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過(guò)如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過(guò)表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過(guò)程中還會(huì)用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

現(xiàn)行的3D打印有多種成型方法，每項(xiàng)各有利弊：

電子束是3D金屬打印成型最快方法電子束快速成型技術(shù)目前還有一些技術(shù)難點(diǎn)尚待進(jìn)一步研究，比如成型過(guò)程中廢熱高，金屬構(gòu)件中金相結(jié)構(gòu)控制較為困難，特別是成型時(shí)間長(zhǎng)，先凝固的部分經(jīng)受的高溫時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)金屬晶態(tài)成長(zhǎng)控制困難，進(jìn)而引起大尺度構(gòu)件應(yīng)力復(fù)雜等等。

電子束成型對(duì)復(fù)雜腔體，扭轉(zhuǎn)體，薄壁腔體等成型效果不佳，他的成形點(diǎn)陣精度在毫米級(jí)，所以成型以后仍然需要傳統(tǒng)的精密機(jī)械加工，也需要傳統(tǒng)的熱處理，甚至鍛造等等。

但電子束快速成型速度快，是目前3D金屬打印類打印速度最快的，可達(dá)15KG／小時(shí)，設(shè)備工業(yè)化成熟度高，基本可由貨架產(chǎn)品組合，生產(chǎn)線構(gòu)建成本低，具有很強(qiáng)的工業(yè)普及基礎(chǔ)，同時(shí)，電子束快速成型設(shè)備同時(shí)還能具有一定的焊接能力和金屬構(gòu)件表面修復(fù)能力，應(yīng)用前景廣泛。在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，目前美國(guó)和中國(guó)在電子束控制單晶金屬近凈形成型技術(shù)方面正積極研究，一旦獲得突破，傳統(tǒng)的單晶渦輪葉片生產(chǎn)困難和生產(chǎn)成本高的問(wèn)題將獲得極大的改善，從而大大提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)研制改進(jìn)等提供了極大的助力。

由于電子束成形精度受到電子束聚焦和掃描控制能力的限制，激光作為更高精度的能量介質(zhì)引起高度重視，激光成形技術(shù)幾乎是和電子束成形技術(shù)同步起步發(fā)展，但是，由于穩(wěn)定的10KW以上級(jí)的大功率激光器到2008年才開(kāi)始逐步工業(yè)化，所以激光成形技術(shù)在最近才出現(xiàn)噴涌的盛況。

激光數(shù)字成型技術(shù)主要有兩個(gè)類別，一是激光近凈成形制造（LENS）、金屬直接沉積（DMD），這個(gè)類別的技術(shù)和電子束快速成型類似，也是利用控制掃描區(qū)域形成控制的熔融區(qū)，用金屬絲或金屬粉同步掃描點(diǎn)添加，金屬熔融沉積，這項(xiàng)技術(shù)算電子束快速成型的高精度的進(jìn)化成果，激光的掃描點(diǎn)陣精度可以比電子束高一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以得到更高精度的零件，從而進(jìn)一步減少材料的耗量和機(jī)械加工的需求，同時(shí)它還能保留電子束快速成型的打印速度快的優(yōu)勢(shì)。

這類區(qū)域熔融的技術(shù)需要大尺度的腔體提供零件加工所需的真空環(huán)境，這限制了加工零件的尺寸，激光熔融區(qū)的大小和功率直接相關(guān)，越大形的構(gòu)件加工能力要求越高，由于電子束對(duì)金屬的熱效應(yīng)深度比較大，而激光熱效應(yīng)深度較小，激光成形時(shí)胚體受熱和散熱狀況要好于電子束，因此它能形成很薄的熔化區(qū)和更細(xì)密均勻的沉積構(gòu)造，凝固過(guò)程中的金相結(jié)構(gòu)更容易控制，熱應(yīng)力復(fù)雜度要低很多，可以制造更精確的形狀和更復(fù)雜零件，也能制造較薄壁的零件類型。美DRAPA，洛克希德先進(jìn)制造技術(shù)中心，和飛利浦、賓州大學(xué)等于2013年演示的先進(jìn)制造

DM概念，就是基于這類技術(shù)基礎(chǔ)。

激光3D打印幾乎可直接加工出工業(yè)零件

目前主流的激光打印機(jī)是利用硒鼓靜電吸附墨粉，激光掃描熔融墨粉形成圖像的，這種打印方式精度可達(dá)300PPI，利用激光打印和粉末冶金技術(shù)結(jié)合，新一代的最有希望的最精密成型的技術(shù)是以直接金屬激光燒結(jié)（Direct metal laser sintering，DMLS）和選區(qū)激光（selective laser sintering，SLS）為代表的激光精密數(shù)字成形。這兩者都是在基底鋪設(shè)金屬粉末，由激光掃瞄燒結(jié)，所不同的是，直接燒結(jié)是邊鋪粉邊燒，而選區(qū)燒結(jié)是先鋪整層粉末，然后激光掃描燒結(jié)，這種燒結(jié)每次沉積厚度約20－100微米，通過(guò)反復(fù)多次的沉積最終獲得三維立體的零件。

激光精密成形的優(yōu)點(diǎn)是精度高，成形點(diǎn)陣可以小于0.01毫米，可以得到近似平滑的表面，能夠處理空腔，薄壁等復(fù)雜空間扭轉(zhuǎn)體，和相互交叉穿透的復(fù)雜空腔和管路，幾乎可以加工出直接應(yīng)用的工業(yè)零件。

激光3D打印零件強(qiáng)度略小于鍛造機(jī)加件

高精度激光燒結(jié)對(duì)激光的功率要求中等，燒結(jié)點(diǎn)溫度雖然高，但是點(diǎn)陣小，每點(diǎn)陣金屬熔融凝固量很少，全過(guò)程熱釋放低，材料胚體溫度接近常溫區(qū)，較少形成復(fù)雜的熱應(yīng)力情況，金屬凝固形成的金相較為均勻細(xì)密，大多為細(xì)小的晶格態(tài)，類似于經(jīng)過(guò)鍛造的金屬構(gòu)件，獲得金屬零件強(qiáng)度略小于鍛造機(jī)加件。

美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分院最早于1986年提出SLS的專利，由DTM公司提供商用設(shè)備，美國(guó)麻省理工1988年提出DMLS的概念和專利，但目前商用化設(shè)備主要的供應(yīng)商都來(lái)源于歐洲，德國(guó)EOS略占優(yōu)勢(shì)，MTT 公司和 Concept Laser 公司也具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)于1998年以后開(kāi)始開(kāi)展SLS方面的研究，2000年以后，隨著商品化光纖激光器的成熟，國(guó)內(nèi)在SLS方面取得一定成果，2004年起，有至少3家公司和單位提出SLS技術(shù)應(yīng)用化的專利，在航空領(lǐng)域因材料強(qiáng)度方面的問(wèn)題，早期的應(yīng)用主要在快速建立冶金應(yīng)用模具方面。

作為一種主流的高新技術(shù)，3D打印有著非常廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域：軍工，航天，醫(yī)學(xué)，甚至于建筑行業(yè)，均存在著3D打印技術(shù)的影子.3D打印技術(shù)目前在全球也是前沿技術(shù)和前沿應(yīng)用，最尖端的航空工業(yè)對(duì)這種技術(shù)最為關(guān)注也最嚴(yán)謹(jǐn)，美國(guó)90年代中期就獲得這類技術(shù)的工業(yè)嘗試，但是他們一直稱為近凈成型加工技術(shù)，F(xiàn)－22,F－35都有應(yīng)用，不過(guò)因?yàn)橐恍┘庸すに嚨仍?，美?guó)也沒(méi)有能大規(guī)模應(yīng)用，但美國(guó)將這一技術(shù)一直作為先進(jìn)制造技術(shù)而由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DRAPA）牽頭，組織美國(guó)30多家企業(yè)對(duì)這一技術(shù)長(zhǎng)期研究。

美國(guó)如此重視，我國(guó)自然也不甘落后。最近幾年，中國(guó)航空工業(yè)捷報(bào)頻傳，先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)殲-20，殲-31，艦載機(jī)殲-15，運(yùn)輸機(jī)運(yùn)-20一大批高新機(jī)不斷誕生，接踵而出，最為引人關(guān)注的是，在2013年全球3D打印熱潮中，以北航和西工大兩個(gè)科研主體帶動(dòng)，沈飛、成飛、西飛等數(shù)家航空制造企業(yè)為主體，成為全球第二個(gè)能夠在實(shí)際應(yīng)用中利用3D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件的國(guó)家。

與其他的高新技術(shù)一樣，3D打印技術(shù)也有著自身的缺點(diǎn)和不足之處。

3D打印零件強(qiáng)度還難以作為飛機(jī)受力構(gòu)件

3D打印概念的出現(xiàn)是一種制造工業(yè)領(lǐng)域革命性的新技術(shù)，目前的諸多成形手段和方法都有各自的具體優(yōu)點(diǎn)和缺陷，在航空領(lǐng)域，選擇燒結(jié)SLS技術(shù)看起來(lái)潛力最大，應(yīng)用前景最廣泛，它的材料適應(yīng)范圍最廣，從鋁合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、高溫合金到陶瓷都能處理，但是它屬于微觀粉末冶金的范疇，快速成形中，粉末冶金技術(shù)中因熔融——凝固過(guò)程過(guò)快，成形體中容易夾雜空穴，未完全熔融的粉末，胚體缺陷還有可能包括激光掃描線方向形成的熔融——凝固不均勻金相微觀線狀晶格排列，這些都會(huì)嚴(yán)重影響了成形件的強(qiáng)度。

目前激光選區(qū)成形的構(gòu)件大多都只能達(dá)到同牌號(hào)金屬鑄造的強(qiáng)度水平，雖然這已經(jīng)能讓構(gòu)件進(jìn)入正常的應(yīng)用領(lǐng)域，但顯然要承擔(dān)象飛機(jī)這樣的主要結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件還是有很大限制的。

3D金屬打印零件表面還需進(jìn)一步機(jī)械加工直接金屬激光燒結(jié)DMLS技術(shù)因?yàn)橹苯佑眉す馊廴诮饘俳z沉積，金屬本身是致密體重熔，不易產(chǎn)生粉末冶金那樣的成形時(shí)的空穴，這個(gè)技術(shù)生產(chǎn)的構(gòu)件致密度可達(dá)99％以上，接近鍛造的材料胚體，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)都主要利用這種技術(shù)制造高受力構(gòu)件，它能達(dá)到同牌號(hào)金屬最 高強(qiáng)度的90～95％左右的水平，接近一般鍛造構(gòu)件。

目前的金屬3D打印構(gòu)件都不能直接形成符合要求的零件表面，它都必須經(jīng)過(guò)表面的機(jī)械加工，去除表面多余的，不連續(xù)的，不光滑的金屬，才能作為最終使用的零件，因此，盡管3D打印可以獲得復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和一些復(fù)雜的管路和腔體，但是這些管路和腔體的機(jī)械加工很有可能無(wú)法進(jìn)行，其零件的重量效率，管路流動(dòng)效率等方面不一定能夠滿足實(shí)際需求，因此，盡管3D打印可能能一步直接完成很多復(fù)雜零件的成形，但其還不具備直接取代傳統(tǒng)機(jī)械加工的能力。

3D打印對(duì)飛機(jī)大型構(gòu)件制造還存在問(wèn)題

直接成形的金屬零件在生產(chǎn)過(guò)程中因?yàn)榉磸?fù)經(jīng)受局部接近熔點(diǎn)溫度受熱，內(nèi)部熱應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，在成形某些大型細(xì)長(zhǎng)體，薄壁體金屬構(gòu)件時(shí)，應(yīng)力處理和控制還不能滿足要求，實(shí)際上到目前為止一直影響3D打印在航空業(yè)的應(yīng)用也正是因?yàn)檫@個(gè)原因。

美國(guó)從1992年開(kāi)始就不斷利用這類技術(shù)希望能夠直接生產(chǎn)飛機(jī)用的大型框架，粱絎，整體壁板等，正是因?yàn)閼?yīng)力復(fù)雜，大型構(gòu)件成形過(guò)程中或成形后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形，嚴(yán)重到無(wú)法使用。所以3D打印技術(shù)盡管很早就出現(xiàn)了，但國(guó)外航空工業(yè)界還持有相當(dāng)?shù)谋Ｊ貞B(tài)度也是有原因的。激光3D打印工業(yè)化面臨精細(xì)度難題目前激光成形技術(shù)面臨工業(yè)化的兩個(gè)方向相互間有矛盾，一是打印精細(xì)度，目前的打印精細(xì)度SLS最高，基本在1～0.1毫米左右，而其他技術(shù)加工生成的零件表面精度則在0.8～5毫米之間，目前市場(chǎng)銷售的2D激光打印機(jī)點(diǎn)陣精度在1200DPI左右即0.02毫米，這個(gè)精度可以獲得近似光滑的曲面，提高精度受到打印耗材粉末的粒徑粗細(xì)和激光熔融金屬液態(tài)滴狀表面張力影響，要把精度提高到0.1毫米以下還有很大困難，不過(guò)鋪粉預(yù)處理、激光超快速融化——凝固等技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)為提高激光成形的精度有很大幫助。

激光3D打印工業(yè)化面臨打印速度難題另一個(gè)發(fā)展方向則是提高打印速度，目前激光打印的速度還是較慢的，每小時(shí)印重量大多都在1公斤以下，最好水平也只有9公斤／小時(shí)左右，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，特別是大規(guī)模化生產(chǎn)，這個(gè)速度是不夠的，現(xiàn)在的激光成形基本還是單光頭單層鋪粉作業(yè)，未來(lái)為了提高打印速度和應(yīng)對(duì)超大型構(gòu)件打印，已經(jīng)有多光頭多層鋪粉同步打印的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。

激光成形目前尚屬于單一技術(shù)應(yīng)用，但是在工業(yè)界，激光沖擊強(qiáng)化在冶金方面應(yīng)用已經(jīng)有10幾年的歷史了，激光打印成形實(shí)際上很有希望能夠直接集成激光沖擊強(qiáng)化，激光淬火等技術(shù)，它能讓激光成形的構(gòu)件更加致密，且具有高級(jí)別的強(qiáng)度，實(shí)際上激光3D打印機(jī)都能簡(jiǎn)單的通過(guò)軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)激光沖擊強(qiáng)化的功能。

現(xiàn)在3D打印技術(shù)還只是露出第一縷曙光

新的制造方法需要新的一系列處理工藝配合，3D打印目前只能算一絲曙光，真正達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用產(chǎn)生效益，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間發(fā)展和積累。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)是信息革命在攻克傳統(tǒng)工業(yè)的最后堡壘的終結(jié)的沖鋒號(hào)，因而引發(fā)了一系列的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域研究的新課題，激光粉末冶金，微沉積金相學(xué)，微觀淬火、鍛造，激光沖擊強(qiáng)化等一系列機(jī)械制造，冶金等領(lǐng)域的課題將會(huì)讓已經(jīng)暮氣沉沉的傳統(tǒng)冶金科學(xué)，和制造科學(xué)領(lǐng)域重新充滿發(fā)展的動(dòng)力，在未來(lái)的數(shù)十年間，誰(shuí)在這些技術(shù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用化的實(shí)際成果，可能會(huì)影響和顛覆現(xiàn)有的制造工業(yè)的基本面貌,未來(lái)可謂潛力無(wú)限。

第四篇：材料先進(jìn)加工技術(shù)

1.快速凝固

快速凝固技術(shù)的發(fā)展，把液態(tài)成型加工推進(jìn)到遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)，極大地推動(dòng)了非晶、細(xì)晶、微晶等非平衡新材料的發(fā)展。傳統(tǒng)的快速凝固追求高的冷卻速度而限于低維材料的制備，非晶絲材、箔材的制備。近年來(lái)快速凝固技術(shù)主要在兩個(gè)方面得到發(fā)展：①利用噴射成型、超高壓、深過(guò)冷，結(jié)合適當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)計(jì)，發(fā)展體材料直接成型的快速凝固技術(shù)；②在近快速凝固條件下，制備具有特殊取向和組織結(jié)構(gòu)的新材料。目前快速凝固技術(shù)被廣泛地用于非晶或超細(xì)組織的線材、帶材和體材料的制備與成型。2.半固態(tài)成型

半固態(tài)成型是利用凝固組織控制的技術(shù).20世紀(jì)70年代初期，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Flemings教授等首先提出了半固態(tài)加工技術(shù)，打破了傳統(tǒng)的枝晶凝固式，開(kāi)辟了強(qiáng)制均勻凝固的先河。半固態(tài)成型包括半固態(tài)流變成型和半固態(tài)觸變成形兩類：前者是將制備的半固態(tài)漿料直接成型，如壓鑄成型（稱為半固態(tài)流變壓鑄）；后者是對(duì)制備好的半固態(tài)坯料進(jìn)行重新加熱，使其達(dá)到半熔融狀態(tài)，然后進(jìn)行成型，如擠壓成型（稱為半固態(tài)觸變擠壓）3.無(wú)模成型

為了解決復(fù)雜形狀或深殼件產(chǎn)品沖壓、拉深成型設(shè)備規(guī)模大、模具成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、靈活度低等缺點(diǎn)，滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)產(chǎn)品多樣性（多品種、小規(guī)模）的需求，20世紀(jì)80年代以來(lái)，柔性加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)受到工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。典型的無(wú)模成型技術(shù)有增量成型、無(wú)摸拉拔、無(wú)模多點(diǎn)成型、激光沖擊成型等。4.超塑性成型技術(shù)

超塑性成型加工技術(shù)具有成型壓力低、產(chǎn)品尺寸與形狀精度高等特點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展方向主要包括兩個(gè)方面：一是大型結(jié)構(gòu)件、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、精密薄壁件的超塑性成型，如鋁合金汽車覆蓋件、大型球罐結(jié)構(gòu)、飛機(jī)艙門，與盥洗盆等；二是難加工材料的精確成形加工，如鈦合金、鎂合金、高溫合金結(jié)構(gòu)件的成形加工等。5.金屬粉末材料成型加工

粉末材料的成型加工是一種典型的近終形、短流程制備加工技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)、制備預(yù)成型一體化；可自由組裝材料結(jié)構(gòu)從而精確調(diào)控材料性能；既可用于制備陶瓷、金屬材料，也可制備各種復(fù)合材料。它是近20年來(lái)材料先進(jìn)制備與成型加工技術(shù)的熱點(diǎn)與主要發(fā)展方向之一。自1990年以來(lái)，世界粉末冶金年銷售量增加了近2倍。2003年北美鐵基粉末。相關(guān)的模具、工藝設(shè)備和最終零件產(chǎn)品的銷售額已達(dá)到91億美元，其中粉末冶金零件的銷售為64億美元。美國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的粉末冶金產(chǎn)品占全球市場(chǎng)的一半以上?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，粉末冶金工業(yè)仍將保持較高的增長(zhǎng)速率。粉末材料成型加工技術(shù)的研究重點(diǎn)包括粉末注射成型膠態(tài)成型、溫壓成型及微波、等離子輔助低溫強(qiáng)化燒結(jié)等。6.陶瓷膠態(tài)成型

20世紀(jì)80年代中期，為了避免在注射成型工藝中使用大量的有機(jī)體所造成的脫脂排膠困難以及引發(fā)環(huán)境問(wèn)題，傳統(tǒng)的注漿成型因其幾乎不需要添加有機(jī)物、工藝成本低、易于操作制等特點(diǎn)而再度受到重視，但由于其胚體密度低、強(qiáng)度差等原因，他并不適合制備高性能的陶瓷材料。進(jìn)入90年代之后，圍繞著提高陶瓷胚體均勻性和解決陶瓷材料可靠性的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了多種原位凝固成型工藝，凝膠注模成型工藝、溫度誘導(dǎo)絮凝成形、膠態(tài)振動(dòng)注模成形、直接凝固注模成形等相繼出現(xiàn)，受到嚴(yán)重重視。原位凝固成形工藝被認(rèn)為是提高胚體的均勻性，進(jìn)而提高陶瓷材料可靠性的唯一途徑，得到了迅速的發(fā)展，已逐步獲得實(shí)際應(yīng)用。

7.激光快速成型

激光快速成形技術(shù)，是20實(shí)際90年代中期由現(xiàn)代材料技術(shù)、激光技術(shù)和快速原型制造術(shù)相結(jié)合的近終形快速制備新技術(shù)。采用該技術(shù)的成形件完全致密且具有細(xì)小均勻的內(nèi)部組織，從而具有優(yōu)越的力學(xué)性能和物理化學(xué)性能，同時(shí)零件的復(fù)雜程度基本不受限制，并且可以縮短加工周期，降低成本。目前發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，主要應(yīng)用于國(guó)防高科技領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)激光快速成形起步稍晚于發(fā)達(dá)國(guó)家，在應(yīng)用基礎(chǔ)研究和相關(guān)設(shè)備建設(shè)方面已有較好的前期工作，具備了通過(guò)進(jìn)一步研究形成自身特色的激光快速成形技術(shù)的條件。8.電磁場(chǎng)附加制備與成型技術(shù)

在材料的制備與成形加工過(guò)程中，通過(guò)施加附加外場(chǎng)（如溫度場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、力場(chǎng)等），可以顯著改善材料的組織，提高材料的性能，提高生產(chǎn)效率。典型的溫度場(chǎng)附加制備與形加工技術(shù)有熔體過(guò)熱處理、定向凝固技術(shù)等；典型的力場(chǎng)附加制備與成形技術(shù)有半固態(tài)加工等；典型的電磁場(chǎng)附加制備與成形加工技術(shù)有電磁鑄軋技術(shù)、電磁連鑄技術(shù)、磁場(chǎng)附加熱處理技術(shù)、電磁振動(dòng)注射成形技術(shù)等。近年來(lái)，有關(guān)電磁場(chǎng)附加制備與成形加工技術(shù)的研究在國(guó)際上已形成一門新的材料科學(xué)分支——材料電磁處理，并且得到迅速發(fā)展。9.先進(jìn)連接技術(shù)

①鋁合金激光焊接 ②鎂合金激光焊接

③機(jī)器人智能焊接 10.表面改質(zhì)改性

在材料的使用過(guò)程中，材料的表面性質(zhì)和功能非常重要，許多體材料的失效也往往是從表面開(kāi)始的。通過(guò)涂覆（或沉積、外延生長(zhǎng)）表面薄層材料或特殊能量手段改變?cè)牧媳砻娴慕Y(jié)構(gòu)（即對(duì)處理進(jìn)行表面改性），賦予較廉價(jià)的體材料以高性能、高功能的表面，可以大大提高材料的使用價(jià)值和產(chǎn)品的附加值，是數(shù)十年來(lái)材料表面加工處理研究領(lǐng)域的主要努力方向。

材料加工技術(shù)的總體發(fā)展趨勢(shì)，可以概括為三個(gè)綜合，即過(guò)程綜合、技術(shù)綜合、學(xué)科綜合。由于上述材料加工技術(shù)的總體發(fā)展趨勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)，在今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，材料制備、成型與加工技術(shù)的發(fā)展將具有以下兩個(gè)主要特征：（1）性能設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的一體化。（2）在材料設(shè)計(jì)、制備、成型與加工處理的全過(guò)程中對(duì)材料的組織性能和形狀尺寸進(jìn)行精確控制。

實(shí)際上，第一個(gè)特征實(shí)現(xiàn)材料技術(shù)的第五次革命、進(jìn)入新材料設(shè)計(jì)與制備加工工藝時(shí)代的標(biāo)志。實(shí)現(xiàn)第二個(gè)特征則要求具備兩個(gè)基本條件：一是計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的高度發(fā)展；二是材料數(shù)據(jù)庫(kù)的高度完備化?；谏鲜霾牧霞庸ぜ夹g(shù)的總體發(fā)展趨勢(shì)和特征，金屬材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾個(gè)方面。1）常規(guī)材料加工工藝的短流程化和高效化。

打破傳統(tǒng)材料成形與加工模式，工藝環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)近終形、短流程的連續(xù)化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率。例如，半固態(tài)流變成形、連續(xù)鑄軋、連續(xù)鑄擠等是將凝固與成形兩個(gè)過(guò)程合二為一，實(shí)行精確控制，形成以節(jié)能、降耗、提高生產(chǎn)效率為主要特征的新技術(shù)和新工藝。

目前國(guó)外鋁合金和鎂合金半固態(tài)加工技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入較大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用階段。鋁合金半固態(tài)成型方法主要有流變壓鑄

2）發(fā)展先進(jìn)的成形加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)組織與性能的精確控制

例如，非平衡凝固技術(shù)、電磁鑄軋技術(shù)、電磁連鑄技術(shù)、等溫成形技術(shù)、低溫強(qiáng)加工技術(shù)、先進(jìn)層狀復(fù)合材料成形、先進(jìn)超塑性成形、激光焊接、電子束焊接、復(fù)合熱源焊接、擴(kuò)散焊接、摩擦焊接等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)組織與性能的精確控制，不僅可以提高傳統(tǒng)材料的使用性能，還有利于改善難加工材料的加工性能，開(kāi)發(fā)高附加值材料。

3）材料設(shè)計(jì)（包括成分設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)）、制備與成形加工一體化

發(fā)展材料設(shè)計(jì)、制備與成型加工一體化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)材料和零部件的高效，近終形，短流程成型。典型的技術(shù)有噴射技術(shù)、粉末注射成形、激光快速成型等，是不銹鋼、高溫合金、鈦合金、難熔金屬及金屬間化合物、陶瓷材料、復(fù)合材料、梯度功能材料零部件制備成型加工的研究熱點(diǎn)。材料設(shè)計(jì)、制備與成形加工的一體化，是實(shí)現(xiàn)真正意義上的全過(guò)程的組織性能精確控制的前提和基礎(chǔ)。

4）開(kāi)發(fā)新型制備與成形加工技術(shù)，發(fā)展新材料和新產(chǎn)品

塊體非晶合金制備和應(yīng)用技術(shù)、連續(xù)定向凝固成形技術(shù)、電磁約束成型技術(shù)、雙結(jié)晶器連鑄與充芯連鑄復(fù)合技術(shù)、多坯料擠壓技術(shù)、微成形加工技術(shù)等，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的新型制備與成形加工技術(shù)。這些技術(shù)在特種高性能材料或制品的制備與成形技術(shù)加工方面具有各自的特色，受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

5）發(fā)展計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬與過(guò)程仿真技術(shù)，構(gòu)建完善的材料數(shù)據(jù)庫(kù) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算材料科學(xué)已成為一門新興的交學(xué)科，是除實(shí)驗(yàn)和理論外解決材料科學(xué)中實(shí)際問(wèn)題的第3個(gè)重要研究方法。它可以比理論和實(shí)驗(yàn)做得更深刻、更全面、更細(xì)致，可以進(jìn)行一些理論和實(shí)驗(yàn)暫時(shí)還做不到的研究。因此，基于知識(shí)的材料成形工藝模擬仿真是材料科學(xué)與制造科學(xué)的前沿領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。根據(jù)美國(guó)科學(xué)研究院工程技術(shù)委員會(huì)的測(cè)算, 模擬仿真可提高產(chǎn)品質(zhì)量5～15倍，增加材料出品率25％，降低工程技術(shù)成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，提高投入設(shè)備利用率30%～60%，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試制周期30% ～60%等。目前，模擬仿真技術(shù)已能用在壓力鑄造、熔模鑄造等精確成形加工工藝中，而焊 接過(guò)程的模擬仿真研究也取得了可喜的進(jìn)展。高性能、高保真、高效率、多學(xué)科及多尺度是模擬仿真技術(shù)的努力目標(biāo)，而微觀組織模擬（從mm、μm到nm尺度）則是近年來(lái)研究的新熱點(diǎn)課題。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，可深入研究材料的結(jié)構(gòu)、組成及其各物理化學(xué)過(guò)程中宏觀、微觀變化機(jī)制，并由材料成分、結(jié)構(gòu)及制備參數(shù)的最佳組合進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。計(jì)算材料科學(xué)的研究范圍包括從埃量級(jí)的量子力學(xué)計(jì)算到連續(xù)介質(zhì)層次的有限元或有限差分模型分析，此范圍可分為4個(gè)層次：納米級(jí)、微觀、介觀及宏觀層次。在國(guó)外，多尺度模擬已在汽車及航天工業(yè)中得到應(yīng)用。鑄件凝固過(guò)程的微觀組織模擬以晶粒尺度從凝固熱力學(xué)與結(jié)晶動(dòng)力學(xué)兩方 面研究材料的組織和性能。20世紀(jì)90年代鑄造微觀模擬開(kāi)始由試驗(yàn)研究向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展，國(guó)內(nèi)的研究雖處于起步階段，但在用相場(chǎng)法研究鋁合金枝晶生長(zhǎng)、用Cellular Automaton 法研究鋁合金組織演變和汽車球墨鑄鐵件微觀組織與性能預(yù)測(cè)等方面均已取得重要進(jìn)展。鍛造過(guò)程的三維晶粒度預(yù)測(cè)也有進(jìn)展。6）材料的智能化制備與成形加工技術(shù)

材料的智能化制備與成形加工技術(shù)是1986年由美國(guó)材料科學(xué)界提出的“第三代”材料成形加工技術(shù)，20世紀(jì)90年代以來(lái)受到日本等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重視它通過(guò)綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和先進(jìn)控制技術(shù)等，以成分、性能、工藝一體化設(shè)計(jì)與工藝控制方法，實(shí)現(xiàn)材料組織性能與成形加工質(zhì)量，同時(shí)達(dá)到縮短研制周期、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境負(fù)荷的目的。

材料的智能化制備與成形加工技術(shù)的研究尚處于概念形成與探索階段，被認(rèn)為是21世紀(jì)前期材料成形加工新技術(shù)中最富潛力的前沿研究方向之一。其他的材料先進(jìn)制備與成形加工前沿技術(shù)

電磁軟接觸連鑄、鈦合金連鑄連軋技術(shù)、高性能金屬材料噴射成形技術(shù)、輕合金半固態(tài)加工技術(shù)、泡沫鋁材料制備、鋼質(zhì)蜂窩夾芯板擴(kuò)散-軋制復(fù)合、金屬超細(xì)絲材制備技術(shù)、超細(xì)陶瓷粉末燃燒合成、模具表面滲注鍍復(fù)合強(qiáng)化、金屬管件內(nèi)壁等離子體強(qiáng)化技術(shù)、鈦合金激光熔覆技術(shù)、非納米晶復(fù)合涂層制備技術(shù)等。

第五篇：材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

微膠囊相變儲(chǔ)能材料及其制備技術(shù)研究進(jìn)展評(píng)述

摘要：相變材料是利用物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)需要吸收或放出大量熱量的性質(zhì)來(lái)儲(chǔ)熱。微膠囊相變材料(Microencapsulated Phase Change Material，MCPCM)是應(yīng)用微膠囊技術(shù)在固—液相變材料微粒表面包覆一層性能穩(wěn)定的高分子膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合材料。在固液相變材料表面包覆一層性能穩(wěn)定的高分子膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。本文介紹了微膠囊相變材料及其結(jié)構(gòu)組成、性能；綜述了微膠囊相變材料的制備工藝、研究進(jìn)展和應(yīng)用領(lǐng)域；分析了各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出了制備微膠囊相變材料中存在的問(wèn)題及今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：相變材料；微膠囊；復(fù)合材料；制備工藝 概述

1.1相變儲(chǔ)能材料簡(jiǎn)介

1.1.1相變材料的含義

相變材料主要利用其在相變過(guò)程中吸收或放出的熱能，在物相變化過(guò)程中與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換(從外界環(huán)境吸收熱量或向外界環(huán)境放出熱量)，從而達(dá)到能量利用和控制環(huán)境溫度的目的。物質(zhì)的存在狀態(tài)通常有三相:固相、液相和氣相。當(dāng)物質(zhì)從一種相態(tài)變化到另一種相態(tài)叫相變。相變的形式主要有四種：固一固相變；固一液相變；液一氣相變；固一氣相變。當(dāng)一種物質(zhì)能夠發(fā)生四種相變中的任意一種相變時(shí)，都可稱為相變材料。如果從發(fā)生相變的過(guò)程來(lái)看，這種相變材料在吸熱和放熱的過(guò)程中，能夠把熱能儲(chǔ)存起來(lái)，并對(duì)其周圍環(huán)境溫度調(diào)節(jié)控制[1]。1.1.2相變材料的特點(diǎn)

熱能儲(chǔ)存的方式一般有顯熱、潛熱和化學(xué)反應(yīng)熱只種。相變材料是利用自身在發(fā)生相變過(guò)程中吸收或釋放一定的熱量來(lái)進(jìn)行潛熱儲(chǔ)能的物質(zhì)，該材料是通過(guò)材料自身的相態(tài)變

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

透。MariaTelkes博士從1950年就著手對(duì)相變材料進(jìn)行研究，他發(fā)現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)硼砂可以把十水硫酸鈉過(guò)冷度降低將近3℃，并預(yù)計(jì)測(cè)出了該材料的相變次數(shù)可以達(dá)到2000次。在工程建筑應(yīng)用方面，美國(guó)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室已成功研制一種利用十水硫酸鈉共熔混合物做相變芯材的太陽(yáng)能建筑板，并進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，取得了較好的效果。美國(guó)的Dayton大學(xué)的J.K.Kssock等人將十八烷做為自己的實(shí)驗(yàn)相變材料，采用了浸泡法制成相變墻板，然后建筑一廣一個(gè)相變墻實(shí)驗(yàn)房和一個(gè)普通墻實(shí)驗(yàn)房進(jìn)行比較，試驗(yàn)顯示出相變墻板房?jī)?nèi)的溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平穩(wěn)，如果將相變墻應(yīng)用在實(shí)際建筑物中，可以適當(dāng)?shù)奶岣呔幼〉氖孢m性、削減電力的高峰負(fù)荷。

目前在研究的發(fā)展趨勢(shì)中，相變材料的研究主要表現(xiàn)為：開(kāi)發(fā)復(fù)合儲(chǔ)熱材料；研發(fā)復(fù)合相變材料的多種工藝技術(shù)；納米技術(shù)在復(fù)合相變材料領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

1.2相變材料的微膠囊化

如何將相變材料進(jìn)行有效的包裝，一直是相變材料研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。較為先進(jìn)的納米復(fù)合法是將納米材料的界面效應(yīng)和較大的比表而積與相變材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，可制得高傳熱效率的復(fù)合相變材料。目前，微膠囊可以較好解決相變材料在流出和外滲方面的問(wèn)題。目前，在微膠囊相變材料的制備過(guò)程中，很多人選用了三聚氰胺甲醛樹(shù)脂(MF)、脲醛樹(shù)脂(UF)作為壁材，所制備的微膠囊在某些性能方有較好的表現(xiàn)：強(qiáng)度較高、耐熱性能好。

1.2.1微膠囊技術(shù)

把固體或液體用某種膜材料包覆起來(lái)，然后形成微小粒子的技術(shù)，稱之為微膠囊封裝技術(shù)。球形微粒芯材在升溫時(shí)，由固態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，但外層包封的高分子薄膜層仍保持其固態(tài)，因此材料的外貌形態(tài)仍為固態(tài)顆粒。微膠囊包覆芯材，外層的殼物質(zhì)稱壁材；被外層殼材包覆的囊心物質(zhì)稱芯材。芯材可以是由單一物質(zhì)組成，也可以是由混合物質(zhì)組成；它的形態(tài)可以是固體、溶液、水分散液或油劑，也可以是一些特定的氣體。微膠囊的粒徑大小在l~1000微米范圍內(nèi)，它的微觀形貌通常需要借助電子顯微鏡才能觀察到。相變微膠囊技術(shù)是一種新工藝，它在化下、民藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域己經(jīng)有了較大的發(fā)展，并且在科研領(lǐng)域中得到了越來(lái)越多科研人員的重視。微膠囊技術(shù)的應(yīng)用前豪非常廣闊，主要表現(xiàn)為以下

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

潛熱型功能熱流體的基礎(chǔ)研究工作，包括其制備、性能及傳熱機(jī)理目前受到關(guān)注。周建偉、黃建新等[2]在相變微膠囊的制備以及潛熱型功能流體流動(dòng)與傳熱的實(shí)驗(yàn)研究和理論模型等進(jìn)行了探索，為潛熱型功能流體的應(yīng)用提供了材料的制備方法、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。

1.3.2紡織服裝領(lǐng)域

自20世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)研究開(kāi)發(fā)了微膠囊相變材料在熱調(diào)節(jié)防護(hù)服裝上的應(yīng)用技術(shù)，微膠囊相變材料越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于服裝領(lǐng)域中，可以制成含有微納米膠囊相變材料的調(diào)溫纖維以調(diào)節(jié)服裝及周邊的溫度，減少皮膚溫度的變化，延長(zhǎng)穿著的舒適感。鄢瑛[3]制備的以石蠟為芯材、脈醛樹(shù)脂為殼材的微膠囊相變材料，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)，結(jié)合熱固性聚氨醋網(wǎng)印粘合劑，將微膠囊涂布于棉布表面，以MCPCM在服裝領(lǐng)域中的適用性為出發(fā)點(diǎn)考察其性能，同時(shí)考察人工汗液對(duì)MCPCM性能的影響和經(jīng)涂布的棉布的熱性能。將制得的聚脈型相變微膠囊和海藻酸鈉共混紡絲，制備出相變調(diào)溫海藻纖維，把海藻纖維制成透氣且隨外界溫度變化的調(diào)溫醫(yī)用敷料等，對(duì)傷口的愈合速度與效果都有很好的輔助作用。張興祥等[4]自1997年開(kāi)始對(duì)相變材料微膠囊進(jìn)行研究，將自行研制的MicroPCMS用于現(xiàn)有織物的涂層整理，得到在室溫上下具有熱能吸收和釋放功能的織物，使用融熔復(fù)合紡絲工藝將直徑為3μm左右的MicroPCMS添加到纖維內(nèi)部，研制出含12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上微膠囊的丙綸纖維，該纖維在人體感到舒適的溫度范圍內(nèi)具有溫度調(diào)節(jié)功能。1.3.3建筑領(lǐng)域

將微膠囊相變材料混人磚瓦、墻板及天花板等建筑結(jié)構(gòu)材料中，可以進(jìn)行太陽(yáng)能儲(chǔ)存，因此適合在溫差較大的地區(qū)使用[5]。同時(shí)通過(guò)電力“移峰填谷”，也可以有效的緩解用電緊張。通過(guò)對(duì)相變墻板的儲(chǔ)熱性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)用95%的十八烷和5%的十六烷作相變材料，通過(guò)把裝有PCM的聚乙烯小球加到石膏板中制備相變墻板，并對(duì)其傳熱性能進(jìn)行了測(cè)試，在有該種相變墻板的實(shí)驗(yàn)房和普通石膏板實(shí)驗(yàn)房上作對(duì)比試驗(yàn)，得出了相變墻板的使用使得熱負(fù)荷更平緩，輻射域更舒適，用電量下降，有削減尖峰負(fù)荷的可能的結(jié)論。美國(guó)研制成功一種利用十水硫酸鈉低共熔混合物作儲(chǔ)熱芯料的太陽(yáng)能天花板磚塊，它不用普通的水泥而用聚脂粘接劑和甲基丙烯酸甲脂添加劑組成的高分子混凝土組成，并在麻省理工學(xué)院建筑系實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用。同濟(jì)大學(xué)建筑材料研究所采用正十二醇吸附有機(jī)

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體的原料配比要求不嚴(yán)。但是生產(chǎn)條件比較苛刻，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且制備的納米膠囊不可避免地夾雜有少量未反應(yīng)的單體。界面聚合形成的壁膜一般可透性較高，不適于包覆要求嚴(yán)格密封的芯材。

2.2原位聚合法

原位聚合法制備微膠囊時(shí)，囊芯必須被分散成細(xì)粒，并在形成的分散體系中以分散相狀態(tài)存在。此時(shí)，發(fā)生原位聚合反應(yīng)的單體與引發(fā)劑在分散體系中的位置可能有兩種情況，即在連續(xù)相介質(zhì)中或在分散相囊芯中。雖然單體在體系中可溶，但生成的聚合物不可溶，故隨著聚合的進(jìn)行，聚合物沉積到芯材上，形成核殼結(jié)構(gòu)。在原位聚合法制備膠囊的過(guò)程中，由于單體只由一相提供，反應(yīng)速率不是很大。原位聚合法是合成MCPCM的較好方法。采用這種方法制備的MCPCM在形貌、熱性能和膠囊致密性等方面都能達(dá)到使用要求，能合成得到1μm以下的相變膠囊。

北京航空航天大學(xué)饒宇及東華大學(xué)羅燕等人[7]采用原位聚合法工藝22烷微膠囊相變儲(chǔ)能材料，通過(guò)該方法可以制備出密封性以及機(jī)械強(qiáng)度均較好的微膠囊。在芯材液滴表面上，相對(duì)低分子量的預(yù)聚體通過(guò)縮聚反應(yīng)，尺寸逐漸增大后，沉積在芯材液滴表面，由于交聯(lián)及聚合的不斷進(jìn)行，最終形成固態(tài)的微膠囊壁。

石蠟是一種常用的相變材料，熔點(diǎn)為45~75.9℃，熔化熱為150~250kJ/kg，具有儲(chǔ)熱能力,強(qiáng)、相變溫度能通過(guò)分子量控制、相變行為穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。北京航空航天大學(xué)章文等人[8]以石蠟為囊芯，眼醛樹(shù)脂為囊殼，通過(guò)原位聚合法制得了微膠囊。研究了腮醛預(yù)聚體的生成和脈醛預(yù)聚體的固化2個(gè)階段的工藝條件對(duì)微膠囊形成的影響。顯微觀察微膠囊形貌完整。涂膜隔熱性能測(cè)試結(jié)果表明，該種微膠囊具有明顯吸熱性能，可作為隔熱添加劑使用。通過(guò)原位聚合法制備了石蠟相變微膠囊，可以有效地防止石蠟的泄漏，同時(shí)可以將石蠟的完全親油性轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ǖ挠H水性，改善了石蠟的使用性能，為石蠟作為相變材料的使用提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)。

2.3復(fù)凝聚法

復(fù)凝聚法是以兩種或多種帶有相反電荷的線性無(wú)規(guī)聚合物作為壁材，然后將芯材分散與其水溶液中，在適當(dāng)?shù)膒H值、溫度和稀濃度條件下，使帶相反電荷的高分子材料之間發(fā)生靜電作用而相互吸引，導(dǎo)致芯材的溶解度降低并分成兩組，即貧相和富相，其中富相

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Maria等人[10]短鏈脂肪酸為芯材，阿拉伯膠和麥芽糖糊精為囊壁，用噴霧干燥法制備了MCPCM，由于乳化不均勻?qū)е庐a(chǎn)物粒徑分布較寬，在0.05~550微米之間，部分微膠囊表面有明顯的下陷。

2.6溶膠—凝膠法

溶膠一凝膠法主要用于制備以金屬氧化物或非金屬氧化物為囊壁的MCPCM?？刹捎萌苣z一凝膠法制備MCPCM，在相變材料表面包覆金屬氧化物或非金屬氧化物的凝膠，從而提高了該類相變材料的機(jī)械強(qiáng)度和阻燃性。

2.7電鍍法

電鍍法主要用于制備以金屬薄膜作為囊壁的MCPCM。以粒徑為0.5~4.0 mm的金屬鉛粒為相變材料，用電鍍法在其表面鍍上厚度約為10~100μm的鎳膜，具體是將鉛粒置于旋轉(zhuǎn)的電解槽中進(jìn)行電鍍，根據(jù)法拉第定律，囊壁即鍍層的厚度可以通過(guò)電鍍的時(shí)間來(lái)控制。

2.8新型制備方法

由于普遍采川有機(jī)高分子為膠囊壁材，其導(dǎo)熱率低，且與其它建筑材料相容性較差，給實(shí)際應(yīng)用造成了一定困難。武漢理工大學(xué)馬保國(guó)，金磊等人[11]介紹了一種新型有機(jī)一無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，即采用無(wú)機(jī)層狀硅酸鹽材料和堿性硅酸鹽溶液為壁材、有機(jī)相變材料十八烷酸為基材，先制備半包覆結(jié)構(gòu)的相變膠囊，再加人堿性硅酸鹽溶液進(jìn)行第2次包裹。結(jié)果表明:采用無(wú)機(jī)層狀硅酸鹽材料、相變材料、堿性硅酸鹽溶液比例為1：2：4時(shí)，其包裹效果較好，經(jīng)無(wú)水乙:醇溶解實(shí)驗(yàn)后，其有效相變材料損失量為4.37%熱失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其中相變材料有效含量為37.4%，而DSI實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微膠囊中有效相變材料35.04%，存在差異的原因可能在于堿性溶液與相變材料的酸堿反應(yīng)所致。

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