第一篇：先进材料制备技术
铝基复合材料的制备及其应用
材料是人类赖以生存的必需品，是社会发展的基础，是现代文明的重要支柱。而先进材料对人类生活质量的提高，对社会的发展，对其他技术的发展都起着重要的促进作用。
先进材料是新材料和具有高性能的传统材料的总称，既包括具有优良性能的新材料，又包括具有高性能的传统材料。
汽车工业是一个国家的支柱产业，汽车工业是大型的、综合性的加工产业，它可以带动和促进系列相关工业和相关社会服务行业的发展。相关的工业有冶金、石油化工、机械、电子电器、轻工、纺织等。相关的服务行业有交通运输、保险、维修、商业等。这些工业和服务行业所涉及的经济效益和社会效益十分巨大。在材料方面，汽车工业需用11大类材料，分别为钢板、特种钢、结构用塑料和复合材料、非结构用塑料和复合材料、橡胶、涂料、有色金属合金（主要为铝合金材料）、铸件、陶瓷和玻璃、金属基复合材料。汽车工业对材料的需求很大，仅美国每年需用6000万吨以上。随着现代汽车向轻量化、节能、环保、安全舒适方向发展，需用传统材料提高性能，同时需要具有高性能的新型材料代替部分传统材料。例如，采用IF钢板和抗拉强度超过400MPa的超级钢做汽车钢板，可以减薄，减轻汽车车体质量；采用新型的铝基复合材料代替铸铁件，用深冲铝合金板代替钢板，都显著减轻汽车质量。自20世纪60年代以后，塑料件在汽车中的应用逐渐增多，以工程塑料和复合材料为主，目前，在单台轿车上的塑料件用量已接近120Kg。由于先进材料的发展，汽车上使用的原材料结构组成比逐年发生变化。
先进复合材料的兴起，克服了均一材质材料的不具有多种性能的弱点，在汽车上应用，既有利于减轻汽车自身质量，又有利于提高性能。
一． 铝基复合材料制备技术
先进铝合金材料包括高强高韧性铝合金材料、半固态铸造成型铝合金材料和耐腐蚀铝合金材料等。
当前铝基复合材料的研究几种在两个方面：1.采用连续纤维增强的具有优异性能的复合材料，其应用范围几种在很特殊的领域，如航空航天领域；2.采用不连续增强体增强的具有优良性能的复合材料，其应用范围相当广泛。
相对来说，后者具有制备工艺简单、增强体成本低廉等优点，实现工业化大批量生产的潜力更大，因此成为当前铝基复合材料的研究重点。
1.纤维增强铝基复合材料的制造方法
为获得无纤维损伤、无空隙、高性能的致密复合材料，必须考虑增强纤维与铝及铝合金间的润湿性好坏和反应性大小、增强纤维的分布状态和高温下的损伤老化程度及界面稳定性等。纤维增强铝基复合材料的制造方法主要有熔融浸润法、加压铸造法扩散粘接法和粉末冶金法等。1.1 熔融浸润法
熔融浸润法是用液态铝及铝合金浸润纤维束，或将纤维束通过液态铝及铝合金熔池，使每根纤维被熔融金属润湿后除去多余的金属面得到复合丝，再经挤压而制得复合材料。其缺点是当纤维很容易被浸润时，熔融铝及铝合金可能会对纤维性能造成损伤利用增强纤维表面涂层处理技术，可有效地改善纤维与金属间的浸润性和控制界面反应。目前熔融浸(Al—Mg)等纤维增强铝基复合材料的制造。1.2 加压铸造法
加压铸造法是使熔融铝及铝合金强制压入内置纤维预制件的固定模腔，压力一直施加到凝固结束。加压铸造法因高压改善了金属熔体的浸润性，所制得复合材料的增强纤维与铝及铝合金间的反应最小，没有孔隙和缩孔等常规铸造缺陷。铸造压力和增强纤维含量对铝基复合材料的性能有较大影响。加压铸造法成功地用于制造B／AI，SiC／A1，A1 Od(Al—Li)，A1 OJ(A1一Mg)等铝基复合材料。1.3 扩散粘接法
扩散粘接法主要是指铝箔与经表面处理后浸润铝液的纤维丝或复合丝或单层板按规定的次序叠层，在真空或惰性气体条件下经高温加压扩散粘接成型以得到铝基复合材料的制造方法。此外，扩散粘接法还包括常压烧结法、热压法、高温挤拉法。目前采用扩散粘接法制造的纤维增强铝基复合材料有C／A1，B／A1，SiC／A1等。
1.4 粉末冶金法
粉末冶金法是传统的粉末冶金工艺在新的工程材料制备上的发展。随着制粉工艺的发展和分散工艺方法的完善，人们已经利用粉末冶金法成功制备了大量性能优异的铝基复合材料。它们不仅具有高比强、高比模、低膨胀、高抗磨的特点，而且可以随意调整工艺路线。这种方法制备的铝基复合材料中增强相分布均匀，界面反应易于控制，在性能和稳定性上大大优于其它工艺方法制备的材料。
2、颗粒增强铝基复合材料的制备方法： 2.1 液态金属浸渗 1)挤压铸造
’ 挤压铸造是目前制造金属基复合材料较成熟的一种方法。首次在工业上应用的铝基复合材料制件即13 本丰田公司制造的铝基A 1，O，晶须增强汽车活塞就是用挤压铸造方法获得的。挤压铸造是在液体压力作用下将液态金属渗入增强相预制块中。在制造过程中，为了防止熔体过早冷却，需要对压模和预制块进行预热处理，预热温度一般低于基体合金的液相线温度。2)气压铸造
用气体压力取代挤压铸造的液体压力。就形成了气压浸渗制造复合材料工艺。气压浸渗工艺一般都施加真空作用，所需要的浸渗压力较低，大都在十几M P a 以下。目前，已经出现了多种气压浸渗工艺技术。3)无压浸渗
无压浸渗工艺是1 9 8 9 年L a n x i d e 公司：提出的专利技术，也称为L a n x i d e 5 2 艺。在该工艺中，基体合金放在可控制气氛的加热炉中加热到基体合金液相线以上温度，在不加压力的情况下合金熔体自发浸渗到 颗粒层或预制块中。利用该方法可制造出近终形态的复合材料制品。因为没有压力作用，浸渗模具材料选择很容易，如可选用；透气性好的耐火材料和烧结陶瓷材料。影响该工艺的主要因素为： 浸渗温度、颗粒大小和环境气体种类。无压浸渗工艺本质是实现自润湿作用。目前该工艺只能在一定条件下才能实现，合金含镁和氮气环境是两个前提条件，因此无压浸渗工艺具有局限性。2.2 弥散混合工艺
弥散混合工艺是用机械力作用使颗粒和熔体混合，然后浇注成铸锭或复合材料制件。该工艺研究开始于6 0 年代。由于大多数类型的颗粒和铝合金熔体之间具有不润湿特点，因此为了使得颗粒和熔体之间完全结合，必须施加外力作用以克服热力学表面障碍和黏滞阻力。该工艺主要包括： 搅拌铸造、流变铸造、螺旋挤压、喷射分散、团块分散等方法。2.3 原位复合工艺
原位复合工艺是由加入到基体金属熔体中的粉末或其它材料与基体反应生成一定的增强相而制得复合材料的一种工艺。主要包括自蔓延合成工艺、X D 52 艺和气液反应工艺。这些工艺的主要优点为： 陶瓷颗粒表面无污染，与基体界面相容性好，颗粒细小，因而材料增强效果好，是研究和开发复合材料很有效的方法” M a r i e t t a 公司开发的专利复合材料制造X D T M 技术。该技术是向有溶解能力的金属(如A 1)中加入某几种物质使其发生化合反应放热生成需要的增强体。以T i B，颗粒在A l 基体中的形成为例，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热至足够高的温度形成熔融的A l 介质，T i 或B 在其中扩散析出T i B。典型的做法是先制备含高体积分数(5 0 v 0 1％ 以上)的母合金，再加入到金属基体中制得含所需体积分数的复合材料。该技术可产生的陶瓷颗粒包括硼化物、碳化 物、氮化物和硅化物等。2.4 粉末冶金
粉末冶金是制备高熔点难成型金属材料的传统工艺。它是将快速凝固金属粉末和增强陶瓷颗粒等经筛分、混合、冷压固结、除气、热压烧结，以及压力加工制得复合材料的一种工艺。研究结果表明，用粉末冶金工艺生产的颗粒增强金属基复合材料的综合强度水平比用熔融金属工艺生产的同种材料高，伸长率也较高，材料微观组织结构有所改善。但是这种工艺及设备复杂，金属粉末与陶瓷颗粒混合时会因颗粒分布不均，除气不完全而导致材料内部出现气孔，温度选择不当易造成汗析。另外，制得的复合材料坯件一般还需要二次成型。这种设备不适用于生产较大型件，所以对铝基复合材料的工业规模生产有所限制。2.5 喷射沉积工艺
喷射沉积工艺是由英国S i n g e r 教授首创并干1 9 7 0 年正式公布。这一工艺早期应用于一些金属半成品的生产和制备，后来加利福尼亚大学L a v e r n i a E J 等人开始利用这一技术制备颗粒增强金属基复合材料。
哈尔滨工业大学武高辉等人对石墨纤维增强铝基复合材料在空间遥感器镜筒结构中的应用进行了研究。为了设计和制造出性能更加优越的空间遥感器，对一种新型航天材料石墨纤维增强铝基复合材料进行了研究。突破了石墨纤维与铝合金的界面反应控制、纤维铺层和缠绕设计等关键技术，成功制备了石墨纤维增强铝基复合材料，材料的密度为2．12×10 kg／m。，弹性模量为129 GPa，线膨胀系数为5．0×10 K。针对这种复合材料，摸索出一套完整的加工和后处理工艺，并首次把这种复合材料应用在空间红外遥感器镜简结构设计中，设计的镜筒较之钛合金镜筒减重31．8。最后，完成了镜筒组件的加工装配、透镜的装校和随机振动试验。实验结果表明，镜筒组件的一阶谐振频率为284 Hz，高于100 Hz的设计要求，振动试验后光机系统没有发生变化。上述工作表明，石墨纤维增强铝基复合材料在航天遥感领域具有较高的应用价值。
2．1 材料的特点分析
对于小型空间红外遥感器来说，结构部分不仅要满足高刚度、高强度和尺寸稳定性的要求，而且应该尽量减轻质量。本文研究的空间红外遥感器镜筒材料采用了石墨纤维增强铝基复合材料（以下简称铝基复合材料)，这种材料属于长纤维增强(连续强化)金属基复合材料，由哈尔滨工业大学金属基复合材料研究所自 主研制。
与金属材料相比，铝基复合材料具有如下优点：耐高温、高比强、高比模、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、对缺口不敏感且抗磨损。与聚合物基复合材料相比铝基复合材料具有如下优点：耐高低温、防燃、尺寸稳定、抗氧化、抗辐照、抗电磁脉冲、无气化和导热、导电、剪切强度高、热膨胀系数低、可直接加工螺纹和圆孔。
表1比较了常用航天材料的主要性能参数，从中可以看出，铝基复合材料(Gr／A1)的密度比铝小，但是弹性模量比钛大。铝基复合材料的比刚度很大，仅次于铍，但它的生产过程不会像铍一样产生剧毒和污染。它的线膨胀系数为5．0×10 K，在±5O。C多次循环下，结构尺寸稳定，可以很好地满足光学系统对温度和结构尺寸稳定性的要求。
比刚度和比强度高、线膨胀系数小、尺寸稳定性好是铝基复合材料的突出特点，这些特点决定了它是一种制造空问相机镜筒的理想材料。
2．3 材料的加工和处理工艺
铝基复合材料是一种设计性很强的材料，可以按照设计者的要求进行石墨纤维的铺层、缠绕、毛坯件的精密成型，这样既可以提高材料性能，又可以节约昂贵的石墨纤维，降低成本。设计人员也可以根据材料纤维铺层和缠绕的特性，在结构上设计合理的过渡与连接，充分利用材料特点，使零部件获得更好的力学性能和尺寸稳定性。这种材料还可以直接加工圆孔和螺纹，不需要安装预埋件，较之树脂基复合材料使用起来更加方便。
图2列举了一种典型石墨纤维增强铝基复合材料零件的加工工艺流程。需要特别注意的是在铝基复合材料的切削加工过程中，一般应使用金刚石刀具，而且不能使用冷却液。由于石墨纤维的存在，普通刀具很容易磨损，切削力的稳定性很差，易引起机床的振动，切削速度也不宜过高。图3展示的是铝基复合材料的毛坯料，图4展示的是精加工后的铝基复合材料，从图中可以看出铝基复合材料的表面 加工质量完全可以达到钛合金的水平。这种铝基复合材料发黑过程实际就是在材料表面镀覆双层金属(Ni P合金和Zn)，再进行黑色钝化处理，这样就可以获得耐蚀性能及光学性质良好的膜层，膜层总厚度约为30／xm。最后通过超声无损检 测来检验零件内部是否存在缺陷。
．4 应用实例
应用铝基复合材料进行了空间红外遥感器镜筒结构的设计。已经公开的相关文献表明，本文所研究的铝基复合材料是首次应用于空间光学镜筒结构设计。镜筒是保证红外遥感器成像质量的重要部件。镜筒的结构形式、镜筒材料的选择、镜筒的结构设计不仅要满足光学系统的要求，而且要满足力学性能和真空高低温环境的要求，同时尽可能降低质量。特别是对光学透镜组件来说，其加工与装配都有严格的公差要求，也只有保证各个镜片及其相对位置在空间使用过程中仍然保持地面上的装校精度，才能获得高清晰度和满意的遥感图像。镜筒主要零件使用了上述体积百分比为50 的M40／A1复合材料。材料的具体参数为：密度2．12 x 10。kg／m。，弹性模量l29 GPa，线膨胀系数5．0×10 K_。，经过±5O℃多次循环下，结构尺寸稳定。经过加工后，零件安装透镜的端面位置平行度公差可以达到10 m，表面粗糙度达到1．6，说明了这种复合材料的加工精度可以达到金属材料的精度。零件表面发黑后测量红外发射率为0．856(5O℃)。由于卫星所提供的安装空间有限，本文采用了转折光路设计，如图5所示。镜筒组件结构如图6所示。设计要点如下：
(1)镜筒由遮光罩、窗口镜筒、大镜筒、中镜 简、转折镜筒、反射镜压板几部分组成；
(2)遮光罩由铝蜂窝内胆和碳纤维复合材料外壳组成，具有去除杂散光的功能。窗口镜筒、大镜筒、中镜筒使用铝基复合材料制造。转折镜筒由于形状不规则，采用钛合金精密铸造而成；
(3)铝基复合材料镜筒的设计过程中特别注意了结构过渡处理，考虑具体的结构尺寸，设计相应的圆角和连接方式，可以更好地适应纤维铺层、缠绕的要求。其加工工艺符合图2中的工艺流程；
(4)考虑到镜筒的直径比较小，主镜筒采用分体结构，便于透镜的安装和调试，透镜各个安装端面要求有高的形位公差，以保证各个透镜的相互平行；
(5)通过红外定心仪来调整各片透镜的同轴度。透镜边缘注入XM-23胶，可以固定透镜，同时保证了透镜和镜筒之间的柔性连接，有一定的减振效果；
(6)平面反射镜通过反射镜压板与转折镜筒连接，反射镜压板在结构上能实现反射镜角度调整；
(7)镜筒组件通过螺钉紧固，本身自成一体，这样可以减轻外部干扰对镜筒组件的影响。外部通过两个铝合金支撑座安装固定，如图7所示。
陕西理工学院徐峰等人A12 03颗粒增强铝基复合材料储能焊接头微观组织及性能。对0．3 mm厚Al：O，颗粒增强铝基复合材料薄板进行了储能点焊连接研究试验。发现其微型点焊接头由熔核区、热影响区和熔核向热影响区过渡的熔合区(线)组成。由于储能焊极短的焊接时间，大的冷却速率达到106 K／s，使得熔核组织显著细化，具有快速凝固特征。熔核中增强相A1 O 颗粒发生偏聚现象，在熔核边缘区域出现了气孔缺陷。当焊接电容C=6 600、电压U=80 V、电极压力F=18 N时，获得较高力学性能的焊接接头。
试验选用A1 O。／2024A1复合材料作为母材，由粉末冶金法制备而成。A1：O，颗粒平均直径15 m、体积分数10％，基体金属为2024A1。焊接试样的尺寸为10 mm×5 ITlm X0．3 mm的薄板材，系线切割加工而成。
1．2 储能焊焊接
试样经金刚砂纸打磨、丙酮清洗和烘干，装配如图I所示的搭接接头。在微型电容储能焊机上进行点焊连接。焊接主要参数为：电容6 600 ixF、电压70～110 V、电极力15—20 N。焊接热输入(E)、焊接电压(U)和电容(C)之问的函数关系为E=C ／2。因此，焊接热输人为】6．17—39．9 J
2．1 接头整体相貌
颗粒增强铝基复合材料储能点焊接头整体形貌如图2所示。接头由3个区域组成：形状较规则的扁平熔核区、熔核周围的热影响区及熔核向母材过渡的熔合区(线)。熔核直径约为780 Ixm，最大厚度约320 txm，约占总厚度的1／2，焊点熔核直径符合要求，熔核边缘邻近接合面的区域出现了气孔，对应着图中的黑色区域。熔合区较窄，勾勒出熔核和母材之间的分界线，其组织细小未发现缺陷；热影响区组织未发生明显的粗化，与母材原始组织保持良好的一致性。可见，储能焊可实现A1：0，颗粒增强铝基复合材料薄板的点焊连接，能获得高质量的焊接接头。
图1 搭接接头示意图
2．2 熔核组织
图3为A1 0 颗粒增强铝基复合材料储能点焊接头熔核组织。从图中可以看出，母材经过储能焊接过程后，熔核组织相对于基体组织发生明显细化，是由于焊接接头的形成过程是在电极力的作用下快速凝固，抑制了组织的长大从而细化了熔核组织；另一方面，熔核金属的熔化及其凝固过程是在电容瞬间放电所产生的强磁场氛围中完成的，强力的磁场搅拌作用也是接头组织细化的原因。熔核中的A1：0 颗粒增强相在熔合区(线)周围发生了偏聚，原因是由于增强相A1：0，颗粒与铝合金基体的导热率和熔点相差很大，导致熔池粘度增大，熔池金属的流动性降低，液相与固相互相并存使得增强相分布不均；在凝固过程中A1 0，颗粒增强相不能成为结晶核心，凝固界面前沿对增强相的推移造成了增强相的偏析；另外，由于较小的电极力使得未能挤出熔核的A1：0，颗粒聚集在熔合区的边缘。
图2 储能焊熔核整体形貌 图3 熔核组织
2．3 熔核的快速凝固
电容储能点焊利用电容瞬时放电产生的电流经电极加载在被焊板材上，形成放电回路。板材接触电阻瞬时产生的热量使接触界面板材局部熔化，在电极力的作用下形成熔核。电容放电结束后，由于cu电极和周围基体的快速吸热，熔核处于较大的过冷状态，熔核的冷却速率很大(达到106 K／s)，高的冷却速率使熔核的形核率显著增大，熔核组织均匀细小。由于焊接接头尺寸很小，焊接过程中形成的微小熔核中具有较小的温度梯度，凝固速度快，同时也避免了基体组织的迅速长大而形成粗大的柱状晶，接头组织因动态再结晶形成较为均匀细小的柱状晶，晶粒非常细小与母材组织相比晶粒度明显提高，形成了具有快速凝固特征的微观组织焊接接头，提高了焊接质量。
2．4 焊接接头力学性能
2．4．1 接头的显微硬度
A1 0。颗粒增强铝基复合材料储能点焊接头显微硬度分布测试结果如图4所示。焊核区中心组织与母材相近，但由于部分A1：0 颗粒的偏析增加该区域的硬度；热影响区处于很短暂的过热状态，与母材相比组织粗大变化不明显，所以热影响硬度略有提高，但硬度变化不大；熔合区(线)由于又处于固液两相之间。成分和组织不均匀，大的冷却速率，使得熔合区出现较明显的加工硬化现象，同时大量增强相A1 0，颗粒的偏析增大了接头硬度，显微硬度达到113．5 HV，焊接热过程不会造成硬度的显著提高。2．4．2 接头的剪切强度
点焊接头的剪切强度主要取决于电极力、焊接电压和焊接能量等工艺参数。在电极压力作用下熔核周围金属会发生塑性变形和强烈的再结晶而形成先于熔核生长的塑性环，对消除焊点缺陷、改善金属组织和提高力学性能具有较大作用。而电压对焊接能量有直接的影响，焊接能量过小被焊材料不能被加热到热塑性状态；而焊接能量过大很容易产生飞溅和击穿，都很难得到力学性能好的接头。通过实验发现当焊接电压一定时，随着电极力的增加，接头剪切强度也随之增加。当电极力达到l8 N时，剪切强度达到最大值132．5 MPa，进一步增强电极力接头强度开始逐渐降低，如图5所示。通过综合分析显微硬度和剪切强度与焊接参数之间的相关性，发现对于0．3 mm厚的A1：0，颗粒增强铝基复合材料薄板储能焊，焊接参数：电容C=6 600 IxF、电压U=150—170 V和焊接电极力F=17—19 N时，可获得综合性能优良的焊接接头。
图4 接头显微硬度 图5 接头剪切强度
2．5 断口形貌分析
图6是Al O，颗粒增强铝基复合材料储能焊接头断口形貌。断口主要为韧性断裂韧窝、准解理面、Al：O，颗粒以及拉拔掉A1：0，颗粒的残留凹坑，增强相AI 0，颗粒与基体结合紧密，故可以保证焊接接头强度。经x衍射射线分析，其组织由OL(A1)+A1 0，+少量的其它相(CuA1：和CuA1 Mg)组成。
接头断口形貌 结论
(1)采用储能焊方法可实现0．3 mm厚的A1 0，颗粒增强铝基复合材料薄板的点焊连接，微型接头由熔核、热影响区及熔合区组成。熔核厚度约占接头厚度 的1／2，熔核向基体金属过渡良好。
(2)由于储能焊瞬间放电的特点，接头冷却速率大使得接头组织具有快速凝固的特征。
(3)断口主要为韧性断裂韧窝，增强相A1：O，颗粒与基体结合紧密，其相组织由O／(A1)+AI：O，少量的其它相(CuA1 和CuA1：Mg)组成。(4)对于0．3 mm厚的A1：O，颗粒增强铝基复合材料薄板的储能焊，当电容C=6 600 IxF、电压 U=150—170 V和焊接电极力F=17—19 N时，剪切强度可达到132．5 MPa，获得综合性能优良的焊接接头。
第二篇：材料先进制备技术课程论文
材料先进制备技术课程论文
微胶囊相变储能材料及其制备技术研究进展评述
摘要：相变材料是利用物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质来储热。微胶囊相变材料(Microencapsulated Phase Change Material，MCPCM)是应用微胶囊技术在固—液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型复合材料。在固液相变材料表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的复合材料。本文介绍了微胶囊相变材料及其结构组成、性能；综述了微胶囊相变材料的制备工艺、研究进展和应用领域；分析了各种制备方法的优缺点，并指出了制备微胶囊相变材料中存在的问题及今后的发展方向。
关键词：相变材料；微胶囊；复合材料；制备工艺 概述
1.1相变储能材料简介
1.1.1相变材料的含义
相变材料主要利用其在相变过程中吸收或放出的热能，在物相变化过程中与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或向外界环境放出热量)，从而达到能量利用和控制环境温度的目的。物质的存在状态通常有三相:固相、液相和气相。当物质从一种相态变化到另一种相态叫相变。相变的形式主要有四种：固一固相变；固一液相变；液一气相变；固一气相变。当一种物质能够发生四种相变中的任意一种相变时，都可称为相变材料。如果从发生相变的过程来看，这种相变材料在吸热和放热的过程中，能够把热能储存起来，并对其周围环境温度调节控制[1]。1.1.2相变材料的特点
热能储存的方式一般有显热、潜热和化学反应热只种。相变材料是利用自身在发生相变过程中吸收或释放一定的热量来进行潜热储能的物质，该材料是通过材料自身的相态变
材料先进制备技术课程论文
透。MariaTelkes博士从1950年就着手对相变材料进行研究，他发现化学物质硼砂可以把十水硫酸钠过冷度降低将近3℃，并预计测出了该材料的相变次数可以达到2000次。在工程建筑应用方面，美国科学实验室已成功研制一种利用十水硫酸钠共熔混合物做相变芯材的太阳能建筑板，并进行了试验性应用，取得了较好的效果。美国的Dayton大学的J.K.Kssock等人将十八烷做为自己的实验相变材料，采用了浸泡法制成相变墙板，然后建筑一广一个相变墙实验房和一个普通墙实验房进行比较，试验显示出相变墙板房内的温度相对来说比较平稳，如果将相变墙应用在实际建筑物中，可以适当的提高居住的舒适性、削减电力的高峰负荷。
目前在研究的发展趋势中，相变材料的研究主要表现为：开发复合储热材料；研发复合相变材料的多种工艺技术；纳米技术在复合相变材料领域的深入应用。
1.2相变材料的微胶囊化
如何将相变材料进行有效的包装，一直是相变材料研究领域的研究热点。较为先进的纳米复合法是将纳米材料的界面效应和较大的比表而积与相变材料的优点结合在一起，可制得高传热效率的复合相变材料。目前，微胶囊可以较好解决相变材料在流出和外渗方面的问题。目前，在微胶囊相变材料的制备过程中，很多人选用了三聚氰胺甲醛树脂(MF)、脲醛树脂(UF)作为壁材，所制备的微胶囊在某些性能方有较好的表现：强度较高、耐热性能好。
1.2.1微胶囊技术
把固体或液体用某种膜材料包覆起来，然后形成微小粒子的技术，称之为微胶囊封装技术。球形微粒芯材在升温时，由固态时转变为液态，但外层包封的高分子薄膜层仍保持其固态，因此材料的外貌形态仍为固态颗粒。微胶囊包覆芯材，外层的壳物质称壁材；被外层壳材包覆的囊心物质称芯材。芯材可以是由单一物质组成，也可以是由混合物质组成；它的形态可以是固体、溶液、水分散液或油剂，也可以是一些特定的气体。微胶囊的粒径大小在l~1000微米范围内，它的微观形貌通常需要借助电子显微镜才能观察到。相变微胶囊技术是一种新工艺，它在化下、民药、农业等领域己经有了较大的发展，并且在科研领域中得到了越来越多科研人员的重视。微胶囊技术的应用前豪非常广阔，主要表现为以下
材料先进制备技术课程论文
潜热型功能热流体的基础研究工作，包括其制备、性能及传热机理目前受到关注。周建伟、黄建新等[2]在相变微胶囊的制备以及潜热型功能流体流动与传热的实验研究和理论模型等进行了探索，为潜热型功能流体的应用提供了材料的制备方法、基础实验数据和理论指导。
1.3.2纺织服装领域
自20世纪80年代，美国国家航空航天局(NASA)研究开发了微胶囊相变材料在热调节防护服装上的应用技术，微胶囊相变材料越来越广泛地应用于服装领域中，可以制成含有微纳米胶囊相变材料的调温纤维以调节服装及周边的温度，减少皮肤温度的变化，延长穿着的舒适感。鄢瑛[3]制备的以石蜡为芯材、脉醛树脂为壳材的微胶囊相变材料，通过丝网印刷技术，结合热固性聚氨醋网印粘合剂，将微胶囊涂布于棉布表面，以MCPCM在服装领域中的适用性为出发点考察其性能，同时考察人工汗液对MCPCM性能的影响和经涂布的棉布的热性能。将制得的聚脉型相变微胶囊和海藻酸钠共混纺丝，制备出相变调温海藻纤维，把海藻纤维制成透气且随外界温度变化的调温医用敷料等，对伤口的愈合速度与效果都有很好的辅助作用。张兴祥等[4]自1997年开始对相变材料微胶囊进行研究，将自行研制的MicroPCMS用于现有织物的涂层整理，得到在室温上下具有热能吸收和释放功能的织物，使用融熔复合纺丝工艺将直径为3μm左右的MicroPCMS添加到纤维内部，研制出含12%(质量分数)以上微胶囊的丙纶纤维，该纤维在人体感到舒适的温度范围内具有温度调节功能。1.3.3建筑领域
将微胶囊相变材料混人砖瓦、墙板及天花板等建筑结构材料中，可以进行太阳能储存，因此适合在温差较大的地区使用[5]。同时通过电力“移峰填谷”，也可以有效的缓解用电紧张。通过对相变墙板的储热性能进行研究，发现用95%的十八烷和5%的十六烷作相变材料，通过把装有PCM的聚乙烯小球加到石膏板中制备相变墙板，并对其传热性能进行了测试，在有该种相变墙板的实验房和普通石膏板实验房上作对比试验，得出了相变墙板的使用使得热负荷更平缓，辐射域更舒适，用电量下降，有削减尖峰负荷的可能的结论。美国研制成功一种利用十水硫酸钠低共熔混合物作储热芯料的太阳能天花板砖块，它不用普通的水泥而用聚脂粘接剂和甲基丙烯酸甲脂添加剂组成的高分子混凝土组成，并在麻省理工学院建筑系实验楼进行了试验性应用。同济大学建筑材料研究所采用正十二醇吸附有机
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体的原料配比要求不严。但是生产条件比较苛刻，难以实现工业化，且制备的纳米胶囊不可避免地夹杂有少量未反应的单体。界面聚合形成的壁膜一般可透性较高，不适于包覆要求严格密封的芯材。
2.2原位聚合法
原位聚合法制备微胶囊时，囊芯必须被分散成细粒，并在形成的分散体系中以分散相状态存在。此时，发生原位聚合反应的单体与引发剂在分散体系中的位置可能有两种情况，即在连续相介质中或在分散相囊芯中。虽然单体在体系中可溶，但生成的聚合物不可溶，故随着聚合的进行，聚合物沉积到芯材上，形成核壳结构。在原位聚合法制备胶囊的过程中，由于单体只由一相提供，反应速率不是很大。原位聚合法是合成MCPCM的较好方法。采用这种方法制备的MCPCM在形貌、热性能和胶囊致密性等方面都能达到使用要求，能合成得到1μm以下的相变胶囊。
北京航空航天大学饶宇及东华大学罗燕等人[7]采用原位聚合法工艺22烷微胶囊相变储能材料，通过该方法可以制备出密封性以及机械强度均较好的微胶囊。在芯材液滴表面上，相对低分子量的预聚体通过缩聚反应，尺寸逐渐增大后，沉积在芯材液滴表面，由于交联及聚合的不断进行，最终形成固态的微胶囊壁。
石蜡是一种常用的相变材料，熔点为45~75.9℃，熔化热为150~250kJ/kg，具有储热能力,强、相变温度能通过分子量控制、相变行为稳定、价格低廉等优点。北京航空航天大学章文等人[8]以石蜡为囊芯，眼醛树脂为囊壳，通过原位聚合法制得了微胶囊。研究了腮醛预聚体的生成和脉醛预聚体的固化2个阶段的工艺条件对微胶囊形成的影响。显微观察微胶囊形貌完整。涂膜隔热性能测试结果表明，该种微胶囊具有明显吸热性能，可作为隔热添加剂使用。通过原位聚合法制备了石蜡相变微胶囊，可以有效地防止石蜡的泄漏，同时可以将石蜡的完全亲油性转变为具有一定的亲水性，改善了石蜡的使用性能，为石蜡作为相变材料的使用提供了试验基础。
2.3复凝聚法
复凝聚法是以两种或多种带有相反电荷的线性无规聚合物作为壁材，然后将芯材分散与其水溶液中，在适当的pH值、温度和稀浓度条件下，使带相反电荷的高分子材料之间发生静电作用而相互吸引，导致芯材的溶解度降低并分成两组，即贫相和富相，其中富相
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Maria等人[10]短链脂肪酸为芯材，阿拉伯胶和麦芽糖糊精为囊壁，用喷雾干燥法制备了MCPCM，由于乳化不均匀导致产物粒径分布较宽，在0.05~550微米之间，部分微胶囊表面有明显的下陷。
2.6溶胶—凝胶法
溶胶一凝胶法主要用于制备以金属氧化物或非金属氧化物为囊壁的MCPCM。可采用溶胶一凝胶法制备MCPCM，在相变材料表面包覆金属氧化物或非金属氧化物的凝胶，从而提高了该类相变材料的机械强度和阻燃性。
2.7电镀法
电镀法主要用于制备以金属薄膜作为囊壁的MCPCM。以粒径为0.5~4.0 mm的金属铅粒为相变材料，用电镀法在其表面镀上厚度约为10~100μm的镍膜，具体是将铅粒置于旋转的电解槽中进行电镀，根据法拉第定律，囊壁即镀层的厚度可以通过电镀的时间来控制。
2.8新型制备方法
由于普遍采川有机高分子为胶囊壁材，其导热率低，且与其它建筑材料相容性较差，给实际应用造成了一定困难。武汉理工大学马保国，金磊等人[11]介绍了一种新型有机一无机相变储能微胶囊的制备方法，即采用无机层状硅酸盐材料和碱性硅酸盐溶液为壁材、有机相变材料十八烷酸为基材，先制备半包覆结构的相变胶囊，再加人碱性硅酸盐溶液进行第2次包裹。结果表明:采用无机层状硅酸盐材料、相变材料、碱性硅酸盐溶液比例为1：2：4时，其包裹效果较好，经无水乙:醇溶解实验后，其有效相变材料损失量为4.37%热失重实验结果表明其中相变材料有效含量为37.4%，而DSI实验结果表明微胶囊中有效相变材料35.04%，存在差异的原因可能在于碱性溶液与相变材料的酸碱反应所致。
材料先进制备技术课程论文
参考文献
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第三篇：金属材料的先进制备技术
金属材料的先进制备技术
本课程为材料系硕士研究生学位课，共计32学时，2学分。
考试方式采用专题报告形式，研究生可在教师开列的专题中选择一个题目，然后收集资料，阅读中外文献（不少于10篇），并撰写报告（综述性报告，每篇不少于5000字），期末要在班上进行口头报告（报告15分钟，回答问题5分钟）。
研究生在学期结束前提交报告，教师批阅报告后，并结合平时情况给出本课程的成绩。成绩由三部分组成，平时出勤率占20%，课堂讨论20%，期末报告（书面+口头）占60%。
本课程主要介绍金属材料（为基体）的一些最新制备技术，包括原理、方法及其应用简介。
第一讲：绪论（康飞宇，2学时）
1、现代工业对材料的要求及其材料开发的方法
2、材料性能的不断提高对制备技术的要求
3、用途不断扩大对制备技术的要求
4、金属材料的改性趋势：极限化，复合化，数值化等
5、金属材料制备的新思路
第二讲：纳米材料及其制备技术（康飞宇，2学时，含讨论）
1、纳米材料概念
2、纳米材料制备技术
第三讲：极限材料和极端条件下材料的制备技术（康飞宇，学时，含讨论）
1、超纯材料、超高强材料、超高温材料
2、超高压条件
3、微重力条件
4、真空条件
第四讲：金属材料加工新技术（2学时，康飞宇，含讨论）
1、新型压力加工、焊接和铸造工艺
第五讲：金属基复合材料的制备技术（4学时，邓海金）
1、固态制备
2、液相制备
3、原位制备
4、喷射喷涂
第六讲：高能束技术及其应用（杨志刚，4学时）
1、激光束与材料的作用
2、离子束与表面改性
3、电子束
4、物理化学气相沉积
第七讲：凝固技术及其应用（4学时，杨志刚）
1、快速凝固技术： 非晶态合金和准晶制备
2、定向凝固技术：定向凝固共晶合金制备
3、单晶材料制备技术
4、新型大块非晶及纳米晶材料制备技术
第八讲：其它材料特殊制备技术（4学时，杨志刚）
1、自蔓延高温合成技术
2、金属雾化喷射沉积技术
3、半导体芯片的制造技术
4、光纤的制造技术
5、超导材料加工工艺
第九讲：期末专题报告（8学时，康飞宇，含讨论）
专题报告题目（每人限选一个）
金属的超塑性和超塑性加工
快速成型及其制造技术
先进焊接技术
铸造新技术
压力加工新技术
定向凝固技术
雾化成型技术
金属的半固态加工技术
高压条件下材料的制备
低温条件下材料的制备
真空条件下材料的制备 微重力条件下材料的制备
超细金属颗粒制备
金属纤维与晶须的制备
超纯金属材料的制备
粉末冶金新技术
自蔓延高温合成技术
纳米复合材料的制备
计算机技术在材料中的应用
“三束”在金属材料制备和改性中的应用
极限材料及其制备技术
自选题目，必须事先征得老师同意。
第四篇：金属材料的先进制备技术
金属材料的先进制备技术
金属材料热处理表面强化技术研究 l引言
随着工业现代化工业的快速发展，对各种机械设备零件的表面性能要求越来越高。一些在特殊条件下工作的零部件，往往因其表面局部磨损而使整个零件报废。因此如何提高和改善零件的表面质量和性能，以延长工件的使用寿命是一个十分重要的问题l’，2]。世界各国对金属材料表面和近表面区组织的改性处理技术进行了深入的研究，通过机械、物理、化学等方法来改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，即采用各类表面改性技术，使材料表面具有较本体更高的强度，和更加优良的耐蚀、耐磨、耐高温和抗疲劳等性能，从而充分发挥金属材料的潜力，提高其表面耐磨性，达到延长使用寿命、拓宽其应用领域的目的13，4]。金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途，其种类繁多，除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外，激光、电子和离子等高能束表面处理技术也取得了快速的发展[5]，大量的研究成果己经在工业生产中得到广泛的应用。进入21世纪后，随着人们环保意识的不断提高，对环境无污染的“绿色”表面强化技术越来越受到人们的青睐。近年来，俄国文献le.姆及道了一种新的表面强化技术，鉴于这种技术的文献报道较少，其作用机制还未见相关报道，而且该项技术尚未有规范的称谓，为此，我们暂且称其为热一声处理技术，与传统的表面改性技术相比，它高效、低耗、无污染，并且工艺上易于实现，具有较好的应用前景。
1.2表面改性技术概述
磨损、腐蚀和断裂是机械零部件、工程构件的三大主要破坏形式，它们所引起的经济损失十分巨大。其中由于磨损、腐蚀导致的机件失效而造成经济损失的，占有相当大的比重。在美国国家材料政策委员会向美国国会提出一份报告指出:由于摩擦磨损引起的损失，使美国经济每年支付1000亿美元的巨额资金，这项损失中的材料部分约为200亿美元;在1983年前联邦德国的一次调查中指出:由于摩擦磨损造成的损失估计为387亿马克:而在英国，由于摩擦磨损造成的经济损失每年至少为51500万英镑以上，相当于当时1965年国民生产总值的1.1%。许多国家政府对腐蚀造成的损失也进行了调查分析，美国Battelle实验室和国家
图1 表面强化技术
标准局1978年共同进行调查表明:1975年美国由于腐蚀造成的经济损失达820亿美元，占国民生产总值的4.9%，1995年4月Battelle和SSINA发表报告指出:现在美国每年因为腐蚀损失3000亿美元;1983年我国也曾对腐蚀作过调查，当时的结论为我国因腐蚀造成的经济损失至少在400亿元人民币以上。据不完全统计，世界能源的1/3一1/2由于摩擦磨损而消耗掉，机械零件80%的失效的原因是摩擦磨损，而每年出于腐蚀造成的直接损失大约占整个
国民生产总值的1%一4%。
众所周知，磨损和腐蚀均发生于机件表面的材料流失过程，而且其他形式的机件失效也多是从表面开始。尽管磨损与腐蚀是不可避免的，但是若采取有力措施，还是可以提高机件的耐磨性、耐蚀性的。金属表面工程技术主要是利用各种表面涂层即面改性技术赋予基体材料本身所不具备的特殊的力学、物理或化学性能，如高硬度、高耐磨性、减摩性、抗高温氧化性、抗辐射性等，而基体本身所具有的特性不会受到很大影响。另外，采用现代表面工程技术，不但可以大幅度的提高工件的质量和性能，成倍的延长使用寿命，而且技术上成熟，工艺上简便，经济上可行，获得了事半功倍的效果。因此，近二十年来表面工程技术发展迅速，不断完善，逐步形成一门独立的学科。
金属材料表面改性技术，也就是运用现代技术，改变材料表面、亚表面的成分、结构和性能的处理技术，主要包括表面形变强化，表面相变强化、离子注入表面强化、表面扩散渗入强化以及化学转化等，如图1.1所示。表面改性技术的应用使基体材料表面具有原来没有的性能，这就大幅度的拓宽了材料的应用领域，充分发挥了材料的潜力。例如: 1.可用一般的材料代替稀有的、昂贵的材料制造机器零件，而不降低甚至超过原机件的质量;2.可以把两种或两种以上的材料复合，各取其长，解决单一材料解决不了的问题;3.延长在苛刻条件下服役机件的寿命: 4.大幅提高现有机件的寿命，修复磨损、腐蚀的零件;5.赋予材料特殊的物理、化学性能，有助于某些尖端技术开发。
1.3常用的表面强化方法 1.3.1喷丸强化
喷丸强化是在受喷材料的再结晶温度下进行的一种冷加工方法，将大量高速运动的弹丸(铸铁丸、钢丸、玻璃丸、硬质合金丸等)喷射到工件表面上，犹如无数的小锤反复锤击金属表面，使零件表层和次表层金属发生一定的塑件变形、从而在塑性变形层中产生金属特有的冷作硬化，还产生一层残余压应力。使材料的抗腐蚀和抗疲劳断裂的能力大幅提高，零件的可靠性、耐久性得到提高或改善，还可以实现表面清理、光洁度加工、成形、校正和机械强化等多种功能。该方法具有实施方便、效果显著、适应面广、消耗低等多种优势，在飞机、坦克、汽车和各种机械设备的齿轮、轴承、焊接件、弹簧、涡轮盘、叶片及模具、切削工具等的表面清理和提高使用寿命与防腐能力方面发挥了重要的作用。
近年来在喷丸强化领域出现的微粒冲击、微粒镶嵌镀膜技术以及中科院金属研究所卢柯、刘刚等人开发的超声喷丸(高频)和高能喷丸(低频)新技术，在降摩擦系数、提高材料耐磨能力、延长使用寿命、简化氮化过程等方面表现出优异的性。
然而喷丸参数与工件性能的提高之间未建立量化联系，缺乏喷丸过程的定量化析以及与此相关的参数优化，喷丸参数的选择只能依靠性能试验或经验，造成的结是大量消耗人力、物力，浪费时间，并且不一定具有最佳的效果，极大地制约了喷技术的发展。
1.3.2激光表面强化
激光表面强化是用一定扫描速度的激光束照射被处理的金属表面，在很短的时间内激光的能量被处理表面吸收而产生高温，当激光束移开后，被处理面迅速冷却，从而达到表面强化的目的。激光表面强化具有工件氧化小、几乎无变形和加热、冷却速度快等特点，可以行局部的选择性淬火和局部合金化处理，能够很快的赋予金属表面很高的硬度和耐胜。因激光功率密度和作用时间不同，可以对金属表面进行相变硬化、冲击硬化、属表面合金化、表面涂覆等多种方法的处理[川。激光表面强化方式有:(l)激光表面相变强化
激光相变强化是被处理材料在固态下经受激光辐照，其表面被迅速加热到奥氏化温度以上，并在激光停止辐射后快速自淬火得到马氏体组织的一种工艺方法，所又称激光淬火。激光辐照材料内部的热传导与时间的平方根成正比，金属表面温度激光辐照停留时间的平方根成正比。因此，通过控制光束直径和扫描速度，可以调节温度和加热的深度。
(2)激光熔凝
激光熔凝又称激光上釉，是利用能量密度很高的激光束在金属表面连续扫描，使之形成一层非常薄的熔化层，并且利用基体的散热作用使熔池中的金属能够快速冷却、凝固，使金属表面产生特殊的微观组织的一种表面强化方法激光熔凝比激光相变强化要求更高的功率密度，激光熔凝所需的功率密度相当于激光固体相变强化的三倍。激光熔凝可以硬化激光淬火不能硬化的合金。激光熔凝的工艺条件一般为:能量密度10-3000Mw/m2，作用时间0.01-1s，惰性气体保护用于防表面氧化。
(3)激光合金化
激光合金化是用激光将基体表面熔化，同时加入合金元素，在以基体为溶剂、合金元素为溶质的基础上构成所需合金层的一种技术。在激光合金化过程中，合金元素快速向熔池扩散，在短时间内可以获得所希望的合金化深度。借助这种方法可以在样品表面产生预定化学组分、化学性质和微观结构的合金，微观结构的精细程度将取决于凝固的速度。合金化的一种方法是在工件表面涂覆适当的粉末混合物，其中涂覆方法有两种:一是喷涂悬浮在醇中的粉末混合物以形成松散堆积的涂层;另一种是覆悬浮在有机粘结剂中的料浆。合金化的另一种方法是选择合适的保护气体进行气反应。
(4)激光熔覆
激光熔覆是用激光将按需要配制的合金粉末熔化，成为熔覆层的主体合金，同基体金属有一薄层熔化，与之构成冶金结合的表面处理技术。它与激光合金化不同是基体对表层合金的稀释度为最小，熔覆层具有与基体完全不同的微观结构特征，光能够把高熔点合金熔化在低熔点的工件上。
激光表面强化的特点: 1.处理部位可以任意选择，如深孔壁及深沟底、侧面等特殊部位均可以使用光进行表面强化处理: 2.可以处理形状复杂的工件表面，并能够准确的控制处理区域的深度以及形状
3.可以得到优质的强化层，输入热量少且热处理变形小;4.能量密度高，表面强化时间短: 5.能够自冷，不需要介质，热源洁净，无环境污染;6.可以实现表面薄膜和局部淬火，只加工必要部分，不影响基体的机械性能;7.使用激光表面强化处理后，只需少量的表面加工。
激光表面强化也存在一些缺点而制约其广泛的应用:激光器受功率限制，导致其强化面积小，而且相邻两个强化带之间存在回火软化现象，再者就是设备价格较贵，只能取代部分热处理方式，应选择产生经济效益较大的零部件予以应用。
1.33离子注入表面强化
离子注入技术是在真空中将注入的原子电离成离子，由引出系统引出离子束流使带电离子在强电场下加速，直接注入到置于靶室的固体材料表面，从而形成一定深度离子注入层，同时改变表层的结构和成分，以获得新的性能的表面处理工艺。注入深度约为0.1-1mm，其优点主要有: 离子注入可以向金属或合金材料注入任何所需元素，被注入的元素不受合金系统平衡相图中固溶度的限制。使得一些在液态都难以互溶的元素，形成固溶体，如W注入Cu可以得到1%的固溶体，得到一般方法难以获得的新相。离子注入可以获得过饱和固溶体、化合物和非晶态合金。通过离子注入能形成化合物，如Ti和C离子分别注入钢，可以在钢表面形成TiC。通过检测注入电参数，自由支配注入离子的能量和剂量，能够精确的控制注入元素的数量和深度。
离子注入的浓度可以很大，与扩散系数无关。处理过程是依赖于离子的高能量，而不是靠热能渗浸到工件表面内，不存在变形问题。离子以高速注入工件表面，引起点阵损伤，形成密集的位错网络，使表面获得化，增加耐磨性和力学性能，而且在表面上产生压应力。
离子注入技术也存在一定局限性。如离子注入的直线性难于处理复杂件，特别对于小截面的深孔无法处理，注入层较薄，离子注入设备价格昂贵，维护技术比较杂等。
1.3.4超硬化合物表面涂覆处理
它是在工件表面涂覆一层或多层超硬化合物，如TiC，VC，NbC，氧化铝等，获高硬度、高熔点的覆膜，从而来改善工件的性质。实施这种技术的主要方法有:CVD法、PVD法等几种方法。
l，3.4.1化学气相沉积法(CVD)CvD法是将低温下气化的金属盐(通常为金属卤素化合物)与加热到高温的基接触，通过与碳氢化合物和氢进行反应，在基体表面上沉积所要求的金属或金属间合物。
1.3.4.2物理气相沉积法(PVD)物理气相沉积法(PVD)处理是用物理方法把预涂的物质涂覆在工件表面的热处理技术。PVD处理有真空蒸镀、真空溅射和离子镀等几大类。其中，真空蒸镀效果较差，目前主要投入应用的是后两种方法。
1.3.6热喷涂
热喷涂是一种采用专用设备利用热源将金属和非金属材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其冲成微小颗粒并喷射到工件表面，形成覆盖层，以提高机件耐磨、耐热等性能的表面工程技术。热喷涂是20世纪初发明的，开始主要是喷涂锌、铝等低熔点金属，第二次世界大战期间，线材火焰喷涂开始用于零件修复。因为不引起热变形及氧化的优点而受到重视，进而出现火焰粉末喷涂。50年代研制出自熔性合金粉末和放热型复合粉末，改善了涂层的多孔结构，实现了涂层与基体间的冶金结合，极大地扩大了喷涂的应用领域。随着航空航天等尖端技术的发展，热喷涂方法得到了不断的改进和完善。
热喷涂方法的特点:(1)基材几乎不受限制，其中包括金属材料、陶瓷材料、非晶态材料、木材、布、纸等;(2)涂层材料种类广泛，包括金属及其合金、塑料、陶瓷以及它们的复合材料;(3)喷涂零件不受尺寸和形状限制，可以进行整体喷涂，也可以进行局部表面喷涂，特别是大型件的局部表面喷涂强化或修复，既经济又方便;(4)除火焰喷涂外，其他喷涂方法基体受热温度低，组织性能变化很小，工件变形小。
热喷涂是一种适用性很广的表面改性方法，它可以喷涂可以很多材料，可以用于各种基体表面喷涂，而且涂层厚度可以控制。但是，涂层强度低，空隙率较高涂层均匀性较差等不足限制了其应用。
上述喷丸强化、激光表面强化、离子注入强化、超硬化合物表面涂覆表而强化、化学热处理强化、热喷涂等各种表面强化技术均可显著提高产品的硬度、耐磨等性能，延长产品的寿命。但是上述各种表而强化方法都具有各自的缺点，单独使用，有时难以达到一些零件的强化要求。
热处理技术是一种深表层强化技术，并且它高效、低耗、无污染，工艺上易于实现，对各种工程金属材料均具有适应性，为传统工程金属及合金能赋予更高的性能和更多的功能，符合现代材料科学技术发展的趋势，具有较好学术价值的应用前景。
第五篇：N.材料先进制备加工技术-2011中国材料研讨会
2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京
国家会议中心
N．材料先进制备加工技术 分会主席：谢建新、曲选辉、刘雪峰
单元N1：5月19日上午 主持人：谢建新，李元元 08：30---09：00am *N1 多场作用下金属粉末成形烧结一体化方法的研究进展
李元元，李小强，杨超；华南理工大学机械与汽车工程学院
为了探索高致密、高性能、短流程、节能和低成本的金属粉末成形与烧结方法，分别对电-热-力三场和电-磁-热-力四场作用下的粉末成形与烧结机理、关键技术以及相应装备进行了研究。研制出一套集电、磁、热、力多个场作用下的粉末成形与烧结一体化设备；建立了多个场作用下的粉末成形与烧结模型；明晰了场间的交互作用机理和烧结机理；优化了多场作用下碳化钨、钨基、钛基、铁基等粉末的成形和烧结一体化工艺；证实在电-热-力三场作用基础上耦合交变磁场可改善温度场分布，进一步促进粉体致密、改善烧结组织与性能。研究表明，多场作用下的粉末成形烧结一体化方法在制备优质粉末冶金材料和零件方面优势显著。
09：00---09：30am *N2 多元多相合金及其结构件铸造过程的凝固基础 介万奇；西北工业大学凝固技术国家重点实验室
本文从我国古代铸造技术的发展说起，概括了凝固理论与技术的应用背景和发展历程。宏观总结了自20世纪50年代以来现代凝固理论与技术的发展。进而分析了近年来多组元合金凝固理论及技术研究的新进展，这些进展主要体现在以下3个方面：(1)将热力学原理与扩散动力学的分析相结合，进行多元合金凝固过程的分凝行为、凝固路径和相析出规律的预测；(2)采用二元合金凝固扩展模型、界面寻踪模型和相场分析等方法，进行多元合金凝固过程生长形貌演变规律的研究；(3)铸锭与铸件宏观凝固过程的模拟研究。进而指出了凝固理论与技术研
究的4个重点发展方向，即：(1)多元多相合金非平衡凝固行为的热力学与动力学耦合理论；(2)多元多相合金凝固过程的多层次表征及跨层次耦合；(3)多元多相合金非平衡凝固过程中熔体-界面-传输的协同调控原理；(4)电磁场及高能束作用下多元多相合金的凝固行为及其控制原理。最后介绍了作者关于多组元合金凝固的4个方面的研究工作，即：铸锭与大型铸件中的宏观偏析；枝晶凝固中固相分数变化与微观偏析；三组元合金的凝固模型；II－VI族化合物半导体晶体生长过程中的分凝与偏析。
09：30---09：50am
N3
双流浇注连续铸造工艺参数对凝固液穴的影响 郑小平，张卫文，邵明；华南理工大学
双流浇注连续铸造技术（DSPCC）是一种“液-液复合”制备层状金属复合材料的新兴工艺，其特点是两股液态金属熔体通过对流传质形成具有毫米级微观尺度、成分与组织梯度过渡的冶金结合界面。本文利用双流浇注连续铸造技术制备了7075/6009铝合金梯度复合铸锭，分析了铸造温度、铸造速度、节流孔径、内导管插入结晶器深度这四个双流浇注连续铸造工艺参数对结晶器内凝固液穴的影响，并利用内层合金元素扩散来表征铸造工艺参数，研究了内层合金元素扩散与凝固液穴的关系，结果表明：在7075/6009合金的双流浇注连续铸造过程中，铸造温度、节流孔径和铸造速度显著影响着凝固液穴的深度和宽度，而内导管插入结晶器深度变化对液穴宽度与深度的影响较小。内层合金元素扩散与凝固液穴存在r*2R22Rqv(Rq)chsshHHc的关系，通过试验结果与理论计算分析反映了基本一致的变化规律。
09：50---10：10am
休息
www.xiexiebang.com+Al2O3）/Fe复合材料。研究了Al元素的加入及其加入量对钛铁矿原位合成铁基复合材料还原过程的影响。研究表明：FeTiO3–Al–C–N2体系中Al先与钛铁矿发生反应生成钛的中间产物TixOy和Al2O3，接着C、N2与TixOy反应，最终产物中主要存在三相，即TiCN相、Al2O3相和Fe的固溶相。此外，当体系中铝的含量过高时，产物中会出现AlN相。
02：30---02：50pm
N10 硅对热处理态M2高速钢中共晶碳化物的影响 王维青，潘复生，汤爱涛；重庆大学
高速钢中碳化物的类型、形貌、数量和分布等是决定高速钢的性能的重要因素，尤其是共晶碳化物，而合金元素以及热处理对碳化物有明显的影响。本文通过金相、扫描电镜、X射线衍射分析的方法研保温2.5h的热处理过程中，片层状M2C碳化物分解为MC和M6C碳化物，在后续变形中破碎为细小的碳化物颗粒，0.8%Si的M2高速钢中碳化物的尺寸稍小些。而鱼骨状M6C在热处理过程中形态上没有变化，在后续变形后仍有尺寸较大的块状碳化物，这对性能不利。
02：50---03：10pm
N11
双金属气压顶出充芯连铸工艺的研究 梁贺，臧勃林，吴春京；北京科技大学
采用自制研究设备，运用气压顶出充芯连铸法，通过确定合理的工艺参数，制备出外径为12mm，内径为8mm的铅包锡和铜包铝双金属复合棒坯。复合棒坯连续稳定，表面质量良好，包覆层厚度均匀，界面实现了冶金结合。对铜包铝双金属复合棒坯后续拉拔加工，获得了直径为0.95mm铜包铝复合导线，通过对其力学性能和导电性能进行检测，性能高于传统相同直径铜包铝复合导线。
03：10---03：30pm
休息
03：30---03：50pm
N12 铁粉温高速压制成形的研究
陈进，肖志瑜；华南理工大学机械与汽车工程学院
温高速压制（WHVC）是一种结合温压和高速压制为一体的粉末冶金成形方法，通过冲锤冲击上模冲产生的冲击波使加热的温粉末迅速成形。该方法很好地结合了温压和高速压制的优点，同时粉末中不添加润滑剂，粉末加热温度可不受润滑剂的限制。得到的压坯比传统高速压制密度要高。本文以铁粉为原料，利用自行设计制造的一套利用重力势能驱动的温高速压制成形装置研究铁粉的成形规律，采用正交实验的方法研究了落锤冲击高度、模具加热温度、装粉量对铁基冶金材料的温高速压制成形的www.xiexiebang.com
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压坯密度以及生坯强度的影响，为优化铁基冶金材料的最佳温高速压制工艺提供一定的参考依据。
03：50---04：10pm
N13
Fatigue Property of Cu-12wt%Al Alloys Fabricated by Continuous Unidirectional Solidification 黄海友，聂铭君，栾燕燕，谢建新；北京科技大学
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
奥氏体不锈钢管坯二辊斜轧穿孔裂纹的形成及控制
张凯，宋仁伯；北京科技大学材料科学与工程学院
奥氏体不锈钢圆管坯高温塑性差，易开裂，在穿孔过程中内壁经常出现裂纹（内裂）。相关文献研究了管坯的化学成分、α相、穿孔工艺对裂纹的影响，认为虽然管坯质量对穿孔内裂产生一定的影响，但产生内裂的主导原因还在穿孔工艺上。但是由于其工艺参数的调整在实际生产中较难把握规律，造成了产品成本高，生产周期长，开发新产品困难等问题。本文用有限元软件ANSYS/LS-DYNA根据某钢厂提供的锥形二辊斜轧穿孔机的实际几何参数，建立了三维有限元模型，并以0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢为例，模拟了穿孔过程。
管坯在斜轧穿孔时，受曼乃斯曼效应影响，管坯心部容易过早出现孔腔，孔腔如果提前出现就容易在穿出的毛管内外表面产生裂纹、分层、内折等缺陷。由于孔腔形成是由于中心部分金属受到交变切应力和很大的拉伸应力作用的结果。中心破裂属于韧性-脆性断裂。根据第一强度理论，模拟中设置了最大拉应力单元失效准则判断孔腔是否提前出现。管坯旋转前进到顶头，受顶头作用，材料也会屈服破坏，产生断裂。根据第四强度理论，模拟中同时设置了Von mises等效应力失效准则。
在ANSYS/LS-DYNA中，同时设置上述两种单元失效判据，模拟了穿孔过程，得到了各阶段管坯的应力应变云图和金属的流动规律，显示了裂纹的形成与分布；并得到轧制时存在打滑现象，易对管坯外表面质量产生影响，实际生产时还会加剧轧辊的磨损，使生产效率降低，应当尽量控制打滑；实际生产中存在两轧辊磨损程度不同或更换频率不同导致两轧辊表面摩擦系数不同，模拟得到两轧辊表面摩擦系数的差异容易在管坯外表面引起裂纹；同时得到了管坯倾斜进入孔型时对管坯的影响。本文对实际生产中管坯的裂纹控制具有很好的参考价值。
04：30---04：50pm
N15
粉末冶金高钒冷作模具钢不同热处理状态析出相的研究
李小明，况春江；安泰科技股份有限公司
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2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京
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粉末冶金高钒冷作模具钢中的微细析出相对其性能有重要影响，本文采用电解的方法提取了粉末冶金高钒冷作模具钢中的析出相，并对不同热处理状态合金的析出相进行了定量分析，用X射线衍射、扫描电镜、激光粒度、X射线小角衍射、ICP等方法对析出相的种类、形态、粒度分布和成分进行了分析。研究发现合金的析出相为V6C5，淬火态试样中一次析出碳化物尺寸大多处于0.631μm-2.512μm之间。回火态合金中有大量细小的二次析出相，响的规律与强度变化的规律相反。造成银包铝丝材力学性能上述变化规律的主要原因是其力学性能受退火软化、界面扩散相变以及由于扩散导致的包覆层和芯材合金化三种机制共同作用，在较低退火温度和较短退火时间的条件下，退火软化起主要作用，而在较高退火温度和较长退火时间条件下扩散相变和合金化起主要作用。
09：00---09：30am *N17 其尺寸在10nm-96nm之间，二次析出相占总析出相质量分数29.7%。析出相中除C、V元素外，还存在Mo、Cr、Fe三种元素，相比一次析出相，二次析出相中Cr、Fe的含量较高。
单元N3：5月20日上午 主持人：曲选辉，刘雪峰 08：30---09：00am *N16 退火对银包铝丝材界面与力学性能的影响
刘新华，刘雪峰，谢建新；北京科技大学新材料技术研究院
银包铝复合丝材在航空航天、仪器仪表领域应用广泛。本文采用冷静液挤压和拉拔的方法制备了银包铝丝材，研究了退火对所制备的丝材界面与力学性能的影响。结果表明，在150℃30分钟以下退火时，界面无明显新相生成，而200℃以上退火时则有明显的新相生成；界面中新生成的相主要为Ag3Al电子化合物（μ相）。退火温度和退火时间对界面的影响规律不同：随退火温度增加，无论在哪一退火时间下，界面层厚度均增加比较显著；而同一退火温度下，尤其是在退火温度较低时，增加退火时间时，界面厚度增加并不明显，但退火温度提高时，界面层厚度随退火时间增加的趋势加快，退火温度是界面层厚度的敏感因素；经150℃、200℃和300℃退火30分钟后的厚度分别为5~7µm、7~9µm和10~12µm。银包覆层和铝芯在界面附近的成分受退火影响，温度低于200℃时，成分变化不明显，退火温度高于200℃时，成分明显随距离变化；低于300℃时扩散过程以银向铝中扩散为主，但当温度升高到300℃时，铝也开始明显向银一侧扩散。退火对银包铝丝材的力学性能有明显的影响，在150℃和200℃退火时，随着退火时间增加，丝材强度先增大后减小，而在300℃退火时，随着退火时间增加，丝材强度一直增大；退火对丝材延伸率影集成计算材料工程及其在铸件开发过程中的应用 张瑞杰，曲选辉；北京科技大学
集成计算材料工程被定义为将计算手段所得的材料信息，与产品性能分析和制造工艺模拟相结合。其中包含了产品开发所需的多种信息：材料微观组织模型、微观结构—性能模型、材料数据库、成本分析模型等等，目标是在产品真正投产之前，通过集成计算过程使材料选择、加工制造和产品设计优化成为一个整体系统。预期可以实现更有效的探寻新材料、尽可能发掘新材料的潜力、优化制造工艺系统的各个环节、减少产品研发时间和成本。本文将重点结合铝合金铸件的生产工艺，介绍集成计算材料工程在铸件开发过程中的应用。铸件生产过程中主要有熔炼、浇铸、凝固、固溶、时效等主要的工序，这些工序中发生的主要物理现象在尺度上跨度很大，因此需要在不同尺度范围内对铸件生产过程中的物理现象进行建模，比如：充型、凝固微观组织形成、次生相溶解、强化相析出等等。建立不同尺度微观组织模型对产品性能的影响模型，并且建立不同尺度模型之间的连接关系，定量研究不同工序对后续工序及最终产品性能的影响。并且根据对铸件生产全工艺过程的分析，反馈在材料选择、铸造、时效等环节中对产品性能影响的负面因素，实现对整个铸造工艺各个工序的优化。
最后，本文简要介绍目前集成计算材料工程在其他产品开发过程中的应用情况，并且讨论集成计算材料工程的广泛应用所面临机遇与挑战。
09：30---09：50am
N18
搅拌摩擦加工细晶AZ91镁合金的组织和力学性能研究
王赛香，张大童；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心
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搅拌摩擦加工技术（FSP）是在搅拌摩擦焊（FSW）基础上发展起来的一种新型剧塑性变形技术，在细晶金属材料制备方面具有较大的应用潜力。本文研究了铸态AZ91镁合金经搅拌摩擦加工后的显微组织和力学性能。显微组织观察表明，合金经FSP加工后粗大的铸态树枝晶变成细小的等轴晶粒，在旋转速度400r/min、行走速度60mm/min加工条件下（Mg）晶粒尺寸约为3µm；位于晶界处的粗大相（Mg17Al12）转变为细小颗粒相。显微硬度及拉伸力学性能测试结果表明，经搅拌摩擦加工后材料的硬度、抗拉强度和断后伸长率均显著提高；在旋转速度600r/min、行走速度60mm/min时搅拌区的平均硬度、抗拉强度和断后伸长率分别为83HV、317.6MPa和21.6%（母材的分别为63.8HV、112.4Mpa和16.6%）。拉伸断口分析表明，铸态合金属脆性断裂，而搅拌摩擦加工合金由于晶粒明显细化，断裂表面存在较多的韧窝，属韧性断裂。
09：50---10：10am
休息
10：10---10：30am
N19 纳米水基板带钢轧制液摩擦特征与润滑性能研究 孙建林，王冰，武元元；北京科技大学材料科学与工程学院
全新概念的水基纳米润滑是当前板带钢冷轧生产应对节能减排的重要措施之一，为此论文以几种典型的纳米粒子为例，通过修饰与分散，制备了板带钢水基轧制液。借助SEM、XRD、四球摩擦试验机和四辊轧机，分析测试了纳米粒子的形貌特征、摩擦学性能、轧制润滑性能及轧后板带钢表面质量。实验结果表明：粒径在10-50nm的纳米Cu、纳米Fe3O4、纳米MoS2等金属纳米粒子表现出优异的摩擦学性能，由此制备的水基轧制液具有无毒环保、轧制润滑性能好、轧后表面质量优等特点。另外还初步分析了纳米润滑机理，为纳米润滑在材料加工中的应用提供理论指导。
10：30---10：50am
N20 不锈钢表面阴极微弧电沉积氧化铝涂层的制备及组织性能研究
薛文斌，金乾，杜建成；北京师范大学核科学与技术学院射线束技术与材料改性教育部重点实验室
以Al(NO3)3乙醇溶液为电解液，利用阴极微弧电沉积技术在304不锈钢表面制备了80 μm厚的氧化铝涂层。采用扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的形貌、成分和相组成，测试了涂层的抗高温氧化及电化学腐蚀性能，并探讨了阴极微弧沉积氧化铝涂层的机理。涂层由γ-Al2O3和的α-Al2O3组成。涂层中含有少量的Fe、Cr、Ni元素，表明膜/基界面附近的不锈钢基体在微弧放电作用下也参与氧化铝涂层的沉积和烧结过程。具有氧化铝涂层的不锈钢在800 ℃恒温氧化速率降低将近1倍，同时它的腐蚀电位有所提高，腐蚀电流密度降低1个数量级，其耐腐蚀性能得到提高。
10：50---11：10am
N21
高分子链的冷流和去拥挤（unjamming）转变 薛奇；南京大学化学化工学院高分子科学与工程系
高分子材料的加工通常需要在远高于其玻璃化转变温度时才可进行，这一过程将消耗大量能源、导致聚合物降解污染环境并且使材料难以再回收利用。我们发现当增大高分子链间邻近度时，单独通过施加压力就可以使高分子链在远低于比量热法测得的玻璃化转变温度时发生流动。此时相比于自由体积的理论,体系的玻璃化转变温度不但没有升高, 反而降到了测试的温度。而这一现象与近年来凝聚态物理中的一个重要课题即拥挤（Jamming）理论密切相关，通过拥挤相图我们发现，在玻璃体系中，堆积密度、施加的负载与体系的温度这三个因素共同决定了体系所处的状态。这为我们研究高分子的玻璃化转变以及高分子材料加工提供了新的思路。
11：10---11：30am
N22 脉冲强磁场下的电磁成形技术
邱立，李亮，吕以亮；华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心（筹）
电磁成形技术是利用脉冲电磁力驱动工件成形的高速率加工技术，其具有改善成形性能、减少起皱、提高成形范围等优点，是轻合金等难成形材料成形技术的研究热点。但现有电磁成形技术因驱动线圈强度不够，只能提供10T左右的磁场，加工工件的厚度一般小于2mm，这严重限制了电磁成形技术的www.xiexiebang.com
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发展。
本文借鉴脉冲磁体的设计理论及优化技术，结合电磁成形驱动线圈自身的特性，成功研制出可提供40T磁场的高强度驱动线圈，并建立了一套脉冲强磁场电磁成形设备系统。选用2a12铝合金板，利用该系统已完成：
1、2mm厚80mm*160mm方形盒拉延。实验表明，电磁板材成形以流动形式变形，拉延高度为20mm，变形后的板材最薄处为1.88mm。
2、5mm厚内孔翻边。预孔直径为30mm，用于Cu-Zr-Ni系统的分子动力学模拟，预测了Cu-Zr-Ni系统的成分三角形可以划分成三类区域，即晶态区、非晶态区以及晶态-非晶态共存区。同时采用分子静力学计算出Cu-Zr-Ni系统晶态区的非晶和固溶体能量差，从能量角度预测了最优的非晶成分区域。
02：00---02：30pm
*N24
Origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel 翻边高度为18mm，一次翻边系数为0.55。
3、8mm厚冲孔。冲孔直径为50mm，一次放电完成，断面光滑无毛刺。选用0.1mm厚铜箔，利用该系统已完成：
1、一次完成多孔冲裁。在直径为100mm的铜箔上完成直径从2mm到16mm的一系列冲孔。
2、完成微结构成形。在铜箔面上切割出一条0.19mm宽的线槽。实验证明，脉冲强磁场技术能有效提高电磁成形的加工能力，拓展了其实现工业应用的前景。
单元N4：5月20日下午 主持人：杨院生，李家好 01：30---02：00pm
*N23 热力学和原子相互作用势计算Cu-Zr-Ni系统的非晶形成范围
崔苑苑，李家好，柳百新；清华大学材料科学与工程系
Cu-Zr-Ni块体金属玻璃系统由于其良好的非晶形成能力和优异的机械性能，成为了理论和实验研究的典型系统。在Cu-Zr-Ni块体金属玻璃的研究中，存在一个基础性的问题，即非晶形成范围。由于金属玻璃制备过程中动力学因素的限制，结构复杂的金属间化合物难以形核和长大，与非晶相竞争的主要是结构简单的固溶体。因此，研究Cu-Zr-Ni系统非晶形成范围的问题，就可以转化为比较非晶和过饱和固溶体的相对稳定性，从而确定Cu-Zr-Ni系统的最大过饱和固溶度，进而确定Cu-Zr-Ni系统的非晶形成范围。本研究采用基于原子相互作用势的分子动力学模拟，模拟过程的关键是如何描述原子之间的相互作用，即构建合适的Cu-Zr-Ni系统的原子相互作用势。为此，本研究使用实际存在的金属间化合物的物理性能进行拟合，同时采用改进的TB-SMA势形式，从而保证在整个计算范围内能量及其导数都连续光滑。将构建的原子相互作用势应during directional solidification
付俊伟，杨院生；中国科学院金属研究所
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的分流模非稳态挤压过程数值模拟研究 程磊，谢水生，黄国杰；北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室
由于空心铝型材分流模挤压过程中金属流动及变形的复杂性，采用基于拉格朗日网格描述的有限元法进行数值模拟时，研究对象仅局限于形状简单、截面尺寸和挤压比小的空心型材，对于大断面复杂截面铝型材分流模挤压过程的数值模拟尚未见报
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道。针对上述问题，采用基于欧拉网格描述的有限体积法，实现对大型材分流模非稳态挤压过程的数值模拟，不仅可以完整的模拟分流模挤压焊合过程，而且具有计算时间短、模拟精度高的优点，是进行大型复杂截面铝型材挤压焊合过程研究的一种十分有效方法。
02：50---03：10pm
N26 喷射轧制工艺参数对铝带材固相分数和孔隙率影响规律的模拟研究
刘允中，李凤仙，谢金乐；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心
喷射轧制是一种金属半固态近净成形新技术，将熔体雾化、喷射沉积、双辊热轧有机结合，可在一步工序内从液态金属直接制备高性能金属板带材，对喷射轧制过程中铝合金材料的固相分数和孔隙率进行模拟研究有助于揭示致密化机理和指导工艺优化。初步建立了喷射轧制过程中熔滴雾化和沉积阶段的凝固和动力学模型，对喷射轧制中沉积阶段孔隙的形成规律进行了分析，结果表明可通过减小沉积时的孔隙率和在轧制阶段提供必要的厚度减薄率以获得致密材料。研究了喷射轧制主要工艺参数（如：熔滴飞行距离、气体初始速度、过热度和熔体质量流率）对7050铝合金带材沉积与成形过程中平均固相分数、孔隙率和厚度减薄率的影响规律，对致密化过程进行了理论分析。在此基础上对喷射轧制的主要工艺参数进行了优化，可使沉积材料有最低的孔隙率，且能稳定连续制备致密带材。
03：10---03：30pm
N27 轧辊喷淬热处理过程温度的测量与计算机控制 李莎，刘增辉，赵永龙；北京科技大学
针对喷淬过程中水雾、水膜、氧化铁皮及其他干扰对辊身表面温度测量的影响，本文采用红外测温仪配用自行设计的空气吹扫装置实现了喷淬过程辊面温度的测量，并选用峰值保持+复合滤波的数字滤波方法对所测温度进行抗干扰处理。以红外测温仪实测辊面温度为控制参数，根据实际温度与目标温度的差值情况，通过调节喷淬机的冷速，实现喷淬过程中按照轧辊的目标温度曲线进行控制，提高了轧辊的喷淬质量。
03：30---03：50pm
N28 稀土纳米材料的应用进展
张文毓，侯世忠；洛阳船舶材料研究所
本文概述了稀土纳米材料的研究现状，重点介绍了稀土纳米材料在发光材料、永磁材料、陶瓷、催化剂、贮氢材料、环保材料等领域的应用,对其发展前景进行了展望。希望对稀土纳米材料有所了解。
稀土纳米材料的研究与应用将有助于发现新性质，开拓新材料，已成为当前的研究热点。稀土元素特殊的电子构型使其具有特殊的光、电、磁性质。而被誉为新材料的宝库。纳米技术与稀土相结合形成的新型材料包括稀土纳米陶瓷、催化剂、永磁材料、发光材料、防晒材料、生物医药材料等。这些新型材料在信息、生命科学等领域必将发挥重要的作用。因此开展稀土纳米材料的研究、应用与开发将是一次新的机遇，对于我们稀土大国具有重要的意义。
稀土纳米材料研究现状包括：稀土纳米粉体、稀土化合物纳米薄膜、稀土纳米结构的陶瓷、稀土纳米复合与组装、稀土纳米磁性材料、稀土纳米催化剂、稀土纳米发光材料、稀土纳米光学材料。目前开发研究和应用的领域包括:.稀土发光材料、.纳米超导材料、.稀土纳米磁性材料、.稀土高性能陶瓷、.稀土纳米催化剂、稀土紫外线吸收剂、稀土精密抛光、稀土纳米贮氢材料、稀土纳米环保材料、稀土纳米薄膜材料、稀土纳米合金等。
近年来，随着纳米技术的问世，纳米技术与稀土相结合形成的新材料使稀土的应用增加了不少新的内涵，发挥出其更大的潜能。在新的前沿技术方面,又发现了稀土不少新的应用。稀土纳米材料在 21世纪必将发挥越来越重要的作用。更重要的是发挥稀土纳米材料的优异特性，开发其新的应用。
墙展 NP1
Mn对Mg-6Al合金挤压棒材组织与性能的影响 张志强，乐启炽，崔建忠；东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室
本文对不同Mn含量的Mg-6Al进行反向挤压，考察Mn对Mg-6Al镁合金挤压棒材组织与性能的影响。研究结果表明，在试验范围内随着Mn含量的增加Mg-6Al-xMn合金挤压棒材晶粒逐渐变小，硬
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度有增大的趋势；挤压棒材的抗拉强度、屈服强度和延伸率均随着Mn含量的增加现增加后降低。Mn含量为0.5%的挤压棒材抗拉强度和屈服强度最高，责任公司
航空发动机涡轮导向空心叶片是航空发动机重要零件，其无余量叶片精密铸造技术含量高，目前生分别为293 MPa、173 MPa； Mn含量为0.7%的挤压棒材延伸率最大，达20%。
NP2
钎焊工艺对铝合金真空钎焊焊缝组织的影响
高飞，陈召松，赵飞；贵州永红航空机械有限责任公司
铝合金真空钎焊时钎焊工艺对焊缝组织性能有重要影响，其中焊缝中大量存在的Si偏聚组织是影响焊缝强度不高的主要原因。本文采用15min-90min六种不同钎焊保温时间和595℃-620℃六种不同保温温度对铝合金散热器进行真空钎焊试验，通过光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱仪、硬度试验等研究确定保温时间和保温温度对焊缝组织的影响关系。结果表明，随着钎焊保温时间的延长和适量的提高保温温度，焊缝间的元素扩散越来越充分，Si偏聚形状由原来的树枝状向点状转变，当钎焊工艺为615℃保温75min时，焊缝组织中只有少量点状Si偏聚组织，绝大部分为固溶体，钎料对母材有少量溶蚀，结合更为牢固，工艺较佳。
NP3
减少承压铸件的铸造缺陷，提高铸件检漏合格率 白素春；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司
我们所生产的铝合金筒体铸件技术条件要求铸件表面不能有夹渣、针孔、缩孔、缩松等缺陷，并且需要承受 FS6 气密性检验，水压试验 1.22 Mpa，筒体铸件结构复杂，尺寸大，壁厚不均，铸造热节偏多，容易产生铸造缺陷。在实际生产过程中，筒体铸件铸造缺陷多，打压合格率 50% 左右，通过对大型铝合金铸件铸造特点的分析，根据生产实践经验，利用树脂砂造型，采用底注式浇注系统，总结出一套有效的提高大型铝合金铸件承压件检漏合格率的有效方法。
NP4
一种涡轮导向叶片无余量精铸工艺研究
韩宏；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限产工艺尚不成熟不能满足批产需求。本文总结了对该类叶片精铸的工艺研究，包括了对该类叶片生产工艺的陶瓷型芯制造工艺、浇注系统设计、制壳工艺、浇注工艺、振动光饰工艺等方面进行的试验工作。通过研究，摸索出了一套适合航空发动机涡轮导向空心叶片的无余量精铸工艺路线，获得了合理的工艺参数，成功研制出首批合格叶片并参加了试车考核，为该类叶片实现批产应用奠定了技术基础。
NP5
异型截面铝材穿孔针挤压成形规律的数字化研究 李峰，徐永超，初冠南；哈尔滨理工大学材料科学与工程学院
为了揭示异型截面铝型材穿孔针挤压成形规律，以导弹尾翼构件为例，本文采用非线性有限元对其过程进行了三维热力耦合模拟，系统地分析了工艺条件对温升变化、附加拉应力及成形载荷的影响规律，研究结果表明：在低速挤压范围内，坯料上最高温度峰值均呈减小趋势变化，且随着挤速的增加，最高温度峰值的降幅随之减小，而模口处轴向附加拉应力的数值则相应地增大；成形过程中模口处的轴心部位为高温区，随着轴心距的增加，温度值呈梯度减小的趋势变化；且随着压下量的增加，温度减小的梯度趋势逐渐变缓，藉此为异型截面材穿孔针挤压成形的工艺设计及变形流动控制提供理论依据。
NP6
Mechanism of Stainless Steel Machinability Improvement by Adding Copper
张孟仪，Zhimin Zhong；国核电站运行服务技术有限公司
本文主要研究在4Cr13钢中添加铜和硫以改善其切削性能。在4Cr13钢中添加铜所起到的效果和添加硫相似。应用扫描电镜（SEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）对4Cr13Cu中易切削相的分布和尺寸进行观察研究，研究结果发现易切削相的组成为铜-石墨复合相，该相弥散分布在钢的基体中，大小约
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为10nm。经切削试验发现，铜-石墨复合相起到润滑颗粒的作用，润滑了切削刀具，减少了刀具磨损量，从而提高了不锈钢的切削性能。
NP7
钌金属溅射靶材烧结工艺研究
罗俊锋，丁照崇，王欣平；北京有色金属研究总院 下，烧结体密度随烧结温度的增高而递增。在1350℃保温2小时真空烧结条件下，凝胶注模成形出的不锈钢力学性能优良，晶粒尺寸适中，烧结体的相对密度达98.7％，抗拉强度可达1058.9MPa，并可成形出形状复杂的较大尺寸的不锈钢坯体。
NP10
采用热压、放电等离子烧结及直接热压等烧结工艺制备了钌金属靶材，通过微观结构与氧含量分析对比了三种工艺方法对钌金属靶材制备的影响。结果表明，随着制备温度的升高钌靶晶粒尺寸增大，氧含量降低；通过工艺优化，三种方法均能得到密度达到99%以上的钌靶；放电等离子烧结与直接热压工艺都具有快速成型的特点；放电等离子烧结制备的钌靶组织均匀性最好。
NP8
低碳钢变形奥氏体相变后铁素体晶粒尺寸的数值计算
贠冰，孙建林，高雅；北京科技大学材料科学与工程学院
摘要：根据热力学理论和形核生长理论，对低碳钢在奥氏体非再结晶区变形后，连续冷却过程中的组织演变进行了数值分析。铁素体相变动力学模型是根据“形核长大”和“位置饱和”机制，采用Cahn的相变动力学理论和Scheil叠加原理建立的；同时计算了铁素体的晶粒尺寸。模型的预测结果与实验数据基本相符。
NP9
17-4PH不锈钢粉凝胶注模成形工艺的研究
刘小婷，邵慧萍，郭志猛；北京科技大学新材料技术研究院
本文对17-4PH不锈钢粉末进行了凝胶注模成形的研究，比较研究了水基和非水基凝胶体系的工艺参数对其性能的影响。结果表明：非水基凝胶体系的浆料具有较好的流变学性能，且烧结制品具有更高的致密度和力学性能。在非水基凝胶体系中，单体的浓度直接影响其成形坯体强度，在最佳工艺条件下，其生坯的抗弯强度可达38MPa；烧结体密度随着单体浓度的增大呈先增后减的趋势；在一定温度
板料V形弯曲中凸模深度对弯曲影响规律的研究 董文正，林启权，李彦涛；湘潭大学机械工程学院
板料V形件弯曲变形过程一般分为正向自由弯曲，正、反向弯曲和校正弯曲三个阶段，由于在弯曲成形过程中工件的内外层从拉应力过渡到压应力有弹性变形存在，工件在卸载后内、外层纤维因弹性恢复而分别伸长和缩短，结果使得工件弯曲的曲率和角度发生显著变化，产生弹性回跳或弹性回复现象，从而降低了影响工件的成形精度。本文首次提出了弯曲凸模深度（即弯曲凸模斜壁直边的长度）这个概念，推倒弯曲凸模深度与模具结构参数之间的计算公式及基于凸模深度的回弹公式。并利用有限元软件Deform对弯曲成形过程进行了数值模拟，分析了凸模深度对成形过程的影响规律，发现弯曲结束阶段板料出现明显的“分流面”，并通过理论分析计算出分流面的精确位置，对实际生产过程具有重要的指导意义。
NP11
激光直接沉积TB6钛合金的成形性研究
于承雪，李怀学，景财年；北京航空制造工程研究所
通过激光熔化同轴输送的TB6钛合金粉末，分析了激光直接沉积TB6钛合金的成形缺陷、显微组织和力学性能。结果表明：气孔和未熔合是激光直接沉积TB6钛合金典型的两种缺陷，气孔形貌呈圆球形，随机分布于成形件内部；未熔合缺陷呈现不规则形状，主要分布在沉积层的层间和道间。激光直接沉积TB6钛合金的显微组织主要以等轴晶为主，其沉积态的拉伸断口为沿晶/穿晶混合断裂方式。激光直接沉积TB6钛合金沉积态的拉伸强度与其锻件相当，其沿沉积、扫描、搭接等三个方向的拉伸强度相差不大，约为各向同性。热等静压导致激光直接沉积TB6
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钛合金的拉伸强度降低约200MPa，而塑性提高2倍。该结果对调控激光直接沉积钛合金的组织与性能具有重要意义。
NP12
放电等离子烧结制备高性能WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金材料
赖燕根，李小强，陈健；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心
采用高能球磨方法制备了WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金粉末，通过放电等离子烧结技术将其快速固结成形，研究了该合金粉末的烧结行为，并对不同WC含量的烧结样品进行了密度、硬度及横向断裂强度的测试，同时分析了试样的显微组织和断口形貌。结果表明：试样的密度接近全致密，硬度及横向断裂强度随WC含量的增加呈先增后减的变化趋势，当WC质量百分比含量为10%，烧结温度为850 ℃及烧结压力为50 MPa时，所得试样的密度达到8.09 g/cm3，硬度值为HRC 57及横向断裂强度为2780 MPa；该烧结材料的显微组织以珠光体为主，另外还包含块状铁素体、奥氏体及弥散分布的WC硬质颗粒相，断口形貌呈现出典型的韧窝特征。NP13
喷射轧制过程中沉积物形貌的数值模拟
李凤仙，刘允中，罗霞；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心
对喷射轧制过程中轧辊表面的沉积层厚度和形貌进行深入研究，可使喷射轧制具有最大的沉积效率，且能稳定连续生产致密带材。在喷射轧制中雾化后的熔滴沉积到轧辊表面形成沉积层，沉积层增长到一定厚度达到稳态后，其形貌将保持不变。采用坐标追踪方法，建立了雾化后熔滴沉积到轧辊表面的质量流率分布、厚度和形貌模型，可较好地预测不同工艺参数下沉积层的几何尺寸和形貌，并对咬入角进行了定性的分析。研究了工艺参数（如轧辊半径、轧辊转速、参考位置处最大质量流率、轧辊间距、喷射距离等）对沉积物几何特征的影响，结果表明：最大质量流率、轧辊半径、轧辊转速对沉积物厚度和形貌有显著影响，在此基础上采用正交实验法对主要工艺参数进行了优化。
NP14
1350铝合金与纯铜异种材料的搅拌摩擦焊接头组织与性能的分析
李夏威，张大童；华南理工大学
采用搅拌摩擦焊对3mm厚的1350铝合金和纯铜板材进行了对接，并对接头的组织和性能进行了分析.试验结果表明在搅拌头旋转速度为1200rpm，焊接速度为80mm/min且铝合金位于后退侧，纯铜位于前进侧时能得到内部组织致密、无缺陷的接头.在铝合金和纯铜侧均发现了热影响区、机械热影响区和搅拌区，热影响区的晶粒略有长大，机械热影响区的晶粒发生了较大的弯曲和变形，搅拌区的组织为明显的动态再结晶的组织.接头处没有金属间化合物生成，结合界面处铝、铜元素仅发生少量的扩散.搅拌区的垂直于焊接方向的横截面上的显微硬度基本介于铝合金和纯铜之间.接头抗拉强度为73Mpa，断后伸长率为1.7%，拉伸试样断裂区位于搅拌区铝-铜结合面，断口扫描照片显示铝合金侧有少量的韧窝及撕裂棱存在，其余断裂表面形貌较为平坦，为脆性断裂.NP15
ZrO2/Al90Mn9Ce1 核壳结构复合材料的SPS制备及其性能研究
张迪，王明罡，赵占奎；长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室
用放电等离子(Spark Plasma Sintering)法烧结表面包覆 10wt%ZrO2 纳米粉末的微米 Al90Mn9Ce1 合金复合粉末, 得到高致密的陶瓷结构, 内充金属合金的块体复合材料, 烧结温度仅为 520℃.该材料由蜂窝状封闭 ZrO2 陶瓷壳壁和 Al90Mn9Ce1 合金核体组成, 核壳单元尺寸约为 10~40 µm, 壳壁厚 2~3 µm.烧结后材料的抗压强度达到 525 MPa, 显微硬度达到 316 Hv.这种ZrO2/Al90Mn9Ce1 复合材料的成功制备, 为新型陶瓷/金属复合材料的设计提供了新思路.NP16
AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/AZ50的工艺研究
芦笙，翁志平，陈静；江苏科技大学
本文利用大气等离子喷涂技术（APS）在AZ91D镁合金表面成功地制备了NiCoCrAlY/(Al2O3+50wt%ZrO2，简称AZ50）复合www.xiexiebang.com
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陶瓷涂层。采用正交试验设计，以结合强度为指标，优化了AZ50复合陶瓷涂层的工艺参数并通过OM、SEM、XRD等分析方法对涂层的微观组织结构进行了研究。研究表明：喷涂功率、送粉量、喷涂距离、主气流量和喷涂次数对喷涂的性能有重大的影响；AZ50复合涂层由α-Al2O3，γ-Al2O3，t’-ZrO2，1.5倍。
NP19
高球形度超低氧含量铝青铜粉末研制 于军，章徳铭，杨永琪，任先京； 北京矿冶研究总院 t-ZrO2和c-ZrO2组成，呈典型的层片状结构并含有少量的气孔和微裂纹，涂层和基体的结合处是涂层最薄弱的环节。
NP17 AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/陶瓷涂层的工艺和性能
芦笙，陈燕，陈静；江苏科技大学材料科学与工程学院
本文利用正交试验对AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层的工艺参数进行优化，研究喷涂次数对涂层结合性能的影响规律，确定优化的工艺参数及最佳喷涂次数。借助OM、SEM、EDX等手段，对涂层显微组织进行观察分析，并对涂层的硬度进行了测量。结果表明，工艺参数对涂层结合强度有重要影响，其主次关系的顺序为：电源功率>送粉量>喷涂距离>主气流量。随着喷涂次数的增加，即涂层厚度的增加，结合强度减小。断裂均发生在过渡涂层处，且各元素含量在界面处均发生突变，没有明显的扩散现象。镁合金表面喷涂陶瓷层后硬度明显提高。
NP18 P对铁素体区热轧Ti-IF钢组织和性能的影响研究 景财年，刘敬广，王作成；山东建筑大学
对两种不同磷含量的普通Ti-IF钢和高强Ti+P-IF钢，在800℃铁素体区经4道次热轧、模拟罩式退火后，测量了退火钢板的力学性能、显微组织和二相粒子。结果显示普通IF钢的延伸率和r值大于高强IF钢，在高强Ti+P-IF钢中有FeTiP二相粒子的析出，两种钢板的显微组织都是再结晶铁素体，但钢板中心部组织比边部组织要粗大，两种钢板在铁素体区轧制都获得了很好的深冲性能，r值都大于1，Ti-IF钢深冲性能更好，其原因是添加P后形成FeTiP粒子不利于深冲织构的形成，Ti-IF钢{111}<112>和{554}<225>织构是Ti+P-IF钢的新型发动机要求铝青铜软支撑耐磨涂层具有较低的氧化物杂质含量以及较高的结合强度，因此，对高性能铝青铜粉末的研究迫在眉睫。本文采用自主开发的真空雾化设备，通过加入添加剂的方式引入合金元素、铝脱氧熔炼、大角度和低压力的惰气雾化工艺实现了细粒径、球形铝青铜合金粉末的高产率制备。所研制的粉末具有球形度高、低氧含量和低成本等特点。采用XRD、SEM等测试手段对该粉末及其组成的铜铝/镍石墨涂层进行了国内外材料及其涂层的理化性能的对比分析，结果表明国产铝青铜合金粉末具有与Metco 51NS相同的物理性能、化学性能及工艺性能，涂层达到了相应技术指标要求，满足了新型航空发动机用铜铝/镍石墨封严涂层材料研制对原材料的需求。
NP20
双扫描喷射成形工模具钢工艺及性能研究
张勇，张国庆，李周，袁华，许文勇，刘娜，高正江，王孝平；
北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室
本文主要研究了双扫描喷射成形的工艺及制备的工模具钢SFT15的力学性能和微观组织。结果表明，双扫描喷射成形工模具钢SFT15沉积坯平均体密度为8.2g/cm3，达到理论密度的99％。采用喷射成形制备的SFT15高速钢晶粒细小，无宏观偏析，组织致密。经过热变形加工可大幅提高喷射成形工模具钢的力学性能。采用SEM、TEM研究了SFT15的微观组织，绝大部分为小于20μm的等轴晶，晶界和晶内分布一些M6C型碳化物，热处理后SFT15工模具钢组织主要为回火马氏体和碳化物。
NP21
Tungsten doped ZrB2 powder synthesized synergistically by co-precipitation and solid-state reaction methods
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2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京
国家会议中心
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 水热合成氧化钇弥散铁基复合材料的制备 刘青，郭志猛，罗骥； 北京科技大学
结合共沉淀法与水热合成法，以氯化铝、氯化钇和氨水所得的氢氧化物沉淀为前驱物，在水热温度100-200°、保温3-7h的条件下可以制备出弥散相在纳米级的弥散强化铁基材料。研究了反应条件，如加入分散剂的种类及含量、水热温度、水热时间等对水热合成的影响，从而得到了最佳的工艺参数。用SEM分析了弥散相的大小及分布确定了最佳的分散剂的种类及含量，通过力学性能的比较，进一步确定了最佳的水热温度及时间。
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