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1、1.3.5可溶气体雾化（即真空雾化法） 在该工艺过程中，坩埚内液态金属在压力作用下过饱和溶解气体，然后突然向真空开放。在这种情况下气体急剧膨胀，脱溶，使金属雾化。曾使用过N2、Ar和H2作为溶解气体。采用H2对Ni、Cu、Co、Fe和Al基合金进行真空雾化制粉，粉末大多呈球形（也可能是粉末和薄片的混合物）。表面洁净，纯度高，冷却速度低，约为102 KS1。,1.3.6电流体力学雾化EHDA 这种方法用于制备快速凝固粉末和包覆层材料，供研究材料特性使用。将一个强密度电场（典型值为105V/m）作用在毛细发射管中液体金属的表面，在高电场力的作用下表面张力被克服，液滴从毛细管中射出。这些带电液滴朝着
2、一个加速器加速运动，若液滴在碰撞时仍保持液态则形成箔、薄片或涂覆层；若在飞行中完全凝固则形成球形粉末。颗粒尺寸变化范围从0.1m到100m。超细粒径（直径为0.01m）的凝固冷速高达107 KS1。目前已制备Al-Si、Al-Cu、铝包覆的Ti和Fe基合金的非晶和微晶粉末。优势：它是一个连续的工艺过程，无运动部件，可包含辐射、对流和急冷技术。,1.3.7滴管法(有关深过冷熔体凝固方式和动力学基础知识) 1.3.8电火花侵蚀技术 该方法在绝缘流体中侵入两个电极，并在两电极之间保持往复出现的电火花。电极用预制粉末的材料制成。每次电火花熔化或蒸发微量原材料，并使之立即凝固成粉末颗粒。粉末一般都会被绝
3、缘流体污染。由此，已采用低温惰性气体作为绝缘流体。已制备了非晶和微晶粉末。生产率12小时/炉。,1.3.9双辊雾化（图） 这是一种制粉新工艺，它利用两个反向高速旋转辊轮将金属液流雾化。用碳涂层包覆两辊轮以减小热传导，防止金属液在两辊之间的辊隙中凝固。当液态金属在距离辊隙25mm处的水浴中急冷，可制备出200m厚的拉长薄片，其凝固冷速为105106 KS1。该方法能够制备多种金属薄片、箔及不规则或球形颗粒。（由于其生产小尺寸液态金属颗粒能力差而受限制，只有23%粉末直径低于37m）。,1.3.10振动电极雾化 在此工艺中，辊轮之间一端自由的电极向真空或惰性气氛室内一个缓慢旋转的铜盘连续移动。在水
4、冷盘和电极振动端之间形成的电弧将产生雾化。形成的颗粒呈球形。（此方法无潜力）,1.3.11杜威兹“枪”技术 （它依然是一项简单、精密和多用途的制备微量快速凝固金属和合金的实验室技术。）微量金属（最多100mg）或合金在一石墨内通过感应或电阻加热熔化，底部有一直径为1mm的漏嘴。（由于高表面张力，熔体并不通过该漏嘴下落。）熔融金属靠冲击波从漏嘴射出、雾化并通过与铜基底的接触迅速冷却，最终形成很薄的箔片（最大厚度约为15m，同一箔片不同区域厚度为0.11.5m，且有孔洞）。它的凝固冷速分别在106108 KS1。通过改善急冷箔片和基底之间的导热条件及减小急冷箔片的厚度，可以获得更高的冷却速度。在惰
5、性气氛或真空条件下，急冷熔体可以达到更高的凝固冷速。,成功应用这一技术的前提条件：限制熔化合金量；将熔化金属快速雾化成液滴；在短时间和短距离内喷射液流，使其与急冷基底高速碰撞。 （冲击波：将高压惰性气体充入高压室，使高压室和低压室之间的聚脂薄膜破裂产生；通过爆炸产生；利用速度高达13000rpm的快速旋转叶片产生。箔片的最大尺寸不超过几厘米。非常适合于用电镜和X光分析其组织特征，但不适合测定和评价其物理和机械性能。）,1.3.12喷射沉积法 1.3.12.1概述 在这类方法中，雾化的液滴沉积在一个被冷却的固体基底上，凝固形成基本致密的沉积体，其厚度可为几毫米。 1、发展历史 1968年英国Sw
6、ansea大学的A.R.E.Singer教授提出了喷射成形的概念，1972年正式获得英国专利。1974年R.G.Brooks在此基础上发展出著名的Osprey工艺。70年代，美国麻省理工学院（MIT）的N.J.Grant教授采用超声雾化技术，发明了液体动态成形技术（LDC）。80年代初，英国的Aurora Steels Ltd公司在采用离心雾化的基础上，发明了受控喷射沉积工艺（CSD）。我国在80年代末开始了喷射沉积工艺的研究，中南大学的陈振华,教授和黄培云院士于1990年提出了多层喷射沉积工艺，填补了国内外喷射沉积不能做大而且厚壁管的空白。 2、基本原理 将熔融金属或合金在惰性气氛中雾化为按
7、一定分布的细小的固态、半固态或液态熔体射流，随后直接喷射到较冷的衬底表面上，熔滴在沉积器表面附着、堆积、铺展、融合、固结而形成具有一定形状和较高致密度的沉积坯件。基本上可分成金属释放、雾化、喷射、沉积、沉积件凝固等五个阶段。 3、其应用包括：喷射轧制、喷射锻造、离心喷射沉积。 4、技术特点：具有成本和经济优势；氧化程度小；具有快速凝固组织特性；适应性强。,5、分类：有传统的喷射沉积(osprey)，多层喷射沉积。 1.3.12.2喷射轧制(喷射硬化、冲击硬化、固结成形) 在该工艺过程中，气体雾化的熔融金属液流被直接喷射到一个内部冷却、缓慢旋转的鼓轮的粗糙表面上，液滴在撞击时凝固，而后续的液滴继
8、续堆积达一定厚度。从鼓轮上剥离沉积层并直接传送到轧辊中制备带材。已生产了18mm厚、0.5m宽的带材，但困难是难以保证带材在宽度方向上的厚度均匀性(在工业生产中厚度偏差不允许超过2%)，典型的颗粒尺寸为150m。其凝固冷速高达106 KS1。,1.3.12.3 喷射锻造 在该工艺过程中，气体雾化的金属被喷射到一个模具中，或有时喷射到一平面基底或收集器上。基底或模具在驱动机构的控制下以适当的方式运动。高的喷射密度可保证孔隙率只有1%，预成形后再进行锻造。 1.3.12.4离心喷射沉积(液体动态压实) 这种方法将金属液滴离心喷射，制备具有轴对称中心孔的产品。（特别适合钛合金的生产）现有2吨规模的装
9、置生产工具钢和合金钢。 1.3.12.5薄片工艺 在该工艺过程中，气体雾化颗粒撞击在一个旋转鼓轮的冷表面上形成小箔片，并在凝固后脱离鼓面，其急冷速率取决于熔化颗粒的尺寸和速度，可高达106 KS1。,1.3.12.6等离子体喷射沉积 非常热的、高离子化的等离子体射流用于熔化预合金粉末，并将其喷射到冷基底上。金属液滴喷射速度可达1000m/s，喷射一次可沉积约100m厚，继续沉积可增加厚度，但存在自退火的可能性，可有旋转水冷基底或惰性气体射流(将热迅速带走)解决。冷却速度大约为107 KS1。 存在两个方面的问题：当基底与沉积层为非相似材料时，结合强度不能总是令人满意；由于内应力和显微孔洞的存在
10、，致使沉积材料的机械性能不理想。 1.3.12.7 多层喷射沉积,多层喷射沉积与传统喷射沉积技术的区别：沉积坯为多次合成构成，因此其冷凝速度高于传统喷射沉积坯；沉积坯为金属喷嘴多次往返移动喷射沉积而成，管坯尺寸可以做得很厚且冷却速度不受影响，而且板坯的宽度和长度都可以很大；沉积坏的尺寸精度较高；制备的复合材料均匀性非常好。,多层喷射沉积的类型：利用金属流雾化成金属细滴经喷射凝固成形。它与传统喷射沉积技术的最主要区别在于多层喷射沉积技术的漏包是由曲柄连杆机构驱动的，它能在其驱动平面内来回移动而实现多层沉积。根据基体形状和其运动方式的不同可分别制备出管坯、板坯和锭坯。根据漏包平面与基底平面的关系可
11、将其分为正喷和斜喷。漏包中心线与基底平面是垂直的，这就是正喷，采用该形式制备板坯和管坯，能够充分发挥多层喷射沉积技术的优越性，有利于板坯和管坯的成形，因此也能保证材料的性能。但当锭坯的尺寸较大时，特别是高度尺寸大时，难以保证形状。斜喷：漏包平面与基底平面成一定的角度（一般为30），可解决大尺寸的成形问题，冷却速度可高达106 KS1。,喷射沉积斜喷装置示意图,Al-40Si喷射沉积锭坯 300200mm,表1 主要工艺参数,Al-40Si喷射沉积金相组织,多层喷射沉积技术的应用 多层喷射沉积技术制备了耐磨铝合金材料、耐热铝合金材料、颗粒增强型铝基复合材料、高强铝合金材料、自蔓延铝基复合材料及双
12、金属材料等。 耐磨铝合金材料 Al-Si-Cu-Mg系合金材料，其耐磨、耐热性能好，而铝硅合金性能的好坏取决于合金中初晶硅的大小、数量和形态，利用多层喷射沉积技术制备的高硅铝合金的初晶硅尺寸比用粉末冶金、铸态冶金以及传统喷射沉积技术等方法制备的初晶硅颗粒都要细小，且分布得特别均匀，其平均尺寸约为12m。如中南大学利用多层喷射沉积所制备的Al-21.4Si-2.6Cu-1.5Mg锭坯，尺寸为300mm15mm（直径高），采用环缝式,喷嘴，雾化气体为N2，致密化采用490510热挤压工艺，挤压比为12，热处理采用T6（170固溶1.5H，水淬，再在120下人工时效24H）。其硅相平均尺寸为12m，
13、材料力学性能如下表所示：,高强耐磨材料 在上述合金中再添加一些过渡族元素如Fe、Ni等，不仅会提高耐磨性，还可提高合金的强度。 耐热铝合金材料 铝铁系合金，中南大学所制备的Al-Fe-V-Si耐热铝合金，其制备工艺参数如下表所示：管坯尺寸为外650内3601200mm，重达600公斤。,颗粒增强型铝基复合材料 中南大学非平衡所制备的6066Al/SiCp/Gr复合管材，其制备工艺参数如下表所示。管坯尺寸为外650内360800mm。实验共消耗合金原料约500公斤，1314 MPa瓶装氮气约280瓶，SiCp及石墨混合粉约180公斤，沉积管坯重约530公斤，测得SiCp含量约12%16%(质量分
14、数)。总收得率78%，但过喷粉末中SiC含量约53%58%。,制备6066Al/SiCp/Gr复合管材工艺参数,湖南大学用坩埚移动式喷射共沉积制备8001000mm，SiC含量高达20%，锭坯重达1吨。(制备了600Al/SiCp和7075Al/SiCp)，冷速为103104 KS1,自蔓延铝基复合材料 双金属板材制备,多层喷射沉积制备双金属板材示意图,工艺参数： 导流管直径 2.83.0m 金属液流速度V=3035g/s 喷嘴与基体相对运动速度 6070cm/s 雾化压力： P=8.11051.01106Pa 喷射沉积高度：200mm 雾化锥角：10 雾化室体积：3m3 雾化介质：N2,工艺参数： 导流管直径 2.83.0m 金属液流速度V=3035g/s 喷嘴与基体相对运动速度 6070cm/s 雾化压力： P=8.11051.01106Pa 喷射沉积高度：200mm 雾化锥角：10 雾化室体积：3m3 雾化介质：N2,制备铝/钢双金属的工艺流程,大管坯和大锭坯的制备,1.3.12.8发展趋势与展望(P44)：,
