離心鑄造是制備復合材料的一種重要方法,但是,所獲材料的增強相與基體之間的界面容易因化學反應而造成浸潤性、相容性方面的問題,工藝過程也較復雜。針對這個問題,提出了自生梯度復合材料的概念。用離心鑄造方法制備自生復合材料的基本原理是,將凝固過程中的析出初生相作為增強相,利用初生相與金屬液之間的密度差,在離心力場作用和一定的凝固條件下,使初生相外沉或內浮,得到自生梯度復合材料。
另一方面,自從上世紀80年代后期提出梯度復合材料的概念構思以來,梯度復合材料的研究盡管引起世界各國的廣泛重視,相繼開發(fā)了氣相沉積法、粒子填充法、等離子濺射法、薄膜疊層法和自蔓延高溫合成法等方法用來制備梯度復合材料,但這些技術大都存在工藝過程復雜、參數(shù)控制困難、設備昂貴、不易穩(wěn)定制備出大塊梯度復合材料等缺點。用離心鑄造法來制備自生梯度復合材料可以有效克服這些缺點,對于梯度復合材料走向實用具有重要意義。
用離心鑄造法制備自生梯度復合材料的技術要點在于:(1)要使作為增強相的初生相在凝固過程中析出時呈梯度分布或聚集于表面;(2)作為增強相的初生相是在凝固過程中自生形成的。
我國王渠東等人選用Al—Fe合金,通過控制管模溫度,用離心鑄造法獲得了外層為沿徑向由外向內初生鋁鐵化合物梯度分布、內層為共晶組織的自生雙層復合材料。采用同樣工藝,他們對Al—Cr合金用離心鑄造法制備出外層為偏聚A1,Cr梯度分布、內層含低Al,Cr偏聚、中間層無Al,Cr偏聚的自生梯度復合材料。他們采用覆膜砂代替保溫材料內村于管模內,對Al—Fe含金用離心鑄造法獲得了外層初生鐵相梯度分布、內層不含初生鐵相或初生鐵相沿整個管壁梯度分布的自生復合材料。此外,他們采用熱模金屬型工藝,對過共晶Al—Si合金用離心鑄造法制備出外層富集初晶硅、內層為共晶組織或外層和內層富集初晶硅、中間層為共晶組織的自生表面復合材料。
研究表明,離心鑄造制備自生梯度復合材料技術具有工藝較簡單、工藝參數(shù)較容易控制、設備投資較小、適于大規(guī)模工業(yè)生產等特點,是一種極具開發(fā)應用潛力的技術。但是,要使該技術大規(guī)模進入工業(yè)性生產,還須進一步開展對離心鑄造法自生梯度復合材料形成機理的研究,并且系統(tǒng)研究該技術涉及的各工藝參數(shù)對復合材料組織的影響,以達到通過控制工藝參數(shù),獲得所要求的組織分布的目的,從而對材料的設計和實際生產提供足夠的指導。
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