喷射成型

材料合成与制备之喷射成形报告小组：12组主要内容•1.喷射成形的研究与开发状况•2.喷射成形的原理，设备及工艺•3.喷射成形材料研究与产品开发•4.喷射成形的综合评价和未来展望喷射成形的研究与开发状况•喷射成形的定义：是一种利用快速凝固方法获得金属材料的一种先进特种铸造技术。它把液态金属的雾化和雾化熔滴的沉积自然地结合起来，在一步冶金操作中完成，以较少工序直接从液态金属（合金）制取整体致密，组织细化，成分均匀，结构完整并接近零件实际形状的材料。简介喷射成形——半固态近终形加工技术定义：熔融金属或合金高速惰性气体液态微滴金属基板表面半固态薄层(预成型毛坯)喷射成形的研究与开发状况•在21世纪冶金三大前沿技术—熔融还原、近终形成性和半固态加工技术中，喷射成形作为一种半固态近终形成性技术，备受国内外广大研究者的青睐。喷射成形的研究与开发状况一．Osprey申请Osprey公司使用许可证的用户已超过40家二．LDC开发了著名的超声雾化喷嘴，但目前还没有建立起一家生产型工厂三．二者最大区别LDC的冷却速度比Osprey更快，更快的冷速带来沉积坯件的显微疏松更加明显Osprey工艺流程过程及关键影响因素沉积过程显微组织演化•一般分三个区A.激冷区沉积坯底面附近形成细小的快速激冷组织，由于液相含量不足，熔滴搭接形成“冷疏松”B.中心区在激冷区之上，形成均匀分布的等轴晶组织C.上表面区由于表面冷却增加，表面显微组织进一步细化，疏松略有增加喷射成形的研究与开发状况•国内发展：我国的喷射沉积技术研究始于20世纪80年代中后期，主要还是沿用Osprey模式。喷射成形的研究与开发状况•喷射成形的优势：•1.致密度高•2.形成合金的氧含量低•3.具有快速凝固的显微组织特征（等轴晶）•4.合金性能比常规铸锻材料有较大的提高且容易加工成形，甚至可以获得超塑性。•5.工艺流程短，成本降低•6.充分利用能源•7.沉积效率高•8.灵活的柔性制造系统（通用性和多样性）•9，近终形成性喷射成形的研究与开发状况•喷射成形技术的主要不足之处：•1.存在过喷的现象，过喷粉末的处理与应用增加了成本，降低了沉积效率•2.产品的尺寸均匀性难以严格控制•3.综合理论研究深度不够，无法有效指导各种实际应用喷射成形的原理，设备及工艺•基本原理：喷射成形的原理，设备及工艺•颗粒在飞行过程中，熔融雾滴群完全固化和熔融雾滴完全以液态形式存在的两种极端情况必须避免。因为第一种情况不能实现紧密的金属键结合，无法获得沉积体；第二种情况不能实现高的冷却速率，与传统熔铸方式相似，无法获得理想的微观组织。喷射成形的原理，设备及工艺喷射成形复合带材连铸的原理示意图1一熔液池；2一铸带；3一导辊；4一激冷带；5一除尘系统；6一雾化系统；7一惰性气体室直浇道喷射成形的原理，设备及工艺离心雾化喷射成形的示意图喷射成形的原理，设备及工艺（b）垂直分布（a）倾斜分布（c）水平分布111234567765432234567(a)倾斜布局(b)垂直布局(c)水平布局喷射成形装置示意1－雾化室；2－雾化器；3－坩埚；4－金属液；5－雾化流；6－沉积柸；7－沉积器喷射成形的原理，设备及工艺•喷射成形工艺流程：金属的释放→雾化→沉积→沉积体的凝固→切头→扒皮→冷拔→退火•喷射成形可能是目前从熔炼到形成产品最短的工艺路线喷射成形材料研究与产品开发•喷射成形技术为生产性能优良、价格低廉的材料和产品提供了一种独特的工艺方法。喷射成形材料研究与产品开发•喷射成形制备钢铁：目前喷射成形钢铁材料的研究主要集中于现有合金的成本降低和性能改进，而发展新合金材料的研究较少（高碳高速钢，工具钢，不锈钢，轴承钢，低合金钢，）喷射成形材料研究与产品开发•喷射成形和普通铸造及粉末冶金的比较：•普通铸造由于其工艺本身的特点，很难获得高性能的特殊合金材料，而采用粉末冶金发虽然可以获得高成分，高性能的合金材料，并且已经实际应用到很多方面。应用实例喷射成形铝合金（合金化程度较高）•优势：显著细化合金坯锭的组织，消除粗大的第二相质点，减轻宏观和微观偏析，增加合金元素在铝中固溶度•应用举例：过共晶Al-Si合金轿车发动机缸套、缸体7000系铝合金锻件、挤压件喷射成形铜合金汽车工业中的焊接机用焊接电极头——好的电导性、高的硬度、足够高的高温强度左图：瑞士长达2500mm的铜合金棒坯右图：CuCr50合金触头材料喷射成形硅铝合金Si-Al合金——性能优越的电子封装材料，环境友好型材料，易于进行镀金、银和镍等表面涂装材料，且具有良好的焊接性能Al-70Si合金封装的功率放大器Al-60~70Si合金热沉片喷射成形的综合评价和未来展望•1.加快产业化步伐•2.完善理论模型•3.在材料方面，按照快速凝固工艺的特点建立新型喷射成形合金体系•4.进一步降低成本•5.工艺方法的拓展•6.结合先进的熔炼工艺技术喷射成形的综合评价和未来展望•喷射成形技术从无到有历经30年的发展，进入了产业化应用的阶段，世界工业发达国家已经将喷射成形技术用于制造高性能零件，取得了可观的经济与社会效益•谢谢大家！