喷射成形

喷射沉积快速凝固技术内容喷射沉积技术背景、发展概况喷射沉积技术原理、特点、关键技术相关研究及应用发展趋势1.背景、概况喷射成形的概念最早由英国Swansea大学Singer授于1968年提出，于1972年获得专利。经历了适用合金系统的实验研究（1975-1984年）、工艺优化和雾化沉积机理研究（1984-1992年）、规模扩大与产业化（1992-1998年）等阶段。国外：美国的美国海军武器中心（NSWC）、（MIT）、加州理工学院等，英国的牛津大学、剑桥大学、伯明翰大学、等，德国PEAK公司，瑞典SANDVIK钢厂及日本住友重工等。国内：最早报道在1987年，1999年建成了国内目前最大的喷射成形设备（雾化室体积3.2m×1m×2m）。北京有色研究院、哈尔滨工业大学、北京科技大学、中南大学、沈阳工业大学等。2.原理、特点原理：熔融金属或合金液被雾化成弥散分布的液态微滴雾化后的液滴，在高压气体或离心力作用下喷射到具有不同运动方式的金属基底表面,形成半固态薄层。经过雾化喷射过程中雾滴与气体的对流换热及沉积坯与基底的热传导,金属或合金液迅速冷却,从而凝固成具有不同形状和较高致密度的喷射成形金属实体。图1喷射沉积技术原理图图2喷射沉积过程示意图特点：（1）喷射成形材料具有快速凝固组织特征。晶粒细小、成分均匀、合金元素过饱和度高、无宏观偏析。（2）含氧量低。雾化熔滴处于液态的时间极短，且有惰性气氛的保护。（3）合金性能改善。（4）成形工艺简单，产品生产工序大大简化。（5）喷射成形技术具有广泛的通用性及产品的多样性。关键技术：（1）雾化颗粒撞击基板时的状态。若为液态，与传统铸造接近；若为固态，则无法形成工件。因此，要求在撞击基板前的瞬间为半固态或过冷液态。（2）喷嘴的设计与制造。（3）控制技术。喷射成形是一个多变量输出与输入的非线性过程，传统的控制技术已不适应，必须采用近年来发展起来的材料智能控制。它基于专家系统、神经网络等人工智能，并应用基于激光技术的光学传感系统，可对喷射成形工艺实现逻辑控制。3.研究及应用主要应用于钢铁材料、铝合金、高温合金、锌合金、铜合金、镁合金、金属间化合物和金属基复合材料的研究。（1）钢铁材料的研究：章靖国教授首次采用喷射成形工艺制备超高碳钢取得了良好的成果。经过这种热加工的喷射成形超高碳钢在非调质条件下抗拉强度可达到约1300MPa,并具有约10%的伸长率。表1经热加工后喷射成形超高碳钢的室温拉伸性能（2）铝合金的研究：已经报道过的有2000系、7000系、Al-Li系、Al-Si合金、Al-Ni及Al-Fe系耐热铝合金等。表2加工工艺对铝合金力学性能的影响北京有色研究院的朱宝宏-原位自生TiC颗粒对Al8.5Fe14V1.7Si耐热铝合金的组织及性能的影响。表3挤压型材的力学性能专利图1传统装备图2运动控制、外强冷装置图3制备大型管坯图4制备大型铸锭坯制备大型沉积坯的多层喷射沉积方法离心雾化喷射沉积复合方法图5离心法制备环形坯静电场约束喷射沉积方法图6静电场约束法制备坯料平面往复运动喷射沉积多层复合材料方法图7平面往复运动法制备多层复合材料4.发展趋势（1）喷射成形过程的基础理论研究。（2）喷射成形材料组织和性能的深入研究。（3）喷射沉积工艺过程的自动控制研究。（4）喷射成形制品的后续致密化研究。（5）喷射成形技术产业化规模和范围的扩大。谢谢大家