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噴射成形工藝將成為先進鋁合金的主要生產工藝

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                                               噴射成形工藝將成為先進鋁合金的主要生產工藝

       噴射成形是用高壓惰性氣體將合金液流霧化成細小熔滴,在高速氣流下飛行並冷卻,在尚未完全凝固前沉積成坯件的一種工藝。它具有所獲材料晶粒細小、組織均勻、能夠抑製宏觀偏析等快速凝固技術的各種優點,又具有從合金熔煉到近終成型一步完成的優勢,因而引起人們的高度重視。

       鋁合金具有密度低、強度高、韌性好和耐腐蝕等優點,在航空航天工業中被廣泛用作結構材料,同時,也正在積極開發作為汽車先進材料而應用於高檔轎車發動機。

       鑄造工藝是傳統鋁合金主要製備方法,但已難以滿足製備高性能鋁合金的需要。第一,傳統工藝已經難以進一步提高強度、塑性、剛度、耐熱性和耐腐蝕性;第二,在追求高性能的過程中,鑄造工藝成本由於增添設備和成品率下降而迅速上升;第三,由於合金含量上升,塑性往往降低,因而後續壓力加工成本上升、成品率降低。因此,生產的高成本大大提高了先進鋁合金的使用門檻,嚴重影響整體市場規模的發展。在這些方麵,噴射成形工藝正好具有性能和綜合成本的雙重優勢,可使先進鋁合金的使用門檻降低,還可以進一步提高性能,在一定範圍內實現以鋁代鋼,從而迅速培育先進鋁合金的市場,並反過來促進噴射成形工藝獲得規模成本優勢。因此,噴射成形工藝將成為先進鋁合金的主要生產工藝。

目前已獲成功的噴射成形高性能鋁合金材料主要有以下幾種:

(1)高強鋁合金。如Al—Zn係超高強鋁合金。由於Al—Zn係合金的凝固結晶範圍寬,比重差異大,采用傳統鑄造方法生產時,易產生宏觀偏析且熱裂傾向大。噴射成形技術的快速凝固特性可很好解決這一問題。在發達國家已被應用於航空航天飛行器部件以及汽車發動機的連杆、軸支撐座等關鍵部件。

(2)高比強、高比模量鋁合金。Al-Li合金具有密度小,彈性模量高等特點,是一種具有發展潛力的航空、航天用結構材料。鑄錠冶金法在一定程度上限製了Al-Li合金性能潛力的充分發揮。噴射成形快速凝固技術為Al-Li合金的發展開辟了一條新的途徑。

(3)低膨脹、耐磨鋁合金。如過共晶Al—Si係高強耐磨鋁合金。該合金具有熱膨脹係數低、耐磨性好等優點,但采用傳統鑄造工藝時,會形成粗大的初生Si相,導致材料性能惡化。噴射成形的快速凝固特點有效地克服了這個問題。目前噴射成形Al—Si合金在發達國家已被製成轎車發動機氣缸內襯套等部件。

(4)耐熱鋁合金。如Al—Fe—V—Si係耐熱鋁合金。該合金具有良好室溫和高溫強韌性、良好的抗蝕性,可以在150~300℃甚至更高的溫度範圍使用,部分替代在這一溫度範圍工作的鈦合金和耐熱鋼,以減輕重量、降低成本。噴射成形工藝可以通過最少的工序直接從液態金屬製取具有快速凝固組織特征、整體致密、尺寸較大的坯件,從而可以解決傳統工藝的問題。

(5)鋁基複合材料。將噴射成形技術與鋁基複合材料製備技術結合在一起,開發出一種“噴射共成形(Sprayco-deposiion)”技術,很好地解決了增強粒子的偏析問題。

(責任編輯:可可)

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