离心铸造是制备复合材料的一种重要方法,但是,所获材料的增强相与基体之间的界面容易因化学反应而造成浸润性、相容性方面的问题,工艺过程也较复杂。针对这个问题,提出了自生梯度复合材料的概念。用离心铸造方法制备自生复合材料的基本原理是,将凝固过程中的析出初生相作为增强相,利用初生相与金属液之间的密度差,在离心力场作用和一定的凝固条件下,使初生相外沉或内浮,得到自生梯度复合材料。
另一方面,自从上世纪80年代后期提出梯度复合材料的概念构思以来,梯度复合材料的研究尽管引起世界各国的广泛重视,相继开发了气相沉积法、粒子填充法、等离子溅射法、薄膜叠层法和自蔓延高温合成法等方法用来制备梯度复合材料,但这些技术大都存在工艺过程复杂、参数控制困难、设备昂贵、不易稳定制备出大块梯度复合材料等缺点。用离心铸造法来制备自生梯度复合材料可以有效克服这些缺点,对于梯度复合材料走向实用具有重要意义。
用离心铸造法制备自生梯度复合材料的技术要点在于:(1)要使作为增强相的初生相在凝固过程中析出时呈梯度分布或聚集于表面;(2)作为增强相的初生相是在凝固过程中自生形成的。
我国王渠东等人选用Al—Fe合金,通过控制管模温度,用离心铸造法获得了外层为沿径向由外向内初生铝铁化合物梯度分布、内层为共晶组织的自生双层复合材料。采用同样工艺,他们对Al—Cr合金用离心铸造法制备出外层为偏聚A1,Cr梯度分布、内层含低Al,Cr偏聚、中间层无Al,Cr偏聚的自生梯度复合材料。他们采用覆膜砂代替保温材料内村于管模内,对Al—Fe含金用离心铸造法获得了外层初生铁相梯度分布、内层不含初生铁相或初生铁相沿整个管壁梯度分布的自生复合材料。此外,他们采用热模金属型工艺,对过共晶Al—Si合金用离心铸造法制备出外层富集初晶硅、内层为共晶组织或外层和内层富集初晶硅、中间层为共晶组织的自生表面复合材料。
研究表明,离心铸造制备自生梯度复合材料技术具有工艺较简单、工艺参数较容易控制、设备投资较小、适于大规模工业生产等特点,是一种极具开发应用潜力的技术。但是,要使该技术大规模进入工业性生产,还须进一步开展对离心铸造法自生梯度复合材料形成机理的研究,并且系统研究该技术涉及的各工艺参数对复合材料组织的影响,以达到通过控制工艺参数,获得所要求的组织分布的目的,从而对材料的设计和实际生产提供足够的指导。
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