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摘要:随着社会不断地发展的发展,金属复合材料生产技术也发生不断的变化,而金属复合材料具有一种“相补效应”,既能弥补母材的缺点,又能保持母材的金属性能,从而使得可以更好地满足现代社会对于金属材料的的需求。本文对于复合材料生产技术的现状与发展趋势进行相应的讨论。
关键词:金属复合材料;生产技术;现状;发展趋势
一、金属复合材料的主要制造方法
1.热轧复合方法
这种方法又称滚焊法,是利用轧制过程中产生的高温高压来实现不同金属的焊接。这种方法可分为热轧复合方法和冷轧复合方法。比如,热轧复合方法是将熔覆层与基体预组装,将周边焊接,然后热轧复合。
2.喷射沉积复合法
喷射沉积技术是20世纪80年代逐渐成熟用于制备快速凝固成型材料的新型粉末冶金技术。它将液态金属的喷射(快速凝固)与喷射液滴的沉积(动态致密液滴)相结合。在喷雾成型过程中,喷雾液滴的高速凝固、高速固态冷却以及液滴的影响,形成了精细的等距微蒸发结构,而不会产生巨大的分离。
3.粉末冶金法
这是制造复合材料常用的方法,将需要合成的材料的粉末均匀混合,压缩,然后烧结,就可以制成各种类型的产品。
二、金属复合材料应用研究
1.热双金属
这种方式,主要是将两种膨胀系数不同的技术,加热使得活性化使得金属板向被动层弯曲,被动层可以将热能转化为机械能,产生恒定的力和位移,所生产的金属材料,可以作为测量或控制仪器的传感元件。热双金属可分为三类。
一是一种通用型,用于通用控制部件。二是高灵敏度型,热双金属由于温度变化而产生较大的位移或变形,对信号的灵敏度高,且随着器件的小型化,该类热双金属的数量增加。三是作为额定电阻型,主要用作断路器部件,并要求有一定的电阻。而在生产过程中,为了消除热双金属产生的残余应力,必须根据等级选择不同的稳定热处理工艺,与其他方法相比,提高了成品率和生产率,降低了成本。
2.复合框架材料
集成电路是计算机、航天飞机、导弹等军用电子产品中不可缺少的基础和重要的关键部件。比如使用这种方法,研制生产的铜合金,其作为音频集成电路等功耗电路的引线框架材料,具有高强度、高导电性和导热性。铜合金引线框架不镀金,铝线与复合铝线叠合焊接形成外部电路,既节省黄金,又防止可能形成化合物。该合金是一种复合材料,以铜基合金为基体,采用固相结合技术,根据设计要求将铝带材部分叠层在基带材上,将多条铝带并联连接。为了保证铝带按设计要求部分覆盖,铝带的方向在铜带中采用专门的引导和保护装置控制,一次冷轧的折下率在70%左右。张拉冷轧后,将固体复合带材坯料立即脱脂并在真空下进行扩散退火3小时,然后冷轧成成品。
三、金属复合材料研究的新进展
1.汽车工业用金属复合材料
金属复合材料在汽车结构件或半结构件中的应用仍在迅速发展。在塑料/金属复合材料市场上,拜耳在这一领域取得了巨大的成功。到目前为止,约有35种汽车零部件是由拜耳生产的材料制成的。1998年,奥迪A6成为第一款采用塑料/金属复合技术生产零部件的车型。目前,最新的奥迪汽车又在合成塑料/金属技术上取得了突破。最新款奥迪汽车的车身采用了塑料/金属复合材料。用塑料/金属复合材料制成的零件比所有金属零件的质量降低高达30%,而且生产成本和产品性能几乎相同。
2.纳米复合材料
我国材料研究所采用溶液喷雾干燥技术生产纳米级铜-氧化铝复合材料,该方法旨在通过还原氧化铜和氧化铝缩合氧化物粉末来抑制氧化铝的生长。这种纳米铜-氧化铝复合材料可作为点焊电极材料、铅板、保护板、高强度电触头和大型汽车、有轨电车、机器人的焊接材料。
3.微叠层复合材料
该复合材料在高温下具有良好的抗蠕变性能,具有良好的强度,即使在周期性疲劳下也具有高温下固有的抗氧化性。该复合材料最显著的特点是在周期性加热和冷却的极端条件下具有优异的抗氧化性。这种抗氧化性是由于高密度氧化铝层具有很强的抗脱脂性能和高含量的铝和铬,并且该复合材料在高温和硫化环境中也表现出良好的抗氧化性能。
4.陶瓷与金属复合材料
陶瓷与金属复合材料生产工艺低廉,将陶瓷浸入液态金属中经化学转化生产陶瓷-金属复合产品。而且可以使用被当做制造模具的材料,这种材料可用于未来的汽车制动系统或液态金属运输容器,该合金在高温和硫化环境中具有良好的抗氧化性能。
5. 控温复合材料
控温磁性材料复合钢板由于不使用煤气加热而成为一种没有火灾危险的非常安全的电饭煲生产材料,而越来越受欢迎。这种材料制作的炊具具有加热效率高、加热速度快、热能高的优点,但也存在过热会导致表面涂层爆裂或冒烟的问题,这可能会损害炊具的寿命。为此,日本住友金属公司与松下电器有限公司共同开发了一种适用于这类炊具的“温控磁性复合磨碎器”。
四、结语
金属复合材料的相补效应,使得可以发挥与单一金属材料更加良好的效果,从而可以有效的达到经济性和功能性的双重效果,同时这也是研究人员不断创新金属材料复合技术的方向。
参考文献
[1]吴人洁. 金屬基复合材料的发展现状与应用前景[J]. 航空制造技术, 2001(3):19-21.
[2孟宪静. 层状金属复合材料制备技术现状及发展方向[J]. 一重技术(6):7-9.
[3金属基复合材料的发展现状与应用前景[J]. 航空制造技术, 2001(03):7-9+47.
江苏大学 江苏 镇江 212013
关键词:金属复合材料;生产技术;现状;发展趋势
一、金属复合材料的主要制造方法
1.热轧复合方法
这种方法又称滚焊法,是利用轧制过程中产生的高温高压来实现不同金属的焊接。这种方法可分为热轧复合方法和冷轧复合方法。比如,热轧复合方法是将熔覆层与基体预组装,将周边焊接,然后热轧复合。
2.喷射沉积复合法
喷射沉积技术是20世纪80年代逐渐成熟用于制备快速凝固成型材料的新型粉末冶金技术。它将液态金属的喷射(快速凝固)与喷射液滴的沉积(动态致密液滴)相结合。在喷雾成型过程中,喷雾液滴的高速凝固、高速固态冷却以及液滴的影响,形成了精细的等距微蒸发结构,而不会产生巨大的分离。
3.粉末冶金法
这是制造复合材料常用的方法,将需要合成的材料的粉末均匀混合,压缩,然后烧结,就可以制成各种类型的产品。
二、金属复合材料应用研究
1.热双金属
这种方式,主要是将两种膨胀系数不同的技术,加热使得活性化使得金属板向被动层弯曲,被动层可以将热能转化为机械能,产生恒定的力和位移,所生产的金属材料,可以作为测量或控制仪器的传感元件。热双金属可分为三类。
一是一种通用型,用于通用控制部件。二是高灵敏度型,热双金属由于温度变化而产生较大的位移或变形,对信号的灵敏度高,且随着器件的小型化,该类热双金属的数量增加。三是作为额定电阻型,主要用作断路器部件,并要求有一定的电阻。而在生产过程中,为了消除热双金属产生的残余应力,必须根据等级选择不同的稳定热处理工艺,与其他方法相比,提高了成品率和生产率,降低了成本。
2.复合框架材料
集成电路是计算机、航天飞机、导弹等军用电子产品中不可缺少的基础和重要的关键部件。比如使用这种方法,研制生产的铜合金,其作为音频集成电路等功耗电路的引线框架材料,具有高强度、高导电性和导热性。铜合金引线框架不镀金,铝线与复合铝线叠合焊接形成外部电路,既节省黄金,又防止可能形成化合物。该合金是一种复合材料,以铜基合金为基体,采用固相结合技术,根据设计要求将铝带材部分叠层在基带材上,将多条铝带并联连接。为了保证铝带按设计要求部分覆盖,铝带的方向在铜带中采用专门的引导和保护装置控制,一次冷轧的折下率在70%左右。张拉冷轧后,将固体复合带材坯料立即脱脂并在真空下进行扩散退火3小时,然后冷轧成成品。
三、金属复合材料研究的新进展
1.汽车工业用金属复合材料
金属复合材料在汽车结构件或半结构件中的应用仍在迅速发展。在塑料/金属复合材料市场上,拜耳在这一领域取得了巨大的成功。到目前为止,约有35种汽车零部件是由拜耳生产的材料制成的。1998年,奥迪A6成为第一款采用塑料/金属复合技术生产零部件的车型。目前,最新的奥迪汽车又在合成塑料/金属技术上取得了突破。最新款奥迪汽车的车身采用了塑料/金属复合材料。用塑料/金属复合材料制成的零件比所有金属零件的质量降低高达30%,而且生产成本和产品性能几乎相同。
2.纳米复合材料
我国材料研究所采用溶液喷雾干燥技术生产纳米级铜-氧化铝复合材料,该方法旨在通过还原氧化铜和氧化铝缩合氧化物粉末来抑制氧化铝的生长。这种纳米铜-氧化铝复合材料可作为点焊电极材料、铅板、保护板、高强度电触头和大型汽车、有轨电车、机器人的焊接材料。
3.微叠层复合材料
该复合材料在高温下具有良好的抗蠕变性能,具有良好的强度,即使在周期性疲劳下也具有高温下固有的抗氧化性。该复合材料最显著的特点是在周期性加热和冷却的极端条件下具有优异的抗氧化性。这种抗氧化性是由于高密度氧化铝层具有很强的抗脱脂性能和高含量的铝和铬,并且该复合材料在高温和硫化环境中也表现出良好的抗氧化性能。
4.陶瓷与金属复合材料
陶瓷与金属复合材料生产工艺低廉,将陶瓷浸入液态金属中经化学转化生产陶瓷-金属复合产品。而且可以使用被当做制造模具的材料,这种材料可用于未来的汽车制动系统或液态金属运输容器,该合金在高温和硫化环境中具有良好的抗氧化性能。
5. 控温复合材料
控温磁性材料复合钢板由于不使用煤气加热而成为一种没有火灾危险的非常安全的电饭煲生产材料,而越来越受欢迎。这种材料制作的炊具具有加热效率高、加热速度快、热能高的优点,但也存在过热会导致表面涂层爆裂或冒烟的问题,这可能会损害炊具的寿命。为此,日本住友金属公司与松下电器有限公司共同开发了一种适用于这类炊具的“温控磁性复合磨碎器”。
四、结语
金属复合材料的相补效应,使得可以发挥与单一金属材料更加良好的效果,从而可以有效的达到经济性和功能性的双重效果,同时这也是研究人员不断创新金属材料复合技术的方向。
参考文献
[1]吴人洁. 金屬基复合材料的发展现状与应用前景[J]. 航空制造技术, 2001(3):19-21.
[2孟宪静. 层状金属复合材料制备技术现状及发展方向[J]. 一重技术(6):7-9.
[3金属基复合材料的发展现状与应用前景[J]. 航空制造技术, 2001(03):7-9+47.
江苏大学 江苏 镇江 212013