材料先進制備技術(shù)課程論文

材料先進制備技術(shù)課程論文第一篇：材料先進制備技術(shù)課程論文材料先進制備技術(shù)課程論文微膠囊相變儲能材料及其制備技術(shù)研究進展評述摘要：相變材料是利用物質(zhì)發(fā)生相變時需要吸收或放出大量熱量的性質(zhì)來儲熱。微膠囊相變材料(MicroencapsulatedPhaseChangeMaterial，MCPCM)是應用微膠囊技術(shù)在固—液相變材料微粒表面包覆一層性能穩(wěn)定的高分子膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的新型復合材料。在固液相變材料表面包覆一層性能穩(wěn)定的高分子膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的復合材料。本文介紹了微膠囊相變材料及其結(jié)構(gòu)組成、性能；綜述了微膠囊相變材料的制備工藝、研究進展和應用領(lǐng)域；分析了各種制備方法的優(yōu)缺點，并指出了制備微膠囊相變材料中存在的問題及今后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：相變材料；微膠囊；復合材料；制備工藝概述1.1相變儲能材料簡介1.1.1相變材料的含義相變材料主要利用其在相變過程中吸收或放出的熱能，在物相變化過程中與外界環(huán)境進行能量交換(從外界環(huán)境吸收熱量或向外界環(huán)境放出熱量)，從而達到能量利用和控制環(huán)境溫度的目的。物質(zhì)的存在狀態(tài)通常有三相:固相、液相和氣相。當物質(zhì)從一種相態(tài)變化到另一種相態(tài)叫相變。相變的形式主要有四種：固一固相變；固一液相變；液一氣相變；固一氣相變。當一種物質(zhì)能夠發(fā)生四種相變中的任意一種相變時，都可稱為相變材料。如果從發(fā)生相變的過程來看，這種相變材料在吸熱和放熱的過程中，能夠把熱能儲存起來，并對其周圍環(huán)境溫度調(diào)節(jié)控制[1]。1.1.2相變材料的特點熱能儲存的方式一般有顯熱、潛熱和化學反應熱只種。相變材料是利用自身在發(fā)生相變過程中吸收或釋放一定的熱量來進行潛熱儲能的物質(zhì)，該材料是通過材料自身的相態(tài)變材料先進制備技術(shù)課程論文透。MariaTelkes博士從1950年就著手對相變材料進行研究，他發(fā)現(xiàn)化學物質(zhì)硼砂可以把十水硫酸鈉過冷度降低將近3℃，并預計測出了該材料的相變次數(shù)可以達到2000次。在工程建筑應用方面，美國科學實驗室已成功研制一種利用十水硫酸鈉共熔混合物做相變芯材的太陽能建筑板，并進行了試驗性應用，取得了較好的效果。美國的Dayton大學的J.K.Kssock等人將十八烷做為自己的實驗相變材料，采用了浸泡法制成相變墻板，然后建筑一廣一個相變墻實驗房和一個普通墻實驗房進行比較，試驗顯示出相變墻板房內(nèi)的溫度相對來說比較平穩(wěn)，如果將相變墻應用在實際建筑物中，可以適當?shù)奶岣呔幼〉氖孢m性、削減電力的高峰負荷。目前在研究的發(fā)展趨勢中，相變材料的研究主要表現(xiàn)為：開發(fā)復合儲熱材料；研發(fā)復合相變材料的多種工藝技術(shù)；納米技術(shù)在復合相變材料領(lǐng)域的深入應用。1.2相變材料的微膠囊化如何將相變材料進行有效的包裝，一直是相變材料研究領(lǐng)域的研究熱點。較為先進的納米復合法是將納米材料的界面效應和較大的比表而積與相變材料的優(yōu)點結(jié)合在一起，可制得高傳熱效率的復合相變材料。目前，微膠囊可以較好解決相變材料在流出和外滲方面的問題。目前，在微膠囊相變材料的制備過程中，很多人選用了三聚氰胺甲醛樹脂(MF)、脲醛樹脂(UF)作為壁材，所制備的微膠囊在某些性能方有較好的表現(xiàn)：強度較高、耐熱性能好。1.2.1微膠囊技術(shù)把固體或液體用某種膜材料包覆起來，然后形成微小粒子的技術(shù)，稱之為微膠囊封裝技術(shù)。球形微粒芯材在升溫時，由固態(tài)時轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，但外層包封的高分子薄膜層仍保持其固態(tài)，因此材料的外貌形態(tài)仍為固態(tài)顆粒。微膠囊包覆芯材，外層的殼物質(zhì)稱壁材；被外層殼材包覆的囊心物質(zhì)稱芯材。芯材可以是由單一物質(zhì)組成，也可以是由混合物質(zhì)組成；它的形態(tài)可以是固體、溶液、水分散液或油劑，也可以是一些特定的氣體。微膠囊的粒徑大小在l~1000微米范圍內(nèi)，它的微觀形貌通常需要借助電子顯微鏡才能觀察到。相變微膠囊技術(shù)是一種新工藝，它在化下、民藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域己經(jīng)有了較大的發(fā)展，并且在科研領(lǐng)域中得到了越來越多科研人員的重視。微膠囊技術(shù)的應用前豪非常廣闊，主要表現(xiàn)為以下材料先進制備技術(shù)課程論文潛熱型功能熱流體的基礎(chǔ)研究工作，包括其制備、性能及傳熱機理目前受到關(guān)注。周建偉、黃建新等[2]在相變微膠囊的制備以及潛熱型功能流體流動與傳熱的實驗研究和理論模型等進行了探索，為潛熱型功能流體的應用提供了材料的制備方法、基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)和理論指導。1.3.2紡織服裝領(lǐng)域自20世紀80年代，美國國家航空航天局(NASA)研究開發(fā)了微膠囊相變材料在熱調(diào)節(jié)防護服裝上的應用技術(shù)，微膠囊相變材料越來越廣泛地應用于服裝領(lǐng)域中，可以制成含有微納米膠囊相變材料的調(diào)溫纖維以調(diào)節(jié)服裝及周邊的溫度，減少皮膚溫度的變化，延長穿著的舒適感。鄢瑛[3]制備的以石蠟為芯材、脈醛樹脂為殼材的微膠囊相變材料，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，結(jié)合熱固性聚氨醋網(wǎng)印粘合劑，將微膠囊涂布于棉布表面，以MCPCM在服裝領(lǐng)域中的適用性為出發(fā)點考察其性能，同時考察人工汗液對MCPCM性能的影響和經(jīng)涂布的棉布的熱性能。將制得的聚脈型相變微膠囊和海藻酸鈉共混紡絲，制備出相變調(diào)溫海藻纖維，把海藻纖維制成透氣且隨外界溫度變化的調(diào)溫醫(yī)用敷料等，對傷口的愈合速度與效果都有很好的輔助作用。張興祥等[4]自1997年開始對相變材料微膠囊進行研究，將自行研制的MicroPCMS用于現(xiàn)有織物的涂層整理，得到在室溫上下具有熱能吸收和釋放功能的織物，使用融熔復合紡絲工藝將直徑為3μm左右的MicroPCMS添加到纖維內(nèi)部，研制出含12%(質(zhì)量分數(shù))以上微膠囊的丙綸纖維，該纖維在人體感到舒適的溫度范圍內(nèi)具有溫度調(diào)節(jié)功能。1.3.3建筑領(lǐng)域?qū)⑽⒛z囊相變材料混人磚瓦、墻板及天花板等建筑結(jié)構(gòu)材料中，可以進行太陽能儲存，因此適合在溫差較大的地區(qū)使用[5]。同時通過電力“移峰填谷”，也可以有效的緩解用電緊張。通過對相變墻板的儲熱性能進行研究，發(fā)現(xiàn)用95%的十八烷和5%的十六烷作相變材料，通過把裝有PCM的聚乙烯小球加到石膏板中制備相變墻板，并對其傳熱性能進行了測試，在有該種相變墻板的實驗房和普通石膏板實驗房上作對比試驗，得出了相變墻板的使用使得熱負荷更平緩，輻射域更舒適，用電量下降，有削減尖峰負荷的可能的結(jié)論。美國研制成功一種利用十水硫酸鈉低共熔混合物作儲熱芯料的太陽能天花板磚塊，它不用普通的水泥而用聚脂粘接劑和甲基丙烯酸甲脂添加劑組成的高分子混凝土組成，并在麻省理工學院建筑系實驗樓進行了試驗性應用。同濟大學建筑材料研究所采用正十二醇吸附有機材料先進制備技術(shù)課程論文體的原料配比要求不嚴。但是生產(chǎn)條件比較苛刻，難以實現(xiàn)工業(yè)化，且制備的納米膠囊不可避免地夾雜有少量未反應的單體。界面聚合形成的壁膜一般可透性較高，不適于包覆要求嚴格密封的芯材。2.2原位聚合法原位聚合法制備微膠囊時，囊芯必須被分散成細粒，并在形成的分散體系中以分散相狀態(tài)存在。此時，發(fā)生原位聚合反應的單體與引發(fā)劑在分散體系中的位置可能有兩種情況，即在連續(xù)相介質(zhì)中或在分散相囊芯中。雖然單體在體系中可溶，但生成的聚合物不可溶，故隨著聚合的進行，聚合物沉積到芯材上，形成核殼結(jié)構(gòu)。在原位聚合法制備膠囊的過程中，由于單體只由一相提供，反應速率不是很大。原位聚合法是合成MCPCM的較好方法。采用這種方法制備的MCPCM在形貌、熱性能和膠囊致密性等方面都能達到使用要求，能合成得到1μm以下的相變膠囊。北京航空航天大學饒宇及東華大學羅燕等人[7]采用原位聚合法工藝22烷微膠囊相變儲能材料，通過該方法可以制備出密封性以及機械強度均較好的微膠囊。在芯材液滴表面上，相對低分子量的預聚體通過縮聚反應，尺寸逐漸增大后，沉積在芯材液滴表面，由于交聯(lián)及聚合的不斷進行，最終形成固態(tài)的微膠囊壁。石蠟是一種常用的相變材料，熔點為45~75.9℃，熔化熱為150~250kJ/kg，具有儲熱能力,強、相變溫度能通過分子量控制、相變行為穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點。北京航空航天大學章文等人[8]以石蠟為囊芯，眼醛樹脂為囊殼，通過原位聚合法制得了微膠囊。研究了腮醛預聚體的生成和脈醛預聚體的固化2個階段的工藝條件對微膠囊形成的影響。顯微觀察微膠囊形貌完整。涂膜隔熱性能測試結(jié)果表明，該種微膠囊具有明顯吸熱性能，可作為隔熱添加劑使用。通過原位聚合法制備了石蠟相變微膠囊，可以有效地防止石蠟的泄漏，同時可以將石蠟的完全親油性轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ǖ挠H水性，改善了石蠟的使用性能，為石蠟作為相變材料的使用提供了試驗基礎(chǔ)。2.3復凝聚法復凝聚法是以兩種或多種帶有相反電荷的線性無規(guī)聚合物作為壁材，然后將芯材分散與其水溶液中，在適當?shù)膒H值、溫度和稀濃度條件下，使帶相反電荷的高分子材料之間發(fā)生靜電作用而相互吸引，導致芯材的溶解度降低并分成兩組，即貧相和富相，其中富相材料先進制備技術(shù)課程論文Maria等人[10]短鏈脂肪酸為芯材，阿拉伯膠和麥芽糖糊精為囊壁，用噴霧干燥法制備了MCPCM，由于乳化不均勻?qū)е庐a(chǎn)物粒徑分布較寬，在0.05~550微米之間，部分微膠囊表面有明顯的下陷。2.6溶膠—凝膠法溶膠一凝膠法主要用于制備以金屬氧化物或非金屬氧化物為囊壁的MCPCM?？刹捎萌苣z一凝膠法制備MCPCM，在相變材料表面包覆金屬氧化物或非金屬氧化物的凝膠，從而提高了該類相變材料的機械強度和阻燃性。2.7電鍍法電鍍法主要用于制備以金屬薄膜作為囊壁的MCPCM。以粒徑為0.5~4.0mm的金屬鉛粒為相變材料，用電鍍法在其表面鍍上厚度約為10~100μm的鎳膜，具體是將鉛粒置于旋轉(zhuǎn)的電解槽中進行電鍍，根據(jù)法拉第定律，囊壁即鍍層的厚度可以通過電鍍的時間來控制。2.8新型制備方法由于普遍采川有機高分子為膠囊壁材，其導熱率低，且與其它建筑材料相容性較差，給實際應用造成了一定困難。武漢理工大學馬保國，金磊等人[11]介紹了一種新型有機一無機相變儲能微膠囊的制備方法，即采用無機層狀硅酸鹽材料和堿性硅酸鹽溶液為壁材、有機相變材料十八烷酸為基材，先制備半包覆結(jié)構(gòu)的相變膠囊，再加人堿性硅酸鹽溶液進行第2次包裹。結(jié)果表明:采用無機層狀硅酸鹽材料、相變材料、堿性硅酸鹽溶液比例為1：2：4時，其包裹效果較好，經(jīng)無水乙:醇溶解實驗后，其有效相變材料損失量為4.37%熱失重實驗結(jié)果表明其中相變材料有效含量為37.4%，而DSI實驗結(jié)果表明微膠囊中有效相變材料35.04%，存在差異的原因可能在于堿性溶液與相變材料的酸堿反應所致。材料先進制備技術(shù)課程論文參考文獻[1]WangLX,SuJF,RenL.Preparationofthermalenergy.storagemicrocapsulebyphasechange[J].PolymericMaterialsScienceandEngineering,2011.21(1);276-279.[2]周建偉，黃艷芹，黃建新，等.納米膠囊相變材料的制備及性能研究[J].化學工程師,2010,21(8):3-6.[3]鄢瑛，張會平，劉劍.微膠囊相變材料的制備與特性研究[J].材料導報，2011,23(2):49-52.[4]樊耀峰，張興祥，王學晨，等.相變材料納米膠囊的制備與性能[J].高分子材料科學與工程，2010,21(1);288-292.[5]EltouneyHM.AlatiqiI,SahaliM.etal.HeatTransferenhancementbymetalscreensandmetalspheresinphasechangeenergystoragesystems[J].RenewableEnergy.2012,29(6):841-86.[6]LanXZ,YangCC,TanZC,etal.Microencapsulationofn--eicosaneasEnergyStorageMaterialSynthesizedbyInterfacialPolymerization[J].AetaPhYs.-Chim.Sin，2012,23(4):581-584.[7]饒宇，林貴平，羅燕，等.應用于強化傳熱的相變材料微膠囊的制備及特性[J].航空動力學報.,2009,20(4):651-655.[8]章文，鄭天亮,東棟，等.石蠟相變微膠囊的制備及其隔熱性的研究[J].新技術(shù)新工藝2010,16(12):82-83.[9]劉太奇.操彬彬，張成，等.物理法制備微膠囊無機芯相變材料及其表征[J].新技術(shù)新工藝，2010,19(3):81-84.[10]MariaIT.LeonardoRA,FarinaM,etal.MaterSciandEngin[J],2011,24:653-658.[11]馬保國，金磊，等.有機一無機相變儲能微膠囊的制備與表征[J].武漢理工大學學報2010,31(11):5-7.1-第二篇：先進材料制備技術(shù)鋁基復合材料的制備及其應用材料是人類賴以生存的必需品，是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代文明的重要支柱。而先進材料對人類生活質(zhì)量的提高，對社會的發(fā)展，對其他技術(shù)的發(fā)展都起著重要的促進作用。先進材料是新材料和具有高性能的傳統(tǒng)材料的總稱，既包括具有優(yōu)良性能的新材料，又包括具有高性能的傳統(tǒng)材料。汽車工業(yè)是一個國家的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車工業(yè)是大型的、綜合性的加工產(chǎn)業(yè)，它可以帶動和促進系列相關(guān)工業(yè)和相關(guān)社會服務行業(yè)的發(fā)展。相關(guān)的工業(yè)有冶金、石油化工、機械、電子電器、輕工、紡織等。相關(guān)的服務行業(yè)有交通運輸、保險、維修、商業(yè)等。這些工業(yè)和服務行業(yè)所涉及的經(jīng)濟效益和社會效益十分巨大。在材料方面，汽車工業(yè)需用11大類材料，分別為鋼板、特種鋼、結(jié)構(gòu)用塑料和復合材料、非結(jié)構(gòu)用塑料和復合材料、橡膠、涂料、有色金屬合金（主要為鋁合金材料）、鑄件、陶瓷和玻璃、金屬基復合材料。汽車工業(yè)對材料的需求很大，僅美國每年需用6000萬噸以上。隨著現(xiàn)代汽車向輕量化、節(jié)能、環(huán)保、安全舒適方向發(fā)展，需用傳統(tǒng)材料提高性能，同時需要具有高性能的新型材料代替部分傳統(tǒng)材料。例如，采用IF鋼板和抗拉強度超過400MPa的超級鋼做汽車鋼板，可以減薄，減輕汽車車體質(zhì)量；采用新型的鋁基復合材料代替鑄鐵件，用深沖鋁合金板代替鋼板，都顯著減輕汽車質(zhì)量。自20世紀60年代以后，塑料件在汽車中的應用逐漸增多，以工程塑料和復合材料為主，目前，在單臺轎車上的塑料件用量已接近120Kg。由于先進材料的發(fā)展，汽車上使用的原材料結(jié)構(gòu)組成比逐年發(fā)生變化。先進復合材料的興起，克服了均一材質(zhì)材料的不具有多種性能的弱點，在汽車上應用，既有利于減輕汽車自身質(zhì)量，又有利于提高性能。一．鋁基復合材料制備技術(shù)先進鋁合金材料包括高強高韌性鋁合金材料、半固態(tài)鑄造成型鋁合金材料和耐腐蝕鋁合金材料等。當前鋁基復合材料的研究幾種在兩個方面：1.采用連續(xù)纖維增強的具有優(yōu)異性能的復合材料，其應用范圍幾種在很特殊的領(lǐng)域，如航空航天領(lǐng)域；2.采用不連續(xù)增強體增強的具有優(yōu)良性能的復合材料，其應用范圍相當廣泛。相對來說，后者具有制備工藝簡單、增強體成本低廉等優(yōu)點，實現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)的潛力更大，因此成為當前鋁基復合材料的研究重點。1.纖維增強鋁基復合材料的制造方法為獲得無纖維損傷、無空隙、高性能的致密復合材料，必須考慮增強纖維與鋁及鋁合金間的潤濕性好壞和反應性大小、增強纖維的分布狀態(tài)和高溫下的損傷老化程度及界面穩(wěn)定性等。纖維增強鋁基復合材料的制造方法主要有熔融浸潤法、加壓鑄造法擴散粘接法和粉末冶金法等。1.1熔融浸潤法熔融浸潤法是用液態(tài)鋁及鋁合金浸潤纖維束，或?qū)⒗w維束通過液態(tài)鋁及鋁合金熔池，使每根纖維被熔融金屬潤濕后除去多余的金屬面得到復合絲，再經(jīng)擠壓而制得復合材料。其缺點是當纖維很容易被浸潤時，熔融鋁及鋁合金可能會對纖維性能造成損傷利用增強纖維表面涂層處理技術(shù)，可有效地改善纖維與金屬間的浸潤性和控制界面反應。目前熔融浸(Al—Mg)等纖維增強鋁基復合材料的制造。1.2加壓鑄造法加壓鑄造法是使熔融鋁及鋁合金強制壓入內(nèi)置纖維預制件的固定模腔，壓力一直施加到凝固結(jié)束。加壓鑄造法因高壓改善了金屬熔體的浸潤性，所制得復合材料的增強纖維與鋁及鋁合金間的反應最小，沒有孔隙和縮孔等常規(guī)鑄造缺陷。鑄造壓力和增強纖維含量對鋁基復合材料的性能有較大影響。加壓鑄造法成功地用于制造B／AI，SiC／A1，A1Od(Al—Li)，A1OJ(A1一Mg)等鋁基復合材料。1.3擴散粘接法擴散粘接法主要是指鋁箔與經(jīng)表面處理后浸潤鋁液的纖維絲或復合絲或單層板按規(guī)定的次序疊層，在真空或惰性氣體條件下經(jīng)高溫加壓擴散粘接成型以得到鋁基復合材料的制造方法。此外，擴散粘接法還包括常壓燒結(jié)法、熱壓法、高溫擠拉法。目前采用擴散粘接法制造的纖維增強鋁基復合材料有C／A1，B／A1，SiC／A1等。1.4粉末冶金法粉末冶金法是傳統(tǒng)的粉末冶金工藝在新的工程材料制備上的發(fā)展。隨著制粉工藝的發(fā)展和分散工藝方法的完善，人們已經(jīng)利用粉末冶金法成功制備了大量性能優(yōu)異的鋁基復合材料。它們不僅具有高比強、高比模、低膨脹、高抗磨的特點，而且可以隨意調(diào)整工藝路線。這種方法制備的鋁基復合材料中增強相分布均勻，界面反應易于控制，在性能和穩(wěn)定性上大大優(yōu)于其它工藝方法制備的材料。2、顆粒增強鋁基復合材料的制備方法：2.1液態(tài)金屬浸滲1)擠壓鑄造’擠壓鑄造是目前制造金屬基復合材料較成熟的一種方法。首次在工業(yè)上應用的鋁基復合材料制件即13本豐田公司制造的鋁基A1，O，晶須增強汽車活塞就是用擠壓鑄造方法獲得的。擠壓鑄造是在液體壓力作用下將液態(tài)金屬滲入增強相預制塊中。在制造過程中，為了防止熔體過早冷卻，需要對壓模和預制塊進行預熱處理，預熱溫度一般低于基體合金的液相線溫度。2)氣壓鑄造用氣體壓力取代擠壓鑄造的液體壓力。就形成了氣壓浸滲制造復合材料工藝。氣壓浸滲工藝一般都施加真空作用，所需要的浸滲壓力較低，大都在十幾MPa以下。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種氣壓浸滲工藝技術(shù)。3)無壓浸滲無壓浸滲工藝是1989年Lanxide公司：提出的專利技術(shù)，也稱為Lanxide52藝。在該工藝中，基體合金放在可控制氣氛的加熱爐中加熱到基體合金液相線以上溫度，在不加壓力的情況下合金熔體自發(fā)浸滲到顆粒層或預制塊中。利用該方法可制造出近終形態(tài)的復合材料制品。因為沒有壓力作用，浸滲模具材料選擇很容易，如可選用；透氣性好的耐火材料和燒結(jié)陶瓷材料。影響該工藝的主要因素為：浸滲溫度、顆粒大小和環(huán)境氣體種類。無壓浸滲工藝本質(zhì)是實現(xiàn)自潤濕作用。目前該工藝只能在一定條件下才能實現(xiàn)，合金含鎂和氮氣環(huán)境是兩個前提條件，因此無壓浸滲工藝具有局限性。2.2彌散混合工藝彌散混合工藝是用機械力作用使顆粒和熔體混合，然后澆注成鑄錠或復合材料制件。該工藝研究開始于60年代。由于大多數(shù)類型的顆粒和鋁合金熔體之間具有不潤濕特點，因此為了使得顆粒和熔體之間完全結(jié)合，必須施加外力作用以克服熱力學表面障礙和黏滯阻力。該工藝主要包括：攪拌鑄造、流變鑄造、螺旋擠壓、噴射分散、團塊分散等方法。2.3原位復合工藝原位復合工藝是由加入到基體金屬熔體中的粉末或其它材料與基體反應生成一定的增強相而制得復合材料的一種工藝。主要包括自蔓延合成工藝、XD52藝和氣液反應工藝。這些工藝的主要優(yōu)點為：陶瓷顆粒表面無污染，與基體界面相容性好，顆粒細小，因而材料增強效果好，是研究和開發(fā)復合材料很有效的方法”Marietta公司開發(fā)的專利復合材料制造XDTM技術(shù)。該技術(shù)是向有溶解能力的金屬(如A1)中加入某幾種物質(zhì)使其發(fā)生化合反應放熱生成需要的增強體。以TiB，顆粒在Al基體中的形成為例，Ti、B和Al以元素粉末的形成或以Al—Ti、Al—B合金的形式混合并加熱至足夠高的溫度形成熔融的Al介質(zhì)，Ti或B在其中擴散析出TiB。典型的做法是先制備含高體積分數(shù)(50v01％以上)的母合金，再加入到金屬基體中制得含所需體積分數(shù)的復合材料。該技術(shù)可產(chǎn)生的陶瓷顆粒包括硼化物、碳化物、氮化物和硅化物等。2.4粉末冶金粉末冶金是制備高熔點難成型金屬材料的傳統(tǒng)工藝。它是將快速凝固金屬粉末和增強陶瓷顆粒等經(jīng)篩分、混合、冷壓固結(jié)、除氣、熱壓燒結(jié)，以及壓力加工制得復合材料的一種工藝。研究結(jié)果表明，用粉末冶金工藝生產(chǎn)的顆粒增強金屬基復合材料的綜合強度水平比用熔融金屬工藝生產(chǎn)的同種材料高，伸長率也較高，材料微觀組織結(jié)構(gòu)有所改善。但是這種工藝及設(shè)備復雜，金屬粉末與陶瓷顆?；旌蠒r會因顆粒分布不均，除氣不完全而導致材料內(nèi)部出現(xiàn)氣孔，溫度選擇不當易造成汗析。另外，制得的復合材料坯件一般還需要二次成型。這種設(shè)備不適用于生產(chǎn)較大型件，所以對鋁基復合材料的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)有所限制。2.5噴射沉積工藝噴射沉積工藝是由英國Singer教授首創(chuàng)并干1970年正式公布。這一工藝早期應用于一些金屬半成品的生產(chǎn)和制備，后來加利福尼亞大學LaverniaEJ等人開始利用這一技術(shù)制備顆粒增強金屬基復合材料。哈爾濱工業(yè)大學武高輝等人對石墨纖維增強鋁基復合材料在空間遙感器鏡筒結(jié)構(gòu)中的應用進行了研究。為了設(shè)計和制造出性能更加優(yōu)越的空間遙感器，對一種新型航天材料石墨纖維增強鋁基復合材料進行了研究。突破了石墨纖維與鋁合金的界面反應控制、纖維鋪層和纏繞設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，成功制備了石墨纖維增強鋁基復合材料，材料的密度為2．12×10kg／m。，彈性模量為129GPa，線膨脹系數(shù)為5．0×10K。針對這種復合材料，摸索出一套完整的加工和后處理工藝，并首次把這種復合材料應用在空間紅外遙感器鏡簡結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計的鏡筒較之鈦合金鏡筒減重31．8。最后，完成了鏡筒組件的加工裝配、透鏡的裝校和隨機振動試驗。實驗結(jié)果表明，鏡筒組件的一階諧振頻率為284Hz，高于100Hz的設(shè)計要求，振動試驗后光機系統(tǒng)沒有發(fā)生變化。上述工作表明，石墨纖維增強鋁基復合材料在航天遙感領(lǐng)域具有較高的應用價值。2．1材料的特點分析對于小型空間紅外遙感器來說，結(jié)構(gòu)部分不僅要滿足高剛度、高強度和尺寸穩(wěn)定性的要求，而且應該盡量減輕質(zhì)量。本文研究的空間紅外遙感器鏡筒材料采用了石墨纖維增強鋁基復合材料（以下簡稱鋁基復合材料)，這種材料屬于長纖維增強(連續(xù)強化)金屬基復合材料，由哈爾濱工業(yè)大學金屬基復合材料研究所自主研制。與金屬材料相比，鋁基復合材料具有如下優(yōu)點：耐高溫、高比強、高比模、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好、對缺口不敏感且抗磨損。與聚合物基復合材料相比鋁基復合材料具有如下優(yōu)點：耐高低溫、防燃、尺寸穩(wěn)定、抗氧化、抗輻照、抗電磁脈沖、無氣化和導熱、導電、剪切強度高、熱膨脹系數(shù)低、可直接加工螺紋和圓孔。表1比較了常用航天材料的主要性能參數(shù)，從中可以看出，鋁基復合材料(Gr／A1)的密度比鋁小，但是彈性模量比鈦大。鋁基復合材料的比剛度很大，僅次于鈹，但它的生產(chǎn)過程不會像鈹一樣產(chǎn)生劇毒和污染。它的線膨脹系數(shù)為5．0×10K，在±5O。C多次循環(huán)下，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，可以很好地滿足光學系統(tǒng)對溫度和結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性的要求。比剛度和比強度高、線膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好是鋁基復合材料的突出特點，這些特點決定了它是一種制造空問相機鏡筒的理想材料。2．3材料的加工和處理工藝鋁基復合材料是一種設(shè)計性很強的材料，可以按照設(shè)計者的要求進行石墨纖維的鋪層、纏繞、毛坯件的精密成型，這樣既可以提高材料性能，又可以節(jié)約昂貴的石墨纖維，降低成本。設(shè)計人員也可以根據(jù)材料纖維鋪層和纏繞的特性，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計合理的過渡與連接，充分利用材料特點，使零部件獲得更好的力學性能和尺寸穩(wěn)定性。這種材料還可以直接加工圓孔和螺紋，不需要安裝預埋件，較之樹脂基復合材料使用起來更加方便。圖2列舉了一種典型石墨纖維增強鋁基復合材料零件的加工工藝流程。需要特別注意的是在鋁基復合材料的切削加工過程中，一般應使用金剛石刀具，而且不能使用冷卻液。由于石墨纖維的存在，普通刀具很容易磨損，切削力的穩(wěn)定性很差，易引起機床的振動，切削速度也不宜過高。圖3展示的是鋁基復合材料的毛坯料，圖4展示的是精加工后的鋁基復合材料，從圖中可以看出鋁基復合材料的表面加工質(zhì)量完全可以達到鈦合金的水平。這種鋁基復合材料發(fā)黑過程實際就是在材料表面鍍覆雙層金屬(NiP合金和Zn)，再進行黑色鈍化處理，這樣就可以獲得耐蝕性能及光學性質(zhì)良好的膜層，膜層總厚度約為30／xm。最后通過超聲無損檢測來檢驗零件內(nèi)部是否存在缺陷。．4應用實例應用鋁基復合材料進行了空間紅外遙感器鏡筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計。已經(jīng)公開的相關(guān)文獻表明，本文所研究的鋁基復合材料是首次應用于空間光學鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計。鏡筒是保證紅外遙感器成像質(zhì)量的重要部件。鏡筒的結(jié)構(gòu)形式、鏡筒材料的選擇、鏡筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要滿足光學系統(tǒng)的要求，而且要滿足力學性能和真空高低溫環(huán)境的要求，同時盡可能降低質(zhì)量。特別是對光學透鏡組件來說，其加工與裝配都有嚴格的公差要求，也只有保證各個鏡片及其相對位置在空間使用過程中仍然保持地面上的裝校精度，才能獲得高清晰度和滿意的遙感圖像。鏡筒主要零件使用了上述體積百分比為50的M40／A1復合材料。材料的具體參數(shù)為：密度2．12x10。kg／m。，彈性模量l29GPa，線膨脹系數(shù)5．0×10K_。，經(jīng)過±5O℃多次循環(huán)下，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定。經(jīng)過加工后，零件安裝透鏡的端面位置平行度公差可以達到10m，表面粗糙度達到1．6，說明了這種復合材料的加工精度可以達到金屬材料的精度。零件表面發(fā)黑后測量紅外發(fā)射率為0．856(5O℃)。由于衛(wèi)星所提供的安裝空間有限，本文采用了轉(zhuǎn)折光路設(shè)計，如圖5所示。鏡筒組件結(jié)構(gòu)如圖6所示。設(shè)計要點如下：(1)鏡筒由遮光罩、窗口鏡筒、大鏡筒、中鏡簡、轉(zhuǎn)折鏡筒、反射鏡壓板幾部分組成；(2)遮光罩由鋁蜂窩內(nèi)膽和碳纖維復合材料外殼組成，具有去除雜散光的功能。窗口鏡筒、大鏡筒、中鏡筒使用鋁基復合材料制造。轉(zhuǎn)折鏡筒由于形狀不規(guī)則，采用鈦合金精密鑄造而成；(3)鋁基復合材料鏡筒的設(shè)計過程中特別注意了結(jié)構(gòu)過渡處理，考慮具體的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計相應的圓角和連接方式，可以更好地適應纖維鋪層、纏繞的要求。其加工工藝符合圖2中的工藝流程；(4)考慮到鏡筒的直徑比較小，主鏡筒采用分體結(jié)構(gòu)，便于透鏡的安裝和調(diào)試，透鏡各個安裝端面要求有高的形位公差，以保證各個透鏡的相互平行；(5)通過紅外定心儀來調(diào)整各片透鏡的同軸度。透鏡邊緣注入XM-23膠，可以固定透鏡，同時保證了透鏡和鏡筒之間的柔性連接，有一定的減振效果；(6)平面反射鏡通過反射鏡壓板與轉(zhuǎn)折鏡筒連接，反射鏡壓板在結(jié)構(gòu)上能實現(xiàn)反射鏡角度調(diào)整；(7)鏡筒組件通過螺釘緊固，本身自成一體，這樣可以減輕外部干擾對鏡筒組件的影響。外部通過兩個鋁合金支撐座安裝固定，如圖7所示。陜西理工學院徐峰等人A1203顆粒增強鋁基復合材料儲能焊接頭微觀組織及性能。對0．3mm厚Al：O，顆粒增強鋁基復合材料薄板進行了儲能點焊連接研究試驗。發(fā)現(xiàn)其微型點焊接頭由熔核區(qū)、熱影響區(qū)和熔核向熱影響區(qū)過渡的熔合區(qū)(線)組成。由于儲能焊極短的焊接時間，大的冷卻速率達到106K／s，使得熔核組織顯著細化，具有快速凝固特征。熔核中增強相A1O顆粒發(fā)生偏聚現(xiàn)象，在熔核邊緣區(qū)域出現(xiàn)了氣孔缺陷。當焊接電容C=6600、電壓U=80V、電極壓力F=18N時，獲得較高力學性能的焊接接頭。試驗選用A1O。／2024A1復合材料作為母材，由粉末冶金法制備而成。A1：O，顆粒平均直徑15m、體積分數(shù)10％，基體金屬為2024A1。焊接試樣的尺寸為10mm×5ITlmX0．3mm的薄板材，系線切割加工而成。1．2儲能焊焊接試樣經(jīng)金剛砂紙打磨、丙酮清洗和烘干，裝配如圖I所示的搭接接頭。在微型電容儲能焊機上進行點焊連接。焊接主要參數(shù)為：電容6600ixF、電壓70～110V、電極力15—20N。焊接熱輸入(E)、焊接電壓(U)和電容(C)之問的函數(shù)關(guān)系為E=C／2。因此，焊接熱輸人為】6．17—39．9J2．1接頭整體相貌顆粒增強鋁基復合材料儲能點焊接頭整體形貌如圖2所示。接頭由3個區(qū)域組成：形狀較規(guī)則的扁平熔核區(qū)、熔核周圍的熱影響區(qū)及熔核向母材過渡的熔合區(qū)(線)。熔核直徑約為780Ixm，最大厚度約320txm，約占總厚度的1／2，焊點熔核直徑符合要求，熔核邊緣鄰近接合面的區(qū)域出現(xiàn)了氣孔，對應著圖中的黑色區(qū)域。熔合區(qū)較窄，勾勒出熔核和母材之間的分界線，其組織細小未發(fā)現(xiàn)缺陷；熱影響區(qū)組織未發(fā)生明顯的粗化，與母材原始組織保持良好的一致性。可見，儲能焊可實現(xiàn)A1：0，顆粒增強鋁基復合材料薄板的點焊連接，能獲得高質(zhì)量的焊接接頭。圖1搭接接頭示意圖2．2熔核組織圖3為A10顆粒增強鋁基復合材料儲能點焊接頭熔核組織。從圖中可以看出，母材經(jīng)過儲能焊接過程后，熔核組織相對于基體組織發(fā)生明顯細化，是由于焊接接頭的形成過程是在電極力的作用下快速凝固，抑制了組織的長大從而細化了熔核組織；另一方面，熔核金屬的熔化及其凝固過程是在電容瞬間放電所產(chǎn)生的強磁場氛圍中完成的，強力的磁場攪拌作用也是接頭組織細化的原因。熔核中的A1：0顆粒增強相在熔合區(qū)(線)周圍發(fā)生了偏聚，原因是由于增強相A1：0，顆粒與鋁合金基體的導熱率和熔點相差很大，導致熔池粘度增大，熔池金屬的流動性降低，液相與固相互相并存使得增強相分布不均；在凝固過程中A10，顆粒增強相不能成為結(jié)晶核心，凝固界面前沿對增強相的推移造成了增強相的偏析；另外，由于較小的電極力使得未能擠出熔核的A1：0，顆粒聚集在熔合區(qū)的邊緣。圖2儲能焊熔核整體形貌圖3熔核組織2．3熔核的快速凝固電容儲能點焊利用電容瞬時放電產(chǎn)生的電流經(jīng)電極加載在被焊板材上，形成放電回路。板材接觸電阻瞬時產(chǎn)生的熱量使接觸界面板材局部熔化，在電極力的作用下形成熔核。電容放電結(jié)束后，由于cu電極和周圍基體的快速吸熱，熔核處于較大的過冷狀態(tài)，熔核的冷卻速率很大(達到106K／s)，高的冷卻速率使熔核的形核率顯著增大，熔核組織均勻細小。由于焊接接頭尺寸很小，焊接過程中形成的微小熔核中具有較小的溫度梯度，凝固速度快，同時也避免了基體組織的迅速長大而形成粗大的柱狀晶，接頭組織因動態(tài)再結(jié)晶形成較為均勻細小的柱狀晶，晶粒非常細小與母材組織相比晶粒度明顯提高，形成了具有快速凝固特征的微觀組織焊接接頭，提高了焊接質(zhì)量。2．4焊接接頭力學性能2．4．1接頭的顯微硬度A10。顆粒增強鋁基復合材料儲能點焊接頭顯微硬度分布測試結(jié)果如圖4所示。焊核區(qū)中心組織與母材相近，但由于部分A1：0顆粒的偏析增加該區(qū)域的硬度；熱影響區(qū)處于很短暫的過熱狀態(tài)，與母材相比組織粗大變化不明顯，所以熱影響硬度略有提高，但硬度變化不大；熔合區(qū)(線)由于又處于固液兩相之間。成分和組織不均勻，大的冷卻速率，使得熔合區(qū)出現(xiàn)較明顯的加工硬化現(xiàn)象，同時大量增強相A10，顆粒的偏析增大了接頭硬度，顯微硬度達到113．5HV，焊接熱過程不會造成硬度的顯著提高。2．4．2接頭的剪切強度點焊接頭的剪切強度主要取決于電極力、焊接電壓和焊接能量等工藝參數(shù)。在電極壓力作用下熔核周圍金屬會發(fā)生塑性變形和強烈的再結(jié)晶而形成先于熔核生長的塑性環(huán)，對消除焊點缺陷、改善金屬組織和提高力學性能具有較大作用。而電壓對焊接能量有直接的影響，焊接能量過小被焊材料不能被加熱到熱塑性狀態(tài)；而焊接能量過大很容易產(chǎn)生飛濺和擊穿，都很難得到力學性能好的接頭。通過實驗發(fā)現(xiàn)當焊接電壓一定時，隨著電極力的增加，接頭剪切強度也隨之增加。當電極力達到l8N時，剪切強度達到最大值132．5MPa，進一步增強電極力接頭強度開始逐漸降低，如圖5所示。通過綜合分析顯微硬度和剪切強度與焊接參數(shù)之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)對于0．3mm厚的A1：0，顆粒增強鋁基復合材料薄板儲能焊，焊接參數(shù)：電容C=6600IxF、電壓U=150—170V和焊接電極力F=17—19N時，可獲得綜合性能優(yōu)良的焊接接頭。圖4接頭顯微硬度圖5接頭剪切強度2．5斷口形貌分析圖6是AlO，顆粒增強鋁基復合材料儲能焊接頭斷口形貌。斷口主要為韌性斷裂韌窩、準解理面、Al：O，顆粒以及拉拔掉A1：0，顆粒的殘留凹坑，增強相AI0，顆粒與基體結(jié)合緊密，故可以保證焊接接頭強度。經(jīng)x衍射射線分析，其組織由OL(A1)+A10，+少量的其它相(CuA1：和CuA1Mg)組成。接頭斷口形貌結(jié)論(1)采用儲能焊方法可實現(xiàn)0．3mm厚的A10，顆粒增強鋁基復合材料薄板的點焊連接，微型接頭由熔核、熱影響區(qū)及熔合區(qū)組成。熔核厚度約占接頭厚度的1／2，熔核向基體金屬過渡良好。(2)由于儲能焊瞬間放電的特點，接頭冷卻速率大使得接頭組織具有快速凝固的特征。(3)斷口主要為韌性斷裂韌窩，增強相A1：O，顆粒與基體結(jié)合緊密，其相組織由O／(A1)+AI：O，少量的其它相(CuA1和CuA1：Mg)組成。(4)對于0．3mm厚的A1：O，顆粒增強鋁基復合材料薄板的儲能焊，當電容C=6600IxF、電壓U=150—170V和焊接電極力F=17—19N時，剪切強度可達到132．5MPa，獲得綜合性能優(yōu)良的焊接接頭。第三篇：《先進制造技術(shù)》課程論文《先進制造技術(shù)》課程論文【內(nèi)容主題】針對先進制造技術(shù)某一領(lǐng)域，展開論述。例如：（一）主題：成組技術(shù)內(nèi)容：成組技術(shù)是什么、類型、應用領(lǐng)域，通過查找資料(圖片等)來說明，附以企業(yè)應用實例來說明。（2）主題：優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容：優(yōu)化設(shè)計的工作方法與步驟、應用數(shù)學手段、應用領(lǐng)域，通過查找資料(圖片等)來說明，并附以應用實例。【論文要求】1、論文文字部分不少于2500字(不含插圖)；全文應包括論文名稱、關(guān)鍵詞、正文、參考文獻，注明姓名、班級、學號。2、論文用自己的文字描述，不得大段摘抄，否則；3、所涉及的參考文獻必須注明參考文獻出處(文獻名稱、題目、作者、期刊號、期號或網(wǎng)頁地址)，2002年前的資料不得列入，此項內(nèi)容作為評分的依據(jù)之一。無參考文獻作零分處理。4、論文采用電子文檔，發(fā)到xuxing@，11月15日為截止日，不給成績。發(fā)送郵件請輸入主題“《先進制造技術(shù)》課程論文+姓名+學號”，并遞交紙質(zhì)打印稿一份至C2六樓我的信箱。5、評分依據(jù)：(1)論文質(zhì)量與自己文字的比例，自己文字部分少量者判為不及格；(2)參考文獻的新舊程度，2002年以前的資料不做評分依據(jù)；(3)參考文獻的資料完整性，參考文獻必須表明準確的出處，如無法據(jù)此信息查到，則不做評分依據(jù)；(4)論文的排版（正文小四，宋體）；(5)內(nèi)容相同的不得分；(6)論文不足2500字將適當減分。第四篇：金屬材料的先進制備技術(shù)金屬材料的先進制備技術(shù)本課程為材料系碩士研究生學位課，共計32學時，2學分?？荚嚪绞讲捎脤ｎ}報告形式，研究生可在教師開列的專題中選擇一個題目，然后收集資料，閱讀中外文獻（不少于10篇），并撰寫報告（綜述性報告，每篇不少于5000字），期末要在班上進行口頭報告（報告15分鐘，回答問題5分鐘）。研究生在學期結(jié)束前提交報告，教師批閱報告后，并結(jié)合平時情況給出本課程的成績。成績由三部分組成，平時出勤率占20%，課堂討論20%，期末報告（書面+口頭）占60%。本課程主要介紹金屬材料（為基體）的一些最新制備技術(shù)，包括原理、方法及其應用簡介。第一講：緒論（康飛宇，2學時）1、現(xiàn)代工業(yè)對材料的要求及其材料開發(fā)的方法2、材料性能的不斷提高對制備技術(shù)的要求3、用途不斷擴大對制備技術(shù)的要求4、金屬材料的改性趨勢：極限化，復合化，數(shù)值化等5、金屬材料制備的新思路第二講：納米材料及其制備技術(shù)（康飛宇，2學時，含討論）1、納米材料概念2、納米材料制備技術(shù)第三講：極限材料和極端條件下材料的制備技術(shù)（康飛宇，學時，含討論）1、超純材料、超高強材料、超高溫材料2、超高壓條件3、微重力條件4、真空條件第四講：金屬材料加工新技術(shù)（2學時，康飛宇，含討論）1、新型壓力加工、焊接和鑄造工藝第五講：金屬基復合材料的制備技術(shù)（4學時，鄧海金）1、固態(tài)制備2、液相制備3、原位制備4、噴射噴涂第六講：高能束技術(shù)及其應用（楊志剛，4學時）1、激光束與材料的作用2、離子束與表面改性3、電子束4、物理化學氣相沉積第七講：凝固技術(shù)及其應用（4學時，楊志剛）1、快速凝固技術(shù)：非晶態(tài)合金和準晶制備2、定向凝固技術(shù)：定向凝固共晶合金制備3、單晶材料制備技術(shù)4、新型大塊非晶及納米晶材料制備技術(shù)第八講：其它材料特殊制備技術(shù)（4學時，楊志剛）1、自蔓延高溫合成技術(shù)2、金屬霧化噴射沉積技術(shù)3、半導體芯片的制造技術(shù)4、光纖的制造技術(shù)5、超導材料加工工藝第九講：期末專題報告（8學時，康飛宇，含討論）專題報告題目（每人限選一個）金屬的超塑性和超塑性加工快速成型及其制造技術(shù)先進焊接技術(shù)鑄造新技術(shù)壓力加工新技術(shù)定向凝固技術(shù)霧化成型技術(shù)金屬的半固態(tài)加工技術(shù)高壓條件下材料的制備低溫條件下材料的制備真空條件下材料的制備微重力條件下材料的制備超細金屬顆粒制備金屬纖維與晶須的制備超純金屬材料的制備粉末冶金新技術(shù)自蔓延高溫合成技術(shù)納米復合材料的制備計算機技術(shù)在材料中的應用“三束”在金屬材料制備和改性中的應用極限材料及其制備技術(shù)自選題目，必須事先征得老師同意。第五篇：金屬材料的先進制備技術(shù)金屬材料的先進制備技術(shù)金屬材料熱處理表面強化技術(shù)研究l引言隨著工業(yè)現(xiàn)代化工業(yè)的快速發(fā)展，對各種機械設(shè)備零件的表面性能要求越來越高。一些在特殊條件下工作的零部件，往往因其表面局部磨損而使整個零件報廢。因此如何提高和改善零件的表面質(zhì)量和性能，以延長工件的使用壽命是一個十分重要的問題l’，2]。世界各國對金屬材料表面和近表面區(qū)組織的改性處理技術(shù)進行了深入的研究，通過機械、物理、化學等方法來改變材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應力狀態(tài)，即采用各類表面改性技術(shù)，使材料表面具有較本體更高的強度，和更加優(yōu)良的耐蝕、耐磨、耐高溫和抗疲勞等性能，從而充分發(fā)揮金屬材料的潛力，提高其表面耐磨性，達到延長使用壽命、拓寬其應用領(lǐng)域的目的13，4]。金屬表面改性技術(shù)在冶金、機械、電子、建筑、輕工、儀表等各個工業(yè)部門乃至農(nóng)業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪卸加兄鴱V泛的用途，其種類繁多，除常用的噴丸強化、表面熱處理等傳統(tǒng)技術(shù)外，激光、電子和離子等高能束表面處理技術(shù)也取得了快速的發(fā)展[5]，大量的研究成果己經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應用。進入21世紀后，隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，對環(huán)境無污染的“綠色”表面強化技術(shù)越來越受到人們的青睞。近年來，俄國文獻le.姆及道了一種新的表面強化技術(shù)，鑒于這種技術(shù)的文獻報道較少，其作用機制還未見相關(guān)報道，而且該項技術(shù)尚未有規(guī)范的稱謂，為此，我們暫且稱其為熱一聲處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)相比，它高效、低耗、無污染，并且工藝上易于實現(xiàn)，具有較好的應用前景。1.2表面改性技術(shù)概述磨損、腐蝕和斷裂是機械零部件、工程構(gòu)件的三大主要破壞形式，它們所引起的經(jīng)濟損失十分巨大。其中由于磨損、腐蝕導致的機件失效而造成經(jīng)濟損失的，占有相當大的比重。在美國國家材料政策委員會向美國國會提出一份報告指出:由于摩擦磨損引起的損失，使美國經(jīng)濟每年支付1000億美元的巨額資金，這項損失中的材料部分約為200億美元;在1983年前聯(lián)邦德國的一次調(diào)查中指出:由于摩擦磨損造成的損失估計為387億馬克:而在英國，由于摩擦磨損造成的經(jīng)濟損失每年至少為51500萬英鎊以上，相當于當時1965年國民生產(chǎn)總值的1.1%。許多國家政府對腐蝕造成的損失也進行了調(diào)查分析，美國Battelle實驗室和國家圖1表面強化技術(shù)標準局1978年共同進行調(diào)查表明:1975年美國由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失達820億美元，占國民生產(chǎn)總值的4.9%，1995年4月Battelle和SSINA發(fā)表報告指出:現(xiàn)在美國每年因為腐蝕損失3000億美元;1983年我國也曾對腐蝕作過調(diào)查，當時的結(jié)論為我國因腐蝕造成的經(jīng)濟損失至少在400億元人民幣以上。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界能源的1/3一1/2由于摩擦磨損而消耗掉，機械零件80%的失效的原因是摩擦磨損，而每年出于腐蝕造成的直接損失大約占整個國民生產(chǎn)總值的1%一4%。眾所周知，磨損和腐蝕均發(fā)生于機件表面的材料流失過程，而且其他形式的機件失效也多是從表面開始。盡管磨損與腐蝕是不可避免的，但是若采取有力措施，還是可以提高機件的耐磨性、耐蝕性的。金屬表面工程技術(shù)主要是利用各種表面涂層即面改性技術(shù)賦予基體材料本身所不具備的特殊的力學、物理或化學性能，如高硬度、高耐磨性、減摩性、抗高溫氧化性、抗輻射性等，而基體本身所具有的特性不會受到很大影響。另外，采用現(xiàn)代表面工程技術(shù)，不但可以大幅度的提高工件的質(zhì)量和性能，成倍的延長使用壽命，而且技術(shù)上成熟，工藝上簡便，經(jīng)濟上可行，獲得了事半功倍的效果。因此，近二十年來表面工程技術(shù)發(fā)展迅速，不斷完善，逐步形成一門獨立的學科。金屬材料表面改性技術(shù)，也就是運用現(xiàn)代技術(shù)，改變材料表面、亞表面的成分、結(jié)構(gòu)和性能的處理技術(shù)，主要包括表面形變強化，表面相變強化、離子注入表面強化、表面擴散滲入強化以及化學轉(zhuǎn)化等，如圖1.1所示。表面改性技術(shù)的應用使基體材料表面具有原來沒有的性能，這就大幅度的拓寬了材料的應用領(lǐng)域，充分發(fā)揮了材料的潛力。例如:1.可用一般的材料代替稀有的、昂貴的材料制造機器零件，而不降低甚至超過原機件的質(zhì)量;2.可以把兩種或兩種以上的材料復合，各取其長，解決單一材料解決不了的問題;3.延長在苛刻條件下服役機件的壽命:4.大幅提高現(xiàn)有機件的壽命，修復磨損、腐蝕的零件;5.賦予材料特殊的物理、化學性能，有助于某些尖端技術(shù)開發(fā)。1.3常用的表面強化方法1.3.1噴丸強化噴丸強化是在受噴材料的再結(jié)晶溫度下進行的一種冷加工方法，將大量高速運動的彈丸(鑄鐵丸、鋼丸、玻璃丸、硬質(zhì)合金丸等)噴射到工件表面上，猶如無數(shù)的小錘反復錘擊金屬表面，使零件表層和次表層金屬發(fā)生一定的塑件變形、從而在塑性變形層中產(chǎn)生金屬特有的冷作硬化，還產(chǎn)生一層殘余壓應力。使材料的抗腐蝕和抗疲勞斷裂的能力大幅提高，零件的可靠性、耐久性得到提高或改善，還可以實現(xiàn)表面清理、光潔度加工、成形、校正和機械強化等多種功能。該方法具有實施方便、效果顯著、適應面廣、消耗低等多種優(yōu)勢，在飛機、坦克、汽車和各種機械設(shè)備的齒輪、軸承、焊接件、彈簧、渦輪盤、葉片及模具、切削工具等的表面清理和提高使用壽命與防腐能力方面發(fā)揮了重要的作用。近年來在噴丸強化領(lǐng)域出現(xiàn)的微粒沖擊、微粒鑲嵌鍍膜技術(shù)以及中科院金屬研究所盧柯、劉剛等人開發(fā)的超聲噴丸(高頻)和高能噴丸(低頻)新技術(shù)，在降摩擦系數(shù)、提高材料耐磨能力、延長使用壽命、簡化氮化過程等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性。然而噴丸參數(shù)與工件性能的提高之間未建立量化聯(lián)系，缺乏噴丸過程的定量化析以及與此相關(guān)的參數(shù)優(yōu)化，噴丸參數(shù)的選擇只能依靠性能試驗或經(jīng)驗，造成的結(jié)是大量消耗人力、物力，浪費時間，并且不一定具有最佳的效果，極大地制約了噴技術(shù)的發(fā)展。1.3.2激光表面強化激光表面強化是用一定掃描速度的激光束照射被處理的金屬表面，在很短的時間內(nèi)激光的能量被處理表面吸收而產(chǎn)生高溫，當激光束移開后，被處理面迅速冷卻，從而達到表面強化的目的。激光表面強化具有工件氧化小、幾乎無變形和加熱、冷卻速度快等特點，可以行局部的選擇性淬火和局部合金化處理，能夠很快的賦予金屬表面很高的硬度和耐勝。因激光功率密度和作用時間不同，可以對金屬表面進行相變硬化、沖擊硬化、屬表面合金化、表面涂覆等多種方法的處理[川。激光表面強化方式有:(l)激光表面相變強化激光相變強化是被處理材料在固態(tài)下經(jīng)受激光輻照，其表面被迅速加熱到奧氏化溫度以上，并在激光停止輻射后快速自淬火得到馬氏體組織的一種工藝方法，所又稱激光淬火。激光輻照材料內(nèi)部的熱傳導與時間的平方根成正比，金屬表面溫度激光輻照停留時間的平方根成正比。因此，通過控制光束直徑和掃描速度，可以調(diào)節(jié)溫度和加熱的深度。(2)激光熔凝激光熔凝又稱激光上釉，是利用能量密度很高的激光束在金屬表面連續(xù)掃描，使之形成一層非常薄的熔化層，并且利用基體的散熱作用使熔池中的金屬能夠快速冷卻、凝固，使金屬表面產(chǎn)生特殊的微觀組織的一種表面強化方法激光熔凝比激光相變強化要求更高的功率密度，激光熔凝所需的功率密度相當于激光固體相變強化的三倍。激光熔凝可以硬化激光淬火不能硬化的合金。激光熔凝的工藝條件一般為:能量密度10-3000Mw/m2，作用時間0.01-1s，惰性氣體保護用于防表面氧化。(3)激光合金化激光合金化是用激光將基體表面熔化，同時加入合金元素，在以基體為溶劑、合金元素為溶質(zhì)的基礎(chǔ)上構(gòu)成所需合金層的一種技術(shù)。在激光合金化過程中，合金元素快速向熔池擴散，在短時間內(nèi)可以獲得所希望的合金化深度。借助這種方法可以在樣品表面產(chǎn)生預定化學組分、化學性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的合金，微觀結(jié)構(gòu)的精細程度將取決于凝固的速度。合金化的一種方法是在工件表面涂覆適當?shù)姆勰┗旌衔?，其中涂覆方法有兩種:一是噴涂懸浮在醇中的粉末混合物以形成松散堆積的涂層;另一種是覆懸浮在有機粘結(jié)劑中的料漿。合金化的另一種方法是選擇合適的保護氣體進行氣反應。(4)激