霧化沉積與多孔材料的制備

1、一、簡(jiǎn)述霧化過程工藝參數(shù)及其作用規(guī)律？、簡(jiǎn)述霧化過程工藝參數(shù)及其作用規(guī)律？1、金屬液溫度，合金種類；導(dǎo)液管直徑，霧化壓力；霧化器結(jié)構(gòu)，氣體種類等。這些因素主要霧滴尺寸；工藝參數(shù)還有噴射距離，主要影響霧滴密度分布、溫度變化、速度變化。二、簡(jiǎn)述沉積過程工藝參數(shù)及其作用規(guī)律？、簡(jiǎn)述沉積過程工藝參數(shù)及其作用規(guī)律？工藝參數(shù)：沉積器結(jié)構(gòu)、沉積器運(yùn)動(dòng)方式、沉積器運(yùn)動(dòng)速度；主要影響形狀的控制及粘附效率沉積坯尺寸、沉積器溫度及材料、環(huán)境狀態(tài)；主要影響沉積

2、坯溫度及沉積組織三、霧化沉積材料的孔隙形成機(jī)理？、霧化沉積材料的孔隙形成機(jī)理？其種類和成因可以分為以下三種機(jī)制：填隙式孔隙：主要由液相不足以充填顆粒之間的間隙所致卷吸式孔隙：此類孔隙源自霧化時(shí)高速氣體對(duì)金屬液流的破碎過程。一小部分氣體可被裹挾或卷吸而被捕獲并殘留在固態(tài)層中是其形成的根本原因凝固收縮孔隙：有兩種來源，一為沉積過程中產(chǎn)生，二為熔滴飛行中發(fā)生凝固時(shí)產(chǎn)生收縮并因固相在沉積時(shí)未被有效重熔而保留下來危害：微觀孔隙的存在是噴射成形工藝

3、的一種本征缺陷，對(duì)材料機(jī)械性能特別是塑性和韌性有很大影響。通過優(yōu)化工藝參數(shù)可以減少這一影響，熱等靜壓、擠壓與鍛造等方法是致密化的重要手段。研究表明，適宜的熱加工工藝可以將預(yù)制錠的致密度提高到接近理論密度的水平。霧化沉積技術(shù)現(xiàn)狀和應(yīng)用？霧化沉積技術(shù)現(xiàn)狀和應(yīng)用？1國(guó)內(nèi)外噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程（1）國(guó)外噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程噴射成形的概念最早由英國(guó)Swansea大學(xué)Singer教授于1968年提出，并于1972年獲得專利。作為工程技術(shù)則是從197

4、4年英國(guó)OspreyMetals公司取得專利權(quán)開始，該公司成功地將Singer提出噴射沉積成形應(yīng)用于鍛造毛坯的生產(chǎn)，發(fā)明了著名的Osprey工藝。在此期間，Singer教授的學(xué)生Brooks等人對(duì)Osprey工藝作大量研究，設(shè)計(jì)制造了多種Osprey成套設(shè)備，并致力于成形工藝和擴(kuò)大實(shí)用范圍的研究，先后在AlCu、高合金鑄鐵、工具鋼、高溫合金中得到良好效果，取得多項(xiàng)專利，使噴射成形技術(shù)獲得了迅速發(fā)展。美國(guó)加州理工學(xué)院歐文分校的E。J。La

5、vernia教授對(duì)噴射成形鋁合金、鎂合金、反應(yīng)噴射沉積金屬基復(fù)合材料、噴射沉積過程的基礎(chǔ)（如霧化液滴沉積過程的臨界條件）和噴射沉積過程中等軸晶粒的形成機(jī)制等方面均進(jìn)行了卓有成效的研究。噴射成形技術(shù)經(jīng)歷了適用合金系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究（1975—1984年）、工藝優(yōu)化和霧化沉積機(jī)理的研究（1984—1992年）、霧化技術(shù)規(guī)模的擴(kuò)大與產(chǎn)業(yè)化（1992—1998年）等自身發(fā)展和重大改進(jìn)的歷程。近年來，噴射成形技術(shù)已成為材料科學(xué)與工程界的研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)

6、展的熱點(diǎn)之一。自2000年開始，每3年舉行一次噴射沉積及熔體霧化國(guó)際會(huì)議，第三屆會(huì)議于2006年在德國(guó)不來梅大學(xué)召開，2009年9月在美國(guó)巴爾的摩召開第4屆噴射沉積及熔體霧化國(guó)際會(huì)議暨第七屆噴射成形國(guó)際會(huì)議。國(guó)際上正在進(jìn)行研究和開發(fā)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)主要有：美國(guó)的美國(guó)海軍武器中心（NSWC）、麻省理工學(xué)院（MIT）、DREXEL大學(xué)、加州理工學(xué)院和ALCOA鋁業(yè)公司等，英國(guó)的牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)、伯明翰大學(xué)、OSPREY公司和FGEDROL

7、L公司等，德國(guó)PEAK公司和BREMEN大學(xué)，瑞典SVIK鋼廠以及日本住友重工等。國(guó)外噴射沉積技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)主要集中在圓錠坯和管坯上，對(duì)平板產(chǎn)品的應(yīng)用較少。目前，已經(jīng)能生產(chǎn)直徑450mm和長(zhǎng)度2500mm的棒材，其收得率可高達(dá)70%～85%，所生產(chǎn)的管坯直徑為150～1800mm、長(zhǎng)度為8000mm，其收得率為80%～90%。而成形的合金材料主要有鋁硅合金、鋁鋰合金、2000及7000系列鋁合金、各種銅合金、不銹鋼和特種(2)一些關(guān)鍵的

8、硬件技術(shù)，如適合于噴射沉積工藝過程使用的霧化器結(jié)構(gòu)、合金液體導(dǎo)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究剛剛?cè)〉猛黄?，還未來得及推廣，更談不上成套設(shè)備的開發(fā)；而國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)、研究單位的財(cái)力限制以及國(guó)外公司的技術(shù)壁壘使得全套噴射沉積設(shè)備引進(jìn)又十分困難，這種狀況從設(shè)備硬件方面制約了噴射沉積技術(shù)在國(guó)內(nèi)實(shí)用化發(fā)展的速度。(3)在市場(chǎng)方面，國(guó)內(nèi)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比所進(jìn)行的市場(chǎng)研究相對(duì)較少，目前僅能夠追蹤世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，較少針對(duì)國(guó)內(nèi)的具體情況提出一些獨(dú)具特色的

9、應(yīng)用開發(fā)方向，而國(guó)內(nèi)目前的市場(chǎng)環(huán)境與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在一定區(qū)別，這種狀況從市場(chǎng)方面制約了噴射沉積技術(shù)在國(guó)內(nèi)實(shí)用化發(fā)展的速度。(4)資金投入較少且分散，使得國(guó)內(nèi)任何一家研究單位要想在噴射沉積成形技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面取得全面突破十分困難，這種狀況從資金上制約了國(guó)內(nèi)噴射沉積技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展速度。上述這些差距所造成的后果直接表現(xiàn)在國(guó)內(nèi)噴射沉積技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展嚴(yán)重滯后。到目前為止，國(guó)內(nèi)尚未形成一條完善的、可進(jìn)行大批量生產(chǎn)的噴射沉積專業(yè)技術(shù)產(chǎn)

10、品生產(chǎn)線，也沒有形成一種可大量創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的噴射沉積專業(yè)技術(shù)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)要想在噴射沉積技術(shù)領(lǐng)域趕上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展水平，需要采取有效手段彌補(bǔ)，至少是縮小上述的差距。1。3。3噴射沉積坯件形狀模型研究現(xiàn)狀噴射沉積的4個(gè)重要階段可用4個(gè)對(duì)應(yīng)的理論模型來描述，分別為:霧化模型、噴射模型、形狀模型、凝固模型。本文主要研究管坯噴射沉積形狀模型，因此下面針對(duì)噴射沉積坯件形狀模型進(jìn)行綜述。根據(jù)噴嘴運(yùn)動(dòng)方式，噴射成形工藝可以采用噴嘴做掃描運(yùn)動(dòng)和靜止兩種

11、類型。大多數(shù)的板坯及部分棒坯、管坯都采用掃描噴嘴。還可以根據(jù)噴嘴的多少和形式分為單霧化噴嘴、雙霧化噴嘴、多霧化噴嘴。不同的霧化噴嘴與沉積器組合運(yùn)動(dòng)得到的沉積坯可以為錠坯、管坯、板坯、環(huán)形坯業(yè)大學(xué)李榮德等對(duì)噴射成形中柱狀近終形沉積坯幾何特征檢測(cè)及智能控制、高性能鋅基材料噴射成形制備的關(guān)鍵技術(shù)開展了研究。上海交通大學(xué)的張豪等人在對(duì)工藝控制模型、霧化器結(jié)構(gòu)和成套設(shè)備深入研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出控制往復(fù)噴射成形技術(shù)和裝置，于2003年申請(qǐng)了控制往復(fù)

12、噴射成形工藝的發(fā)明專利，并于2004年首次在我國(guó)發(fā)起成立華通噴射成形有限公司，專業(yè)從事噴射成形產(chǎn)業(yè)化。獲得有益效果是：沉積坯凝固速率高（大于104Ks），組織精細(xì)（平均晶粒度0。9~20μm），同時(shí)，致密度高（大于96%）、層界面缺陷少，適宜制備大規(guī)格的沉積坯（管坯、錠坯、板坯等），材料收得率大幅度提高（大于85%）。1。3。2噴射沉積技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀射成形技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化最重要的條件是該技術(shù)必須在控制坯料形狀、尺寸公差、減少組織疏松、

13、改善表面質(zhì)量和提高合金收得率等方面的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到一定的水平，而且使其在效費(fèi)比上與其他制備技術(shù)相比具有足夠的競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)還必須針對(duì)應(yīng)用對(duì)象選擇適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品形式和合金系統(tǒng)，以充分發(fā)揮噴射成形獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)用其他工藝方法無法生產(chǎn)的產(chǎn)品。對(duì)噴射成形工藝過程機(jī)理的研究已十分深入，對(duì)噴射成形工藝過程的控制技術(shù)發(fā)展已基本完善，沉積坯收得率明顯提高，噴射成形材料呈多品種發(fā)展趨勢(shì)，且開發(fā)出一些傳統(tǒng)工藝不能或難于制備的新型材料，噴射成形設(shè)備的總體