20世纪中后期粉末冶金新技术和新材料新工艺回顾(2)

1．4 燃烧合成(Combustion Synthesis。CS)~12-14]燃烧合成最初称为自蔓燃高温合成，兴起于2O世纪6O年代。其实，人们早就发现化学反应的放热现象和反应过程的自蔓延特点。如1825年发现

非晶锆在室温下燃烧并生成氧化锆，1865年发现铝热反应，等等。但是，直到2O世纪6O年代，才将燃烧合成发展成为一项制备材料的新技术。1967年，前苏联科学院化学物理研究所BROVINSKAYA等发现钛硼混合物自蔓燃烧合成现象。6O年代末，发现许多金属和非金属难熔化合物的燃烧合成现象，并将这种依靠自身反应发热来合成材料的技术称为自蔓燃高温合成。1972年，自蔓燃高温合成开始用于粉末的工业生产，前苏联化学物理研究所建造了年产难熔金属粉末10~20 t的实验设备。1975年开始研究把自蔓燃高温合成与烧结、热压、热挤、轧制、爆炸、堆焊和离心铸造结合，直接制造陶瓷、金属陶瓷和复合管材等致密材料。1976年，前苏联开发出200多种自蔓燃高温合成材料。1979年，碳化钛粉末和二硅化钼加热元件投入工业生产。此外，这种合成技术还用来生产耐火材料、形状记忆合金、硬质合金等多种材料。1977年，Ju—GANsON E J获得制造陶瓷内衬复合钢管的美国专利。8O年代，日本ODAwARA用铝热一离心法制造出长5．5 m、内径165 mm的大尺寸陶瓷内衬复合钢管，应用于输送铝液和地下热水。1996年，前苏联建成年产量1 500 t铁氧体的燃烧合成连续生产线。1987年，前苏联建立了SHS研究中心— — 苏联科学院宏观动力学研究所，由创始MERZHA—NOV A G任所长。前苏联在自蔓燃高温合成材料及其制造技术和应用上取得了巨大成就。2O世纪8O年代以后，自蔓燃高温合成技术开始世界范围的发展。美、中、日和欧洲将自蔓燃高温合成与不同致密化技术结合，开发了一系列材料反应加工技术，将材料合成与加工一步完成，称之为非常规自蔓燃高温合成技术，包括反应球磨、反应烧结、反应热压、反应热等静压、反应爆炸固结、反应渗透、反应涂层、反应焊接、反应热喷涂、反应冶金、反应铸造、反应热挤、反应热轧、反应锻压，等等。这些加工技术的点燃模式和燃烧波传播模式都与前苏联发展的自蔓燃高温合成有所不同。随着自蔓燃高温合成内涵的扩展，许多学者认为“燃烧合成”比“自蔓燃高温合成”更能反映过程的实质。

燃烧合成的反应温度高，使杂质充分挥发，产品纯度高；反应时间短，容易获得微米级、亚微米级甚至纳米级粉末；致密化温度低，勿需高温炉，节能。燃烧合成以其工艺的特点而成为制备高性能、特殊结构产品的先进技术。例如，反应烧结、反应热压和反应热等静压用于金属间化合物的制备，可克服粉末制备困难、成形性和烧结性差的缺点；可制取具有梯度孔隙度和孔径的过滤材料；用燃烧合成法制取有机物，具有节能、节省设备、工序少、污染小等优点。燃烧合成产品已有：磨料、高温润滑剂、二硅化钼加热体、硬质合金、形状记忆合金、难熔金属碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氧化物、氢化物、金属间化合物、高温结构合金、复合材料、梯度材料、耐火材料、铁氧体、过滤材料、纳米材料、有机物及环保材料，等等。利用燃烧合成技术可实现不同材质包括钢、高熔点金属、石墨、陶瓷的2个部件的自焊和互焊，以及金刚石与基座之间的焊接。我国于2O世纪8O年代开始这项技术的研究，现在研究单位已达2O多家。9O年代中期，开发了陶瓷内衬复合钢管和不锈钢内衬复合钢管，并将陶瓷内衬复合钢管产业化，产品用于输送煤灰渣、矿粉和焦炭等。9O年代末，研制出自蔓燃高温快速加压密实材料制备系统(SHS／QP)，实现材料合成与致密化一步完成。

1．5 喷射成形(Spray Forming。SF)Ds-2o]喷射成形或称雾化沉积，是制造金属材料的一种新技术。喷射成形技术的创新在于，将液态金属雾化(快速凝固)与雾化熔滴沉积(熔滴动态致密固化)结合，在一步冶金操作中直接将液态金属转化为一定形状的、具有快速凝固组织、整体致密(相对密度可高达99．5 9／6～99．8 9／6)的高性能材料成形坯或半成形坯。喷射成形不但可明显改善材料组织，而且材料受污染少。喷射成形M2高速钢，其碳化物晶粒细小(2～3 m)且分布均匀，热处理性能好，可磨削性比同类铸锭钢提高6O 9／6。喷射成形12 9／6 Cr不锈钢锻造制品，与铸锻材料相比，其伸长率由7 提高到19 ，面缩率由17％提高到57 ，并增强了材料的耐点蚀性。喷射成形轧辊的一次碳化物晶粒明显细化且弥散均匀分布，其寿命为铸造轧辊的3～5O倍。采用喷射成形制造的青铜合金，综合性能好，强度高，耐摩擦，电导率高，冷热加工性好，冷变形后弹性模量低、流变性能高，适合制造弹簧。我国采用喷射成形Zn-27A1—1Cu合金制造滑动轴承，其使用寿命比铸造ZA27合金高1．5倍，比巴氏合金高1．8倍。喷射成形技术最早见于1958年BRENNAN J用金属喷射工艺生产半成品的美国专利。然而，直到1968年才由英国Swansea大学SINGERT A RE提出喷射成形的概念。其原理是将雾化的金属液滴喷射在旋转的载体上，形成沉积坯料，随后热轧或冷轧成板材。1974年，经英国

Osprey Metals公司进一步研究，发展成称为“Osprey Process”的喷射成形技术，用来制备棒坯和管坯。该公司成功实现了不锈钢沉积预制坯锻造，取得2项专利。2O世纪8O年代是喷射成形技术发展的重要阶段，出现了有明确应用目的和具体产品对象的系统研究，基本工艺进一步优化，并逐步进入产业化阶段。1980年，英国Aurora钢铁公司发明“控制喷射成形法(CSD)”，可一次雾化生产2 t工具钢。1985年后，美国麻省理工学院提出液相动态压实法(LDC)，以高压气雾化或超声气雾化细小液滴喷射成形，制取铝、镁等轻金属合金。许多公司认购了Osprey许可证，建立生产棒、盘、板、管等合金型材的工厂。

德国Mannesmann Demag公司建立了Osprey法钢板实验厂，熔炼炉容量1t，钢板最大尺寸为1．2 m×2．0 m，厚5～10 ram。据1985年报道，NSwC购买容量达5t的喷射成形设备，所制备的管坯直径1m、长6 m。1987年，瑞士Alusuisse—Lonza-Services公司的喷射成形工厂开业，生产尺寸为d 0．25m×1．0 m的铝圆棒材。美国General Electric公司购买Osprey专利，用于生产镍基高温合金。喷射成形为高温合金航空发动机零件成形提供了有效途径。8O年代后期，Howmet公司引进Osprey设备，制造了多种不同型号发动机的环形件，环形件最大尺寸d 850 mm×500 mm。90年代喷射沉积工业应用进一步扩大。1991年，瑞典Sandvik Steel公司率先应用喷射成形技术生产不锈钢管和复合钢管，熔炼炉容量1．2 t，沉积速率8O～100 kg／min，沉积金属收得率为8O ～9O ，管的尺寸为d 0．4 m×8m。90年代进入工业规模的生产应用阶段。1991年，德国Wieland公司和瑞士Swiss Metall Boillat公司开始用喷射成形技术生产铜合金棒坯，其最大尺寸可达

d 800 mm×2 000 ITlm，壁厚25～50 mm，主要用于制造弹簧、焊接电极和高强度高导电性电触头。1992年，日本住友重工业公司喷射成形轧辊厂开始出售高铬铸铁和高速钢／碳钢复合轧辊。1994年，Osprey公司已经授权25家公司或机构生产喷射成形产品和设备。1997年，丹麦SteelWorks开始生产D2粉末工具钢和T15型高速钢棒坯，后者的尺寸为d 400 mm×1 000 mm，质量1 t，年产2 000 t。1998年，喷射成形国际公司采用Spraycast—X工艺制备航空发动机环形件半成品，设备容量2．7 t，坯的质量2．2 t，直径140 cm，壁厚10 cm。Osprey Metals公司和Danspray公司采用双雾化技术，其沉积速率比单雾化技术提高1倍，氮气用量减少25 9／6，产品直径由d 200 mm增加到4 …… 此处隐藏：2848字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……