第六章 喷射沉积 材料制备技术知识 .pptVIP

第六章 喷射沉积 目录 发展历程 工艺特点 基本原理 工艺过程与影响参数 应用与举例 发展历程 70年代Singer在Swansea Univ.开发出来，主要是喷射轧制过程； 随后Ospray Metals 公司开发出Ospray工艺，并获得了专利； 美国MIT开发了液体动压紧实技术(Liquid Dynamics Compaction)，通过高压雾化气体，得到细小、快淬的液滴； 1988年，美国加洲大学开发了“雾化共沉积技术”，制备金属基复合材料； 随后，Lawley提出了“反应雾化成形技术”，可制备金属基自生复合材料 喷射轧制 Singer发明，金属熔体从坩埚底部进入雾化区，在高压气体作用下，熔体被破碎，沉积在内冷鼓轮表面，沉积坯经轧辊轧制成带材 离心喷射沉积 Singer发明，熔融金属被离心雾化，雾化液滴沉积在冷却衬底上，制备具有中心孔的产品 缺点 残余孔隙。通常需经过挤压、锻造、热等静压等后续工序消除； 难以达到100%材料利用率。喷射碎削、表层去处、废品等 基本原理 包括： 雾化过程液流破碎原理 液滴动力学与热交换原理 液滴沉积和成型坯的凝固原理 液流破碎原理 通常应用离心雾化或双流雾化原理，因为只有这两种方式能够实现1~20kg/min流量液流的喷射沉积； 基本原理与“粉末雾化”一节相同 液滴动力学与热交换原理 液滴的动力学与热交换行为主要是指液滴在飞行过程中与雾化气体的动量和热量相互作用； 通常需控制： 液滴飞行途径，尽量减少过喷射(Overspray) 损失和控制成型坯形状； 液滴热交换，控制沉积温度和固相含量 气流的轴向速度通常遵循指数规律衰减 液滴的飞行速度与其尺寸相关 小颗粒加速较快，但达到气流速度后，衰减也快； 大颗粒速度较慢，但飞行稳定，速度变化小 液滴的热行为 不同尺寸颗粒的传热系数和冷却速度不同，如10um颗粒传热系数11.45x103Wm-2 K-1，冷速为334x103Ks-1；200um颗粒则为2.89x103Wm-2 K-1，冷速为21x103Ks-1，因此在喷射沉积距离处存在一定的固/液量比 在0.4m处，Al-Cu合金10~30um颗粒为固态；50~120um为半熔融态，大于200um颗粒为液态；据此可计算不同距离的固液比 颗粒（Droplet)沉积 粘合效率(Sticking Efficient)：与颗粒的状态和基底的状态相关，半固态或液态颗粒与半固态基底粘合最好 沉积的临界条件 q：单位面积传热速率 ?：单位体积射流中金属质量 V：沉积颗粒轴向速率 h：金属比热 H ：熔化潜热 T:颗粒到达沉积表面温度 T1：金属固相线温度 成坯形状 在静止的基底上喷射沉积，通常获得的成型坯截面形貌为高斯曲线 对于运动的基底和不同角度的喷射，通常需通过计算机模拟预测最终形状 工艺过程与影响参数 气雾化喷射沉积 N2、Ar 制备Al、Ni、Fe 等材料