霧化沉積技術(shù)現(xiàn)狀和應(yīng)用

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1、目錄一、國內(nèi)外噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程１1國外噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程１2國內(nèi)噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程２3噴射沉積坯件形狀模型研究現(xiàn)狀４4噴射沉積技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀４二霧化沉積技術(shù)工藝的產(chǎn)業(yè)化狀況６一、國內(nèi)外噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程1國外噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程霧化沉積技術(shù)的概念最早由英國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1974年英國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[1]。在此期間，Singer教授的學(xué)生Brooks等人對Os

2、prey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Al-Cu、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，使霧化沉積技術(shù)技術(shù)獲得了迅速發(fā)展。美國加州理工學(xué)院歐文分校的E.J.Lavernia教授對霧化沉積技術(shù)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[2]。霧化沉積技術(shù)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

3、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，霧化沉積技術(shù)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)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際會議，第三屆會議于2006年在德國不來梅大學(xué)召開，2009年9月在美國巴爾的摩召開第4屆噴射沉積及熔體霧化國際會議暨第七屆霧化沉積技術(shù)國際會議。國際上正在進(jìn)行研究和開發(fā)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)主要有：美國的美國海軍武器中心（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，英國的牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)、伯明翰大學(xué)、OSPREY公司和FORGEDROLL公

4、司等，德國PEAK公司和BREMEN大學(xué)，瑞典SANDVIK鋼廠以及日本住友重工等。國外噴射沉積技術(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、不銹鋼和特種合金等。2國內(nèi)噴射沉積技術(shù)發(fā)展歷程９目前噴射沉積技術(shù)的研究在國內(nèi)已經(jīng)普遍開展起來，主要的研究單位有：中國科學(xué)院金屬研究所、北京有色金屬研究院、北京航空材

5、料研究院、北京科技大學(xué)、中南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海鋼鐵研究所、寶鋼集團(tuán)、湖南大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等。經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，國內(nèi)各科研單位在對噴射沉積工藝過程的原理研究及利用噴射沉積技術(shù)制備材料以及試驗(yàn)研究方面已達(dá)到一定的水平，研究的內(nèi)容主要是圍繞著霧化機(jī)理、沉積機(jī)理、材料配方、成形建模等方面。我國有關(guān)霧化沉積技術(shù)技術(shù)的最早報(bào)道可以追溯到1987年[3]。在第六屆國際快冷金屬會議上，中科院金屬所張永昌宣讀了有關(guān)Al-Si-Cu合金的霧化沉積技術(shù)研究，隨后該所于1987—2000年先后研究了Al-Li合金板材、Al-Si棒材及高硅鋼片的霧化沉積技術(shù)等，1999年建成了國內(nèi)目前

6、最大的霧化沉積技術(shù)設(shè)備（霧化室體積3.2m×1m×2m），熔煉爐一次可熔煉200kg以上，成形可達(dá)管材Φ400mm×1000mm，板材500mm×1000mm×30mm，棒材Φ200mm×1000mm。北京有色研究院石力開教授等在霧化沉積技術(shù)技術(shù)制備鋁合金方面進(jìn)行了大量的研制和開發(fā)，該院在“九五”期間建成了大型的霧化沉積技術(shù)設(shè)備，可在該設(shè)備上制造最大尺寸Φ（150~250）mm×（500~1000）mm的圓錠，Φ300mm×30mm×500mm的管坯等，主要研究Al-Si合金汽車缸內(nèi)襯套和7000系超高強(qiáng)度鋁合金。哈爾濱工業(yè)大學(xué)李慶春教授等于同期建成了霧化沉積技術(shù)設(shè)備，主

7、要開展了7000和2000系高強(qiáng)鋁合金、高強(qiáng)耐溫鋁合金以及Al-Si系耐磨低膨脹合金等材料的霧化沉積技術(shù)。北京科技大學(xué)張濟(jì)山教授等在引進(jìn)英國Singer教授的專利和噴嘴的基礎(chǔ)上建成一臺小型設(shè)備，開展Al-Pb和原位反應(yīng)霧化沉積技術(shù)的研究。寶鋼章靖國教授等研究用霧化沉積技術(shù)技術(shù)制造超高碳鋼和工、模具鋼。中南大學(xué)陳振華、黃培云發(fā)明了多層霧化沉積技術(shù)技術(shù)專利，改變傳統(tǒng)噴射沉積工藝中霧化錐/基底的單向直線運(yùn)動模式，利用往復(fù)沉積強(qiáng)化冷卻效果，解決制備厚坯件時組織易惡化為鑄態(tài)組織的問題。中國兵器科學(xué)研究院（兵器52所）對高鎂鋁合金及鎂合金