喷射沉积技术的发展及其在合金制造中的应用
《2024年喷射电沉积制备非晶镍钨磷合金工艺研究》范文
《喷射电沉积制备非晶镍钨磷合金工艺研究》篇一一、引言喷射电沉积技术作为一种新兴的制备非晶态合金材料的方法，因其具有制备过程简单、可控制性强和成本低等优点，被广泛应用于各种材料制备领域。
其中，非晶态镍钨磷合金作为一种重要的功能材料，具有高硬度、良好的耐腐蚀性和优异的磁学性能等优点，广泛应用于电化学、生物医疗和电子工程等领域。
本文以喷射电沉积技术为研究对象，探讨其制备非晶态镍钨磷合金的工艺及其特性。
二、工艺研究1. 材料准备首先，我们准备好需要用于电沉积的镍、钨、磷的溶液以及其它所需的电解质。
通过加入适量的化学添加剂和优化浓度配比，以确保所得到的合金为非晶态结构。
2. 工艺过程(1) 电沉积液的配制：按照比例配制好电解质溶液，调整电导率和PH值，以保证在喷射电沉积过程中金属离子能够在工作电极上均匀地析出。
(2) 喷射电沉积：将配制好的电沉积液通过高压喷嘴喷向工作电极，同时施加一定的电压和电流，使金属离子在工作电极上发生还原反应，从而得到非晶态的镍钨磷合金。
(3) 后期处理：将得到的非晶态合金进行适当的后处理，如热处理和表面处理等，以提高其性能。
三、实验结果与分析1. 实验结果通过喷射电沉积技术制备的非晶态镍钨磷合金具有较高的硬度、良好的耐腐蚀性和优异的磁学性能。
同时，该工艺的制备过程简单、可控制性强，为大规模生产提供了可能。
2. 结果分析(1) 工艺参数对合金性能的影响：通过调整电压、电流、喷嘴压力等工艺参数，可以有效地控制合金的成分和结构，从而影响其性能。
例如，较高的电流密度有利于提高合金的硬度，而适当的喷嘴压力则有助于得到均匀的合金层。
(2) 非晶态结构的形成：在喷射电沉积过程中，由于金属离子在高温高压下快速析出并相互结合，形成了非晶态结构。
这种结构使得合金具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性。
(3) 后期处理的影响：适当的后期处理如热处理和表面处理等可以进一步提高非晶态镍钨磷合金的性能。
例如，热处理可以消除内应力，提高合金的稳定性；表面处理则可以改善合金的表面性能，如提高耐磨性和耐腐蚀性等。
喷射沉积技术及其在高强度高导电铜合金中的应用03
中南大学材料科学与工程学院材料制备新技术作业喷射沉积技术及其在高强度高导电性铜合金中的应用引言铜，呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/厘米3。
熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。
常见化合价+1和+2（3价铜仅在少数不稳定的化合物中出现）。
电离能7.726电子伏特。
铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。
还有很好的延展性。
铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。
但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜，这叫铜绿。
可溶于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸。
容易被碱侵蚀。
铜的最大特点是具有高导电性和高导热性，但是纯铜强度偏低，在不损失导电性的情况下，提高铜合金强度并不容易，往往要以损失电导率为代价。
如何在大幅度提高铜的强度的同时，尽量保持铜的高导电性，即实现铜的高强高导是现代铜加工业发展的重要课题。
所谓高强高导铜合金，一般是指抗拉强度（σb）为铜的2～10倍（350～2000MPa），导电率为铜的50%～95%的铜合金。
国际上公认的理想指标为σb = 600～800MPa，导电性≥80%IACS。
高强高导铜合金主要应用领域是电子信息产业超大规模集成电路引线框架[1]，国防军工用电子对抗、雷达、大功率军用微波管[2]，高脉冲磁场导体[3]，核装备和运载火箭[4]，高速轨道交通用架空导线[5]，300～1250kw大功率调频调速异步牵引电动机导条、端环[6]，汽车工业用电阻焊电极[7],[8]，冶金工业用连铸机结晶器[9]，电真空器件，电器工程用开关、触桥等[10],[11]，因此这类材料在众多高新技术领域有着广阔的应用前景。
高强高导铜合金是一类具有优良综合物理性能和力学性能的功能材料。
它不但具有高的强度和良好的塑性，而且继承了紫铜优良的导电性能，是制备大型集成电路引线框架$电车及电力火车架空导线等的优良材料。
我们知道铜合金的强度和导电率之间有着此消彼长的关系即：采用某种手段使铜合金得到强化后，其导电率必然有某种程度的下降。
喷射沉积铝合金材料研究现状与发展趋势_马力
图1Osprey 喷射沉积制备盘或棒示意图Fig.1Scheme of Osprey spray -forming machine formanufacturing disc and bar在线参数喷嘴直径雾化气体类型雾化器结构沉积器几何结构雾化沉积沉积器预设参数喷射熔融金属1熔融金属过热度2金属流量3气体压强4射流运动状态5喷射高度6沉积器运动状态喷射沉积技术作为快速凝固技术领域的一个新的发展方向，迄今已经有近30多年的历史。
其研究起因是为了解决快速凝固—粉末冶金（RS/PM ）工艺中存在的种种问题，如无法制备大型的构件，以及粉末冶金工艺固有的材料含氧高、成本高的缺点。
喷射沉积技术概念最初由英国Swansea 大学的A ·Singer 教授于1968年最先提出喷射雾化轧制工艺，即把熔融的金属雾化喷射到一旋转沉积辊上，并直接将沉积坯料旋转到轧机加工成板材［1］。
随后，Swansea 大学的研究者成立Osprey 金属公司，致力于把喷射沉积技术商用化，与英国Oxford 大学、Swansea 大学合作进行喷射沉积机理方面的研究，主要研究雾化与凝固数学模型［2］，并以此理论模型结合Singer 教授的雾化器技术，最终提出Osprey TM 工艺。
该工艺是将熔融金属流利用高压惰性气体以103~105K 的冷却速度，雾化成半固/半液的糊状物沉积在一旋转的盘或管上，制成棒状、管状坯料［3］（见图1）。
与Osprey 工艺相对应，美国麻省理工学院的Grant 教授，采用拉乌尔喷嘴结构，把高压雾化气体加速到超音速，使得雾化液滴更细小。
该工艺称为超声气体雾化和液态动压实工艺（USGA-LDC 工艺）［4］，但该工艺的商业普及远不及Osprey 工艺。
1研究现状喷射沉积作为一项材料制备的新工艺，其技术研究方向目前基本分为3类，其一为工艺研究，主要通过数学分析方法进行喷射沉积过程中的传热、传质过程研究，对雾化、沉积等工艺过程提出数理模型，指导喷射沉积工艺技术的改进，为基础研究工作。
5喷射沉积技术简介
喷射沉积的概念和原理最早是由英国Swansea大学的A. Singer教授于1968年提出，1970年首次公开报导的。当时他 把熔融金属雾化沉积在一个旋转的基体上，形成沉积坯料， 并直接轧制成带材。Singer等人主要集中在铝合金方面的研 究，一般采用氮气雾化，气体压力为0.55-0.83MPa，获得的 雾化液滴直径为100-150m，喷射距离为0.45m。采用这样的 参数，可以获得致密的雾化沉积带坯，存在的主要问题是带 材的厚薄不均。1974年R. Brooks等人成功地将Singer提出 的喷射沉积原理应用于锻造毛坯的生产，发展了世界著名的 Osprey工艺，开发了适合于喷射沉积的一系列合金，设计和 制造了多种Osprey成套设备，并取得了两项专利。从此， Osprey工艺蜚声于世，成为了喷射沉积工艺的代名词。 Singer教授提出的喷射轧制示意图和Osprey工艺的喷射锻造 示意图如下图所示。
雾化沉积过程的热传导主要是依靠雾化液滴和惰性气体的对流和辐 射进行热交换以及沉积坯通过基底传导和表面气体的对流、辐射进行热 交换来实现的。 根据所选择的工艺参数的不同，经雾化喷射后的颗粒与基底碰撞时， 可以有以下几种状态： (1) 绝大部分颗粒在与基底碰撞前已凝固，在这种情况下，只能获 得疏松的粉末堆聚体。 (2) 绝大部分颗粒在与基底碰撞前仍保持液相，在这种情况下，金 属在沉积后的凝固行为类似铸造。 (3) 金属颗粒在与基底碰撞时，部分颗粒呈现液态(约占30-50%)， 部分颗粒呈现固态和半固态，碰撞后有可能在基底上形成液体薄层，再 与下层颗粒流结合成致密的沉积层。 (4) 金属颗粒在与基底碰撞时，大部分颗粒呈现液态(约占50-70%)， 由于基底冷却速度快，过冷熔体在基体上迅速冷却而获得具有快速凝固 组织特征的沉积层。这种沉积方式的基体在下一层颗粒碰撞前一般不形 成液体薄层，消除孔隙和溅射边界主要是靠上层较多量的液相。
电爆喷射沉积方法用于镁合金生物材料的制备
电爆喷射沉积方法用于镁合金生物材料的制备电爆喷射沉积方法用于镁合金生物材料的制备近年来，随着生物医学领域的快速发展，对于生物材料的需求也越来越大。
镁合金作为一种轻质、高强度的材料，具有良好的生物相容性和降解性，因此成为了生物医学领域研究的热点材料之一。
然而，镁合金的机械性能和抗腐蚀性能仍然需要进一步改善，以满足生物医学应用的要求。
电爆喷射沉积方法（Electrodesposition-Arc Spraying，EAS）作为一种新兴的表面处理技术，通过在基体表面形成粉末陶瓷涂层，可以有效改善材料的性能。
在电爆喷射沉积方法中，电极材料作为沉积物源，由电弧熔化生成离子和原子，通过高速气流将其喷射到基体表面，形成均匀致密的涂层。
这种方法具有较低的沉积温度和较高的工作效率，且对于基体材料的变形和热影响较小，与传统的热喷涂方法相比，更适合应用于生物材料的表面改性。
在镁合金的生物材料制备过程中，电爆喷射沉积方法可以用于改善材料的力学性能和抗腐蚀性能。
首先，通过选择合适的电极材料，可以在镁合金表面形成陶瓷涂层，提高材料的硬度和耐磨性。
其次，电爆喷射沉积方法还可以修复镁合金表面的缺陷，增加材料的表面密度，提高材料的抗腐蚀性能。
此外，通过调节电爆喷射沉积的参数，如电流、喷射距离和气体流量等，还可以控制涂层的厚度和结构，进一步优化材料的性能。
除了改善材料的力学性能和抗腐蚀性能，电爆喷射沉积方法还可以在镁合金表面形成功能性涂层，提高材料的生物相容性和生物活性。
例如，选择具有生物活性的陶瓷作为电极材料，可以在涂层表面形成类似骨组织的生长环境，促进骨细胞的附着和生长。
此外，通过在涂层中添加药物、生长因子或细胞因子等功能性物质，还可以实现药物缓释、组织再生和修复等生物医学应用。
然而，电爆喷射沉积方法在镁合金生物材料制备中还面临一些挑战。
首先，选择合适的电极材料和涂层工艺参数需要深入研究。
不同的电极材料和涂层工艺参数对于涂层的成分、结构和性能都有很大影响，因此需要系统研究以获得最佳结果。
喷射沉积高硅铝合金
（4）
ρm——合金液的密度； Hm——结晶潜热；TE、Tg、TN——分别是共晶温度、气体温度和 形核温度；fs——已结晶出的固相分数；L0——飞行距离；Uave——雾滴的平均速度；CL、 CS——分别为固/液混合体、液相和固相的比热；h——结晶潜热。
2021/10/10
2）沉积阶段不同状态的雾滴的行为
2）冷却速度对过共晶铝硅合金凝固组织的影响
随着冷却速度的增加，初生硅相的尺寸减小，形状由长条状转变为多角状；当 冷却速度增大到一定程度（约101K/sec），凝固组织中出现了枝晶状α相。过共晶铝 硅合金的平衡凝固组织初生硅和（ α+Si）共晶体组成，共晶硅呈针状。
~0.5K/s
~1K/s
10K/s
图3.2 冷却速度对Al-30wt%Si合金凝固组织的影响
~10K/s
20(2a1)/1炉0/1冷0 试样；(b)保温砖型铸造试样; (c)和 (d)金属铸造试样的飞边（厚度约为0.2mm)
3.2 喷射沉积过共晶铝硅合金沉积态组织
1) 无典型的共品组织：沉积态组织由Si+α相组成，没有针状共晶硅，如图3.3所示
图3.5 喷射沉积Al-20wt%合金坯料靠近 沉积基板的组织
3.3 过喷粉末的凝固组织
2021/10/10
图3.6 不同粒径的过喷粉末的凝固组织 (a) 粒径约20 μm (b )粒径约50 μm (c)粒径约100 μm
实验发现过喷粉末的凝固组织显然不同于沉积坯料的沉积态组织，过喷粉末的 凝固组织由初生硅、（α+Si）共晶体和枝晶状α相组成，初生硅为的块状，共晶硅为 细小粒状，α相数量较多，且大都呈枝晶状，与金属型铸造试样的飞边的微观组织相 近，但组织更为细小。
随着过喷粉末粒径的 增大，其初生硅相的平均 尺寸加大，通过图象分析 测量不同粒径的过喷粉末
喷射沉积技术在高温合金和硅铝合金中的应用
!材料与表面处理#喷射沉积技术在高温合金和硅铝合金中的应用A pp licati on of Sp ray2fo r m ed T echno l ogy in H igh T e mperature A ll oysand Silicon2alum inum A ll oys河南信阳空军第一航空学院(464000) 徐先懂 宋述稳【摘要】喷射沉积技术作为高性能结构件的一种先进制坯技术,应用愈来愈广泛。
介绍了喷射沉积技术的特点及其在高温合金和硅铝合金中的应用。
关键词 喷射沉积 P M工艺 R S P M工艺 可控膨胀合金Keywords s p ray2fo r m ed,P M p rocess,R S P M p rocess,con trolled2expansi on all oy 喷射沉积技术作为高性能结构件的一种先进冶金制坯技术逐渐受到广泛的重视。
利用喷射沉积技术可以使合金零件的制造既快捷又经济。
如高质量镍基超强合金用于涡喷发动机生产,通过一步转换就能制成预成型的环类或壳类毛坯,大大缩短了制坯的生产周期,简化工艺过程。
喷射沉积技术 喷射沉积技术是在O s p ray技术的基础上增加真空熔化处理技术而形成的。
预处理的合金在坩埚中通过真空感应冶炼(V I M)后,通过漏斗状计量口流入O s p rey工艺装置,熔化的合金流经过2次高纯度的氩气雾化成很细的雾滴。
再将雾化后的金属熔滴直接喷射到金属基底,在基底上沉积形成半凝固沉积层,依靠金属基底的热传导使沉积层不断地凝固形成较致密的预制坯料。
通过更换不同形状的冷却机体而喷雾成形各种形状的预制坯(如圆盘、块坯、环形坯或管坯等),随后进行锻造。
合金沉积的形状和厚度通过芯棒的退回来控制。
其生产环类或壳类零件长达1.5m,直径达51.4m。
在合金熔化过程中,允许添加其他合金,不像常规制坯那样要进行严格地隔离。
一般情况下,氧含量<10ppm,氮含量< 60ppm。
液态金属加工中的喷射沉积技术
液态金属加工中的喷射沉积技术是一种先进的制造技术，它通过将金属液态粒子精确地喷射到预设的位置，从而实现复杂形状和结构的制造。
这种技术具有许多优点，包括快速原型制造、微纳尺度制造和大规模生产等。
首先，喷射沉积技术使用一种特殊的喷嘴，可以将金属液态粒子精确地喷射到预设的位置。
这种喷嘴的设计和制造精度要求极高，需要经过精密的加工和校准。
同时，该技术还可以使用各种不同的金属材料，如镓、钠、铝等液态金属，具有广泛的适用性。
其次，这种技术可以实现高度复杂的形状和结构制造。
通过精确控制喷射粒子的速度、流量和方向，可以实现精确的层叠和堆积，从而制造出具有高精度和高复杂度的结构。
这种技术的优点在于可以制造出传统制造方法难以制造的复杂形状和结构，大大拓宽了制造领域。
另外，喷射沉积技术还具有生产效率高、成本低、环保等优点。
与传统制造方法相比，该技术不需要大量的模具和工具，减少了生产时间和成本。
同时，由于采用液态金属材料，减少了废气、废水和固体废弃物的排放，更加环保。
在应用方面，液态金属加工中的喷射沉积技术可以应用于许多领域，如医疗、电子、航空航天、汽车等。
在医疗领域，该技术可以制造出具有生物相容性和导电性的生物医学器件，如神经刺激器、心脏起搏器等。
在电子领域，该技术可以制造出微纳尺度的电子器件和电路，提高电子设备的性能和可靠性。
总之，液态金属加工中的喷射沉积技术是一种先进的制造技术，具有许多优点，包括高精度、高复杂度、高效率、环保等。
随着技术的不断发展和应用领域的不断拓宽，该技术将在未来的制造领域中发挥越来越重要的作用。
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上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
磨、精密合金，高温合金以及铝、镁等轻合金的组 织和性能都得到了改善。下面以部分高温合金及 硅铝合金为例作简要介绍。 2.1 喷射沉积技术在高温合金制造中的应用
高温合金是发动机制造必需的材料， 其制坯 工艺受到工业界的普遍重视。采用喷射沉积制坯， 不但能改善高温合金的显微结构和性能， 还可以 直接生产成最终形状或接近最终形状的产品，提 高材料的利用率，降低产品的成本。喷射沉积制坯 高温合金的显微结构比熔铸材料均匀， 特别是为 改善强度和高温性能增加了溶质含量的合金，其 性能如拉伸、蠕变抗力、应力断裂和低周疲劳性能 改善尤为明显。另一方面还解决了导致高温合金 性能恶化的两种主要缺陷：气孔和夹杂。 2.2 喷射沉积技术在硅铝合金制造中的应用
板
复合材料
涂层、涂层管，镀层棒钢，涂层 锅炉钢，不锈钢，工具钢，耐磨板，
镀层 带钢，涂层板钢
轴承合金
2 喷射沉积在合金制造中的应用
喷射沉积技术目前已被广泛用来研究和开发 多种快速凝固材料，取得了很好的效果，所研制的 不锈钢，工具钢，高强度低合金钢，高合金铸铁，耐
126
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， Ｖｏｌ．３７， Ｎｏ．１５
喷射沉积技术是在 Ｏｓｐｒａｙ 技术的基础上增 加真空熔化处理技术而形成的。预处理的合金在 坩埚中通过真空感应冶炼后， 通过漏斗状计量口 流入 Ｏｓｐｒｅｙ 工艺装置，熔化的合金流经过 ２ 次高 纯度的氩气雾化成很细的雾滴［３］。再将雾化后的 金属熔滴直接喷射到金属基底， 在基底上沉积形 成半凝固沉积层， 依靠金属基底的热传导使沉积 层不断地凝固形成较致密的预制坯料。通过更换 不同形状的冷却机体而喷雾成形各种形状的预制 坯（如圆盘、块坯、环形坯或管坯等），随后进行锻 造。合金沉积的形状和厚度通过芯棒的退回来控 制。其生产环类或壳类零件长达 １．５ ｍ， 直径达 ５１．４ ｍ。在合金熔化过程中，允许添加其他合金，不 像常规制坯那样要进行严格地隔离［４］。一般情况 下，氧含量 ＜１０ ｐｐｍ，氮含量 ＜６０ ｐｐｍ。喷射沉积技
８０００ｍｍ 不锈钢管 （瑞典 ＳａｎｄｖｉｃｋＳｔｅｅｌ）； 宽 １２００
ｍｍ、长 ４０００ｍｍ、厚 １０ｍｍ 板材（西德 Ｍａｎｎｅｓｍａｎｎ
Ｄｅｍａｒｋ）；准２５０ｍｍ 盘坯和 准１５０ ｍｍ×１０００ ｍｍ棒坯
（英国 Ｏｓｐｒａｙ）；日本信友重工生产大型冷轧辊；Ａｌｃａｎ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ 喷射沉积１５０ ｍｍ×１０００ｍｍＡｌ２ＳｉＣ 棒
收稿日期：２００８－０４－１１ 基金项目:湖南衡阳市市级科研基金资助项目（０６ＫＪ５７） 作者简介：任芝兰（１９７１－），女，湖南祁阳人，副教授，硕士，现从事
材料加工科学，焊接工艺及机械设计等教研工作； 电话：１３８７５６０３２４３；Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｚｈｌａｎ＠１６３．ｃｏｍ
一技术可以得到一般快速凝固方法无法得到的大 尺寸的金属实体。总之，雾化喷射沉积技术既克服 了传统铸造过程中存在的晶粒粗大、偏析严重的 缺点，又屏弃了粉末冶金工艺中工序繁多、氧化严 重等不足，同时又兼有粉末冶金技术的优点，是一 种极具竞争力的快速凝固工艺。因此引起了各国 科技、企业界的广泛重视，得到了迅速的发展。
金属的喷射沉积技术是一种新的金属成形工 艺。由于人们对液态金属经雾化到动态固结这一 过程的不同理解， 它往往又被冠之以喷射成形 （ＳＦ）、喷 射 沉 积 （ＳＤ）、喷 射 铸 造 （ＳＣ）、液 体 动 态 固 结（ＬＤＣ）及控制喷射沉积（ＣＳＤ）等名称。
喷射成形的概念最早是由英国 Ｓｗａｎｓｅａ 大学 冶金及材料工程系 Ｓｉｎｇｅｒ 教授于 １９６８ 年首先提 出，并于 １９７２ 年获得专利［１］，而作为一种工程技术 则是从 １９７４ 年英国 Ｏｓｐｒａｙ Ｍｅｔａｌｓ 公司取得专利 权开始。喷射成形技术包括金属熔化、雾化和沉 积等三个工艺过程。即将金属熔化成液态金属后， 雾化成熔滴颗粒， 随即直接沉积在具有一定形状 的收集器上，从而获得致密的大块金属实体。这一 过程全部是在密闭舱体内完成， 完全取消了粉末 处理、烧结等工序，避免了金属的污染。由于液态 金属是在惰性气流作用下雾化和沉积， 所获得的 金属实体具有偏析小、晶粒细小等特性［２］。利用这
喷射沉积技术作为高性能结构件的一种先进 冶金制坯技术逐渐受到广泛的重视。利用喷射沉 积技术可以使合金零件的制造既快捷又经济。如 高质量镍基超强合金用于涡喷发动机生产， 通过 一步转换就能制成预成型的环类或壳类毛坯，大 大缩短了制坯的生产周期，简化工艺过程。
1 喷射沉积装置及主要工业化产品
图 １ 为典型的喷射沉积装置示意图［５］。整个
由于 Ｓｉ－Ａ ｌ 合金中含有极硬的硅粒子，加以铝 基体比较软， 常规坯料在加工时很难保证加工精 度和低的表面粗糙度及好的表面形状， 且刀具易 磨损，加工高温铝合金就更不易了。但采用 Ｏｓｐｒａｙ
工艺制坯的高硅（wＳｉ≯７０％）Ｓｉ－Ａ ｌ 合金，利用钛氮 化物涂层硬质合金刀具可以顺利地进行机械加 工，表面粗糙度 Ra≤１．６ 滋ｍ，甚至还可以加工出棱 边。在钻孔时，若钻头上涂一层很薄（＜１０滋ｍ）的复晶 金刚石（ＰＣＤ）涂层，还可避免孔口的塌陷。对非环形 槽等可以采用电火花、激光等方便地加工出来。
ＲＥＮ Ｚｈｉｌａｎ， ＺＨＡＮＧ Ｒｏｎｇ
（Mechanical Department, east－branch of Hunan Engineering College, Hengyang ４２１００２，%China） Abstract： Ｔｈｅ ｓｐｒａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔａｌ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ａｓ ａｎ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｉｔ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｂｌａｎｋｓ． Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｐｒａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ａｎｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Key words：ｓｐｒａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ； ａｌｌｏｙ； ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
２３ ４ ５
６
１５
１３
１４ １
９
７
８ ９ １１ １０
１２
１５
１－ 雾化沉积室 ２－ 石墨加热体 ３－ 塞杆 ４－ 电偶 ５－ 坩埚 ６－ 磁调电源 ７－ 油增压泵 ８－ 罗茨泵 ９－ 机械泵 １０－ 调压阀 １１－ 电偶接线柱 １２－ 气瓶 １３－ 雾化器 １４－ 沉积器 １５－ 旋风分离器 １６－ 窥视孔 １７－ 球阀 １８、１９－ 收粉罐
沉积装置分为两类： 一类通常仅限于生产铁钴、
镍、铜等常规合金；另一类是用于生产铝、钛、镁等
活泼金属。后一类炉体要求复杂，而且要求雾化沉
积室要有高的真空度及良好的防爆装置， 以保证
活泼金属能够很好地进行熔化、雾化和沉积而不
发生意外事故。
自 １９７４ 年 Ｏｓｐｒａｙ Ｍｅｔａｌｓ 公司取得喷射沉积
技术的专利后，这一技术的工业化进程便开始了。
坯。此外一些高温合金生产、使用厂家如美国 ＧＥ、
Ｈｏｗｍｅｔ、Ｃａｂｏｔ 等也建立了生产或实验型装置。综
上所述，喷射成形作为一种科学技术，已逐渐趋于成
熟，并开始向商业化、工业化迈进。
表 1 喷射沉积技术生产的接近最终成型尺寸的产品 Tab.1 The products of approximate final forming size
上半月出版
●综 述●
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
喷射沉积技术的发展及其在合金制造中的应用
任芝兰，张 蓉
（湖南工学院 机械系，湖南 衡阳 ４２１００２）
摘 要：喷射沉积技术是一种新的金属成形工艺，作为高性能结构件的一种先进制坯技术，应用来愈广泛。
本文对该工艺进行了综述，并介绍了喷射沉积技术的特点及其在高温合金和硅铝合金制造中的应用。
关键词：喷射沉积；合金；制造
中图分类号：ＴＧ２９４
文献标识码：Ａ%
文章编号：１００１－３８１４（２００８）１５－０１２５－０３
Development of Spray Deposition Technology and Its Application in Manufacture of Alloys
using spray deposition technology
产品
金属材料
管状
管子，轧辊 ／ 辊子，圆筒 铸铁，高合金钢，铝合金，高温合 内衬，透平环，轴承环 金，高速钢，不锈钢
棒坯锭 挤压坯，锻坯，圆坏
铝合金，复合材料，高温合金，高 合金钢
带材
带钢，有色金属带，装甲 低合金，硅钢，铜，铝合金，钢铝
在钢、铝合金、高温合金、复合材料及双金属材料
方面进行了广泛的研究。表 １ 列出了利用喷射成形
技术生产的接近最终尺寸的产品种类及其所用材
料［６］。近十几年内，北美、欧洲、日本及远东的一些公司
相继取得了 Ｏｓｐｒａｙ 公司的专利生产许可证，建立了
工业性或半工业性生产装置， 并制造出了一批大规
格的产品，如内径为 １００～４００ｍｍ、壁厚 ４０ｍｍ、长
喷射沉积硅铝合金经镀金处理后用作电子电 路中微波放大器的模块。无线电频率（ＲＦ）和微波 的封装材料要求极其严格， 如低的热膨胀系数 （ＣＴＥ）（与镓砷化合物和氧化铝相当或稍高）， 较高 的热传导性（＞１００ Ｗ·ｍ－１Ｋ－１），低密度（＜３ ｇ·ｃｍ－３），具 有一定的刚度（＞１００ ＧＰａ）。另外，还应便于加工、电 镀和激光焊接以及不受环境温度变化等因素的影 响。从这些要求看，Ｓｉ－Ａ ｌ 合金是比较理想的材料。 其优点随 Ｓｉ 含量的提高表现得尤为突出。但 Ｓｉ 含量过高， 尤其是超过共晶点时会形成粗大针状 或片状多角形 Ｓｉ 相， 严重降低合金的力学性能。 采用喷射沉积技术， 可显著改善合金的纤维组织， 减少偏析，提高合金固溶度等，使合金性能得以大 幅度提高。利用该技术得到一种新的合金，叫做可 控膨胀（ＣＥ）合金。ＣＥ 合金的 ＣＴＥ 可随着 Ｓｉ 含量 变化在 Ａｌ 和 Ｓｉ 的 ＣＴＥ 之间变化。ＣＥ 合金在封装 应用上也表现出明显的优点，其重量比纯铝轻 １５％ 以上，强度超过高强铝合金。ＣＴＥ 随温度变化不明 显， 当温度变化从-５０～３００℃时，ＣＴＥ 变化不超过 １０％， 弹性模量大于 １１０ ＧＰａ， 密度小， 刚度大，如 Ｓｉ－３０Ａｌ 是 ５３ ＧＰａ·ｃｍ ３／ ｇ， 与 Ｋｏｖａｒ （５４Ｆｅ－２９Ｎｉ－ １７Ｃｏ） 的 １７ ＧＰａ·ｃｍ３／ｇ 和 Ｃｕ２７５Ｗ 的 １５ ＧＰａ· ｃｍ３／ｇ 相比要高得多。