金属材料加工技术研究和发展
金属多材料增材制造研究现状与展望
第14卷 第2期 精 密 成 形 工 程2022年2月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING129收稿日期：2021-04-24基金项目：2020年度河南省高校科技创新团队支持计划（20IRTSTHN015）；江苏省盐城市“515”创新领军人才项目（盐委[2020]40号）；河南省科技攻关项目（202102210087）；郑州市科技局产学研项目（郑科函[2020]3号） 作者简介：郭照灿（1993—），男，硕士生，主要研究方向为双金属复层材料组织与性能。
通讯作者：张德海（1973—），男，博士，教授，主要研究方向为先进材料成形过程控制及其交叉学科。
金属多材料增材制造研究现状与展望郭照灿1，张德海1，何文斌1，杨光露1,2，李军恒1，付亮1（1. 郑州轻工业大学 机电工程学院，郑州 450002；2. 河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂，河南 南阳 473007）摘要：当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高，苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力。
金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势，在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景。
研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展。
重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题。
最后，指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势。
将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值。
关键词：多材料；增材制造；微观组织；成形精度DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.02.020中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)02-0129-09Research Status and Prospect of Metal Multi-Material Additive ManufacturingGUO Zhao-can 1, ZHANG De-hai 1, HE Wen-bin 1, YANG Guang-lu 1,2, LI Jun-heng 1, FU Liang 1(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China;2. Nanyang Cigarette Factory, China Tobacco Henan Industrial Co., Ltd., Nanyang 473007, China) ABSTRACT: Contemporary society has higher and higher requirements for the function and performance of products and de-manding service conditions require parts to have the ability of functional coupling and multi-environment adaptation. Metal multi-material additive manufacturing technology has greater advantages than traditional manufacturing technology, and has broad application prospects in aerospace, automobile industry, electric power industry, biomedicine and other fields. The appli-cation status and recent development of electron beam additive manufacturing, arc additive manufacturing and cold spraying ad-ditive manufacturing in metal multi-material additive manufacturing were studied. The key problems of metal multi-material additive manufacturing technology in macroscopic forming accuracy, microstructure defects and particle interface bonding were investigated. Finally, the development trend of metal multi-material additive manufacturing technology in material types, basic theory, part complexity, quality control and other aspects was pointed out. The work will provide new ideas and reference value for the application of metal multi-material in additive manufacturing technology. KEY WORDS: multi-material; additive manufacturing; microstructure; forming precision. All Rights Reserved.130精密成形工程 2022年2月随着高新技术产业的快速发展，对产品功能及性能的要求越来越高。
金属材料电弧增材制造技术研究现状
金属材料电弧增材制造技术研究现状摘要：金属材料电弧增材制造技术是一种先进的制造方法，通过在金属表面产生电弧并加热金属粉末以逐层堆叠形成三维构件。
本文对该技术的研究现状进行了综述。
主要内容包括该技术的原理、优点和应用领域。
同时，还对该技术存在的问题提出了解决方案，并展望了未来的发展趋势。
通过深入研究和实践，金属材料电弧增材制造技术有望在制造业中发挥更重要的作用。
关键词：金属材料；电弧增材制造技术；解决方案引言金属材料电弧增材制造技术是一种先进的制造方法，通过利用电弧和金属粉末的相互作用，逐层堆叠形成三维构件。
该技术具有高效、灵活和可定制性强等优点，在制造业中逐渐得到广泛应用。
本文旨在综述金属材料电弧增材制造技术的研究现状，包括其原理、应用领域以及存在的问题与解决方案。
同时，通过对未来发展趋势的展望，希望为该技术的进一步推广与应用提供参考和启示。
1.金属材料电弧增材制造技术概述金属材料电弧增材制造技术是一种先进的制造方法，其基本原理是通过在金属表面产生电弧并将金属粉末加热，使其逐层堆积形成所需的三维构件。
该技术相比传统的制造方法具有许多优点，包括高效、灵活性强和可定制性高等。
它能够实现快速原型制作、零件修复和复杂结构的打印，广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
电弧增材制造技术不仅可使用多种金属材料，还能够利用多种工艺参数进行控制，以获得理想的制造效果。
然而，该技术仍存在着一些挑战，例如成本、工艺控制和材料质量等方面的问题。
因此，进一步研究和改进该技术的关键参数和工艺流程是非常必要的。
2.金属材料电弧增材制造技术的研究现状金属材料电弧增材制造技术目前已经在全球范围内得到广泛的研究和应用。
在国内外相关研究中，学者们致力于推动这一技术的进一步发展和优化。
研究方向包括材料选择与开发、工艺参数优化、设备改进等。
通过实验和数值模拟方法的结合，研究人员不断探索电弧增材制造技术的优化途径，提高打印效率和制造质量。
材料制备与加工工艺
材料制备与加工工艺对于材料的制备与加工工艺的研究，是现代科学技术领域的一项重要工作。
材料的选择、制备和加工工艺直接影响了产品的质量、性能和使用寿命。
本文将介绍一些常见的材料制备与加工工艺，并探讨其在不同领域中的应用。
一、金属材料制备与加工工艺金属材料是最常见的材料之一，广泛应用于机械、建筑、航空等各个领域。
金属材料的制备与加工工艺主要包括熔炼、铸造、锻造、热处理等。
熔炼是将金属原料加热至熔点，使其液化后借助重力或电磁力等方法进行分离和纯化的过程。
铸造是将液态金属倒入模具中，经过冷却凝固得到所需形状的工艺。
锻造是通过将金属材料置于锻机上，借助外力作用使其发生塑性变形得到所需形状。
热处理则是通过对金属材料进行加热、保温和冷却等过程，改变其结构和性能。
二、陶瓷材料制备与加工工艺陶瓷材料具有优异的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能，广泛应用于电子、化工、建筑等领域。
陶瓷材料的制备与加工工艺主要包括研磨、成型、烧结等步骤。
研磨是将原料进行细磨，使其粒度均匀。
成型是将研磨后的陶瓷原料进行压制或注塑等工艺，得到所需形状。
烧结是将成型后的陶瓷材料进行高温加热，使其颗粒间发生结合，形成致密的材料。
三、聚合物材料制备与加工工艺聚合物材料具有很好的可塑性和耐磨性，广泛应用于塑料、纺织、医药等领域。
聚合物材料的制备与加工工艺主要包括聚合、挤出、注塑、模压等。
聚合是将单体分子进行化学反应，形成高分子链的过程。
挤出则是将聚合物料塑化后通过模具挤出成型。
注塑是将塑化的聚合物料注入到模具中，通过冷却凝固得到所需形状。
模压则是将聚合物加热塑化后放入模具中压制，形成所需形状。
四、复合材料制备与加工工艺复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的新材料，具有优异的特性和广泛的应用前景。
复合材料的制备与加工工艺主要包括预浸法、层叠法、注射法等。
预浸法是将纤维材料与树脂浸渍后固化，形成复合材料。
层叠法是将纤维和树脂分层叠加，经过压制和热处理形成复合材料。
铝合金的研究现状及应用
铝合金的研究现状及应用近几十年来，随着人们对各种金属材料的发展，铝合金的研究也取得了显著的进展。
它具有轻质、高强度的特点，在航空航天、交通工具、军事装备、建筑工程、机械制造等诸多领域都有着广泛的应用。
本文将对铝合金的研究现状及其在不同领域中的应用进行综述。
首先，介绍铝合金的研究现状。
近几十年来，各国专家学者深入研究铝合金的成分、性能和加工技术，铝合金的科学性、实用性和性能发挥率也有了较大提高。
研究表明，采用现代化的熔融炼铝法和机械加工工艺，可以大大提高铝合金的性能和使用寿命，使铝合金的应用范围更加广泛。
其次，介绍铝合金在不同领域的应用。
在航空航天领域，铝合金具有较高的力学性能、延展性和形状记忆性，可以用于飞机机身内壁和机翼的制造。
在交通工具领域，铝合金用于汽车骨架、车身、发动机等部件的制造，具有轻量、耐蚀、防松性能等特点，为汽车的结构设计提供了新的选择。
在军事装备领域，铝合金用于防护装置、装甲板及火炮的制造，确保了武器的可靠性和耐久性。
在机械制造领域，铝合金用于制造活塞、泵体、齿轮等部件，具有高强度、轻质、热稳定性和抗腐蚀性等优点，使机械设备性能受益。
最后，总结一下铝合金的研究，由于铝合金具有轻质、高强度、高热稳定性等优点，已经成为各大工程领域的重要材料，在航空航天、交通工具、军事装备、建筑工程和机械制造等领域得到广泛应用。
然而，由于铝合金的加工和后处理技术仍然相对落后，性能的发挥空间也有待进一步提高。
因此，有必要继续加强铝合金的研究，提高铝合金的性能、加工工艺和后处理技术，在未来的应用中发挥更大的作用。
综上所述，铝合金的研究在近几十年中取得了重大进展，它已成为工业领域中不可缺少的重要材料，在航空航天、交通工具、军事装备、建筑工程和机械制造等领域中都有着广泛的应用，但是仍有大量的潜力可以挖掘。
因此，有必要加强对铝合金的研究，探索出更适合不同领域应用的合金配方、加工技术及后处理技术，促进铝合金的进一步发展和应用。
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。
国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。
刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。
因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。
常规刀具材料的基本性能1) 高速钢1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。
高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。
高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。
高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。
但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40——60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。
2) 陶瓷与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。
因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10——20倍，其红硬性比硬质合金高2——6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。
金属多孔材料的研究现状与发展前景
金属多孔材料的研究现状与发展前景摘要：介绍了金属多孔材料的制备方法、应用、发展方向以及前景。
关键字：金属多孔材料；制备方法；应用1 引言金属多孔材料是一类具有明显孔隙特征的金属材料(孔隙率可达98%)，由于孔隙的存在而呈现出一系列有别于金属致密材料的特殊功能，广泛应用于冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业实现技术突破的关键材料。
近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。
金属多孔(泡沫金属)材料是20世纪80年代后期国际上迅速发展起来的，是由刚性骨架和内部的孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型工程材料。
它具备的优异物理性能，如密度小、刚度大、比表面积大、吸能减振性能好、消音降噪效果好、电磁屏蔽性能高，使其应用领域已扩展到航空、电子、医用材料及生物化学领域等。
通孔的金属多孔材料还具有换热散热能力强、渗透性好、热导率高等优点；而闭孔金属多孔材料的物理特性则与通孔的相反。
为了得到不同性能的多孔金属，各种制备方法被相继提出，如直接发泡法，精密铸造法，气泡法，烧结法和电沉积法等[1,2]。
2 金属多孔材料制备方法2.1 从液态(熔融)金属开始制备2.1.1熔体发泡法在一定的条件下金属熔体中可生成气泡，并且一般情况下多数气泡由于浮力作用会迅速上升到液体表面而溢出。
为了使更多气泡留在熔体中，可在其中加入增粘剂来阻碍气泡的上浮。
19世纪60至70年代，人们就已经尝试用这种方法制备铝、镁、锌及其合金的泡沫材料。
过去的10年中，又涌现出了大量的新思路、新工艺，其中有两种熔体发泡工艺特别具有发展前景：其一是直接将气体通入金属熔体中，其二是将发泡剂加入熔体中，发泡剂分解释放大量气体[3]。
①直接吹气法：首先在熔融的金属中加入增粘剂以防止气泡从熔体中逸出。
随后，采用旋转浆或振动的喷嘴将发泡气体(空气、氮气、二氧化碳、氩气等)通入熔体中，旋转浆或喷嘴的作用是在熔体中产生足够多的优良气泡并使他们分布均匀。
金属材料热处理工艺及技术发展形势
金属材料热处理工艺及技术发展形势 摘要：伴随着我们国家科技的迅速发展,金属材料的热处理技术也在不断进步。而金属材料热处理技术的进步水平,将直接决定着金属制品的整体质量。其次,由于在对金属进行热处理的过程中会产生环境污染和资源浪费等现象。所以,必须对金属热处理的工艺技术进行革新。
关键词：金属材料热处理；工艺技术 我们国家机械制造业不断而发展，金属制品的使用范围也越来越广。然而金属材料的热处理直接决定着金属制品的质量。所以，对于金属材料的热处理技术要提高重视。当前比较重要的探究话题是金属的节能性。研究金属材料热处理技术，可以崔进企业的长久发展，提高企业金属制品的生产效率。因此，企业要改变传统的生产观念，加大研究金属材料热处理技术的研究力度。结合企业实际的生产情况。合理利用金属热处理技术，使企业的利益最大化。
1. 金属材料分类
1. 多孔金属
目前，最常用的金属材料是多孔金属，多孔金属材料具有很强的渗透性。在使用的过程中，多孔金属的孔径是可以调整的，而且它对于高温的耐受性较强。因此其是比较理想的材料。在实际应用中，多孔金属的能量吸收的特点是非常明显的。因为多孔金属上的孔比较多，所以在散热器和热交替等机械制造中使用较多。其次，多孔因为吸磁功能较好，在移动电磁的制作中也经常使用。
1. 纳米金属材料 随着纳米技术的不断深入研究和应用领域的不断扩大，人们的社会生活中很多地方会使用到纳米金属材料，根据目前研究，如果一种物质的大小到纳米级时，其物理和化学性能会发生巨大的变化。使用纳米技术，可以使金属材料的结构变得特别精细。进而会改善金属材料的化学和物理性能。金属材料使用中铝基纳米复合材料是主要使用材料。该材料具有优良的抗疲劳性能和高强度，具有很大的应用价值。
1. 金属材料的性能与热处理工艺的关系
1. 金属材料的耐久性和热处理应力
当金属材料长时间放置在户外或在高腐蚀性环境中时，它们会根据负载条件产生不同程度的腐蚀。所以，工作人员应该注意材料的耐用性与热处理应力之间的关系。通常来说，在金属材料的热处理过程中，热处理应力与金属材料的尺寸有着密切的关系。有必要将热处理残余应力对金属材料的负面影响降至最低。提高金属材料的耐久性和质量。
铝钢异种材料焊接研究现状与发展
铝钢异种材料焊接研究现状与发展铝钢异种材料的焊接是一种常用的重要连接方式，它是在热加工的情况下，把两种不同的金属或非金属材料经由填充材料的辅助焊接而成为一体，从而达到坚固连接、结构固定和抗外力作用的效果。
近年来，随着技术的发展和铝钢异种材料应用的增多，铝钢异种材料焊接成为一种重要的焊接方式。
本文就铝钢异种材料焊接研究现状与发展进行综述，旨在进一步发展铝钢异种材料焊接技术，为科学研究提供一定的理论基础。
一、钢异种材料焊接的基本性能铝钢异种材料焊接具有良好的工艺性能，可以实现快速焊接、结构化焊接及定位精度的控制。
同时，铝钢异种材料焊接具有一定的高温耐受性和抗腐蚀性，不易因外部温度和湿度的变化而受到影响。
有限度的改变焊缝结构可增加材料的强度和耐磨性，以及抗腐蚀性、颜色不变性等性能。
但是，由于铝钢异种材料的焊接过程中易受到外部的机械应力和温度、湿度的影响，所以必须采取一定的措施来控制这些因素。
并且由于材料的物理、化学性能不同，对焊接后材料结构形状、强度、粘接性和可靠性的要求也不同，因此在选择焊接方式和技术参数时，需要综合考虑这些因素。
二、究现状铝钢异种材料焊接的研究现状主要包括焊接技术及研究、基础研究及数值模拟、材料及材料组合研究等方面。
在发展的过程中，各种焊接方法的性能也有所提高，如单晶焊接（SMAW）、电弧焊接（MMAW）及埋弧焊接（TIG）等。
焊接参数的研究也不断深入，如焊接电流、电压、材料厚度、温度和湿度等。
相关研究成果表明，改变不同参数可以改变焊接特性，改善焊接质量和提高焊接性能。
基础研究的重点是研究焊接温度的分布情况，以及焊缝中残余应力和应变的分布状况等。
不同的焊接方式，焊接温度的分布会有所不同，也会影响焊接的质量和性能。
相关研究成果表明，如使用半结晶或全结晶焊接、无用氩气填充焊接等较新的技术可以显著改善焊接质量。
对于Ⅱ型铝钢异种材料焊接，如不锈钢/铝、铝/铁、铝/铜等，目前主要进行材料组合的研究，以及进行c温度和弹性的考察。
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金属材料加工技术研究和发展第一章：概述
金属材料加工技术是指通过对金属材料进行切削、切割、热处
理等加工手段，使其达到预期形状、尺寸、质量要求的过程。
这
是制造业中极其重要的一环，涉及到航空、航天、汽车、家电等
多个领域。
本文旨在介绍金属材料加工技术的研究和发展现状。
第二章：单向加工技术
单向加工技术主要包括机械加工、电加工和热加工。
其中机械
加工是指通过机床对金属材料进行切削、钻孔、铣削等操作，以
达到预期形状和尺寸的过程。
电加工是指通过锯、电镀等手段对
金属材料进行加工。
热加工则是指通过高温熔化金属材料进行变形，以实现预期形状。
其中，机械加工是最为常用的单向加工技术，它可以分为钻孔、铣削、车削、磨削等多种加工方式。
机械加工技术在工业和制造
业中应用广泛，其中最为重要的应用是数字控制机床技术。
第三章：多向加工技术
多向加工技术主要包括过程联合加工、精密组合加工和智能加工。
过程联合加工是指通过多种加工工艺协同实现对金属材料进
行加工。
精密组合加工则是指通过多种加工工艺对不同材料进行
加工，并组合在一起，以达到预期形状和尺寸。
智能加工则是指
基于人工智能的加工技术，通过对加工参数的优化和智能控制来
达到预期结果。
其中，智能加工是目前的研究热点，它可以实现更高效、更环保、更智能的加工过程。
在智能加工技术中，人工智能算法成为
加工优化的核心，其可以通过算法优化加工过程，降低加工成本，提升加工效率，同时减少对环境的影响。
第四章：发展趋势
随着科技的进步和人类对生活质量不断的追求，金属材料加工
技术不断发展。
未来，金属材料加工技术将朝着智能化、高效化、精度化、绿色化的方向发展，其中包括以下几个方面的趋势：
1. 机器人技术的应用。
机器人技术在金属材料加工技术中已经
有了广泛的应用，未来将更多的与人工智能技术结合达到更高效
的加工。
2. 高精度加工技术的发展。
高精度加工技术将不断发展壮大，
未来将实现更高的精度和更小的误差，从而逐步替代手工加工。
3. 高效液压系统的应用。
高效液压系统可以有效提升机床效率
和减少能源消耗，未来将越来越广泛地应用在金属材料加工技术中。
4. 质量控制技术的进步。
实时质量监测和控制技术将不断发展，实现对加工过程的精确、统一的质量控制。
总结：
金属材料加工技术的研究和发展是制造业的重要组成部分，未来的发展趋势将更加智能化、高效化、精度化和绿色化。
各类单向和多向加工技术的不断完善和发展为实现这一目标提供了有利的条件。