噴射成形是用高壓惰性氣體將合金液流霧化成細(xì)小熔滴,在高速氣流下飛行并冷卻,在尚未完全凝固前沉積成坯件的一種工藝。它具有所獲材料晶粒細(xì)小、組織均勻、能夠抑制宏觀偏析等快速凝固技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn),又具有從合金熔煉到近終成型一步完成的優(yōu)勢,因而引起人們高度重視。
鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、韌性好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),在航空航天工業(yè)中被廣泛用作結(jié)構(gòu)材料,同時,也正在積極開發(fā)作為汽車先進(jìn)材料而應(yīng)用于高檔轎車發(fā)動機(jī)。
鑄造工藝是傳統(tǒng)鋁合金主要制備方法,但已難以滿足制備高性能鋁合金的需要。第一,傳統(tǒng)工藝已經(jīng)難以進(jìn)一步提高強(qiáng)度、塑性、剛度、耐熱性和耐腐蝕性;第二,在追求高性能的過程中,鑄造工藝成本由于增添設(shè)備和成品率下降而迅速上升;第三,由于合金含量上升,塑性往往降低,因而后續(xù)壓力加工成本上升、成品率降低。因此,生產(chǎn)的高成本大大提高了先進(jìn)鋁合金的使用門檻,嚴(yán)重影響整體市場規(guī)模的發(fā)展。在這些方面,噴射成形工藝正好具有性能和綜合成本的雙重優(yōu)勢,可使先進(jìn)鋁合金的使用門檻降低,還可以進(jìn)一步提高性能,在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)以鋁代鋼,從而迅速培育先進(jìn)鋁合金的市場,并反過來促進(jìn)噴射成形工藝獲得規(guī)模成本優(yōu)勢。因此,噴射成形工藝將成為先進(jìn)鋁合金的主要生產(chǎn)工藝。
目前已獲成功的噴射成形高性能鋁合金材料主要有以下幾種:
(1)高強(qiáng)鋁合金。如Al—Zn系超高強(qiáng)鋁合金。由于Al—Zn系合金的凝固結(jié)晶范圍寬,比重差異大,采用傳統(tǒng)鑄造方法生產(chǎn)時,易產(chǎn)生宏觀偏析且熱裂傾向大。噴射成形技術(shù)的快速凝固特性可很好解決這一問題。在發(fā)達(dá)國家已被應(yīng)用于航空航天飛行器部件以及汽車發(fā)動機(jī)的連桿、軸支撐座等關(guān)鍵部件?! 。?)高比強(qiáng)、高比模量鋁合金。Al-Li合金具有密度小,彈性模量高等特點(diǎn),是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ暮娇?、航天用結(jié)構(gòu)材料。鑄錠冶金法在一定程度上限制了Al-Li合金性能潛力的充分發(fā)揮。噴射成形快速凝固技術(shù)為Al-Li合金的發(fā)展開辟了一條新的途徑。
(3)低膨脹、耐磨鋁合金。如過共晶Al—Si系高強(qiáng)耐磨鋁合金。該合金具有熱膨脹系數(shù)低、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn),但采用傳統(tǒng)鑄造工藝時,會形成粗大的初生Si相,導(dǎo)致材料性能惡化。噴射成形的快速凝固特點(diǎn)有效地克服了這個問題。目前噴射成形Al—Si合金在發(fā)達(dá)國家已被制成轎車發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)襯套等部件。
鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、韌性好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),在航空航天工業(yè)中被廣泛用作結(jié)構(gòu)材料,同時,也正在積極開發(fā)作為汽車先進(jìn)材料而應(yīng)用于高檔轎車發(fā)動機(jī)。
鑄造工藝是傳統(tǒng)鋁合金主要制備方法,但已難以滿足制備高性能鋁合金的需要。第一,傳統(tǒng)工藝已經(jīng)難以進(jìn)一步提高強(qiáng)度、塑性、剛度、耐熱性和耐腐蝕性;第二,在追求高性能的過程中,鑄造工藝成本由于增添設(shè)備和成品率下降而迅速上升;第三,由于合金含量上升,塑性往往降低,因而后續(xù)壓力加工成本上升、成品率降低。因此,生產(chǎn)的高成本大大提高了先進(jìn)鋁合金的使用門檻,嚴(yán)重影響整體市場規(guī)模的發(fā)展。在這些方面,噴射成形工藝正好具有性能和綜合成本的雙重優(yōu)勢,可使先進(jìn)鋁合金的使用門檻降低,還可以進(jìn)一步提高性能,在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)以鋁代鋼,從而迅速培育先進(jìn)鋁合金的市場,并反過來促進(jìn)噴射成形工藝獲得規(guī)模成本優(yōu)勢。因此,噴射成形工藝將成為先進(jìn)鋁合金的主要生產(chǎn)工藝。
目前已獲成功的噴射成形高性能鋁合金材料主要有以下幾種:
(1)高強(qiáng)鋁合金。如Al—Zn系超高強(qiáng)鋁合金。由于Al—Zn系合金的凝固結(jié)晶范圍寬,比重差異大,采用傳統(tǒng)鑄造方法生產(chǎn)時,易產(chǎn)生宏觀偏析且熱裂傾向大。噴射成形技術(shù)的快速凝固特性可很好解決這一問題。在發(fā)達(dá)國家已被應(yīng)用于航空航天飛行器部件以及汽車發(fā)動機(jī)的連桿、軸支撐座等關(guān)鍵部件?! 。?)高比強(qiáng)、高比模量鋁合金。Al-Li合金具有密度小,彈性模量高等特點(diǎn),是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ暮娇?、航天用結(jié)構(gòu)材料。鑄錠冶金法在一定程度上限制了Al-Li合金性能潛力的充分發(fā)揮。噴射成形快速凝固技術(shù)為Al-Li合金的發(fā)展開辟了一條新的途徑。
(3)低膨脹、耐磨鋁合金。如過共晶Al—Si系高強(qiáng)耐磨鋁合金。該合金具有熱膨脹系數(shù)低、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn),但采用傳統(tǒng)鑄造工藝時,會形成粗大的初生Si相,導(dǎo)致材料性能惡化。噴射成形的快速凝固特點(diǎn)有效地克服了這個問題。目前噴射成形Al—Si合金在發(fā)達(dá)國家已被制成轎車發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)襯套等部件。
4)耐熱鋁合金。如Al—Fe—V—Si系耐熱鋁合金。該合金具有良好室溫和高溫強(qiáng)韌性、良好的抗蝕性,可以在150~300℃甚至更高的溫度范圍使用,部分替代在這一溫度范圍工作的鈦合金和耐熱鋼,以減輕重量、降低成本。噴射成形工藝可以通過最少的工序直接從液態(tài)金屬制取具有快速凝固組織特征、整體致密、尺寸較大的坯件,從而可以解決傳統(tǒng)工藝的問題?! 。?)鋁基復(fù)合材料。將噴射成形技術(shù)與鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)結(jié)合在一起,開發(fā)出一種“噴射共成形(Sprayco-deposiion)”技術(shù),很好地解決了增強(qiáng)粒子的偏析問題?! 〗K豪然噴射成形合金有限公司是目前國內(nèi)首家專業(yè)從事噴射成形高性能合金研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。該公司成立于2008年6月,坐落于江南歷史文化名城--鎮(zhèn)江。其產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空航天、國防工業(yè)等高端領(lǐng)域亟需的關(guān)鍵合金材料,主要包括鋁合金、硅鋁電子封裝材料、合金鋼等,年生產(chǎn)能力分別達(dá)1500、300、2000噸。
該公司現(xiàn)有兩條噴射成形鋁合金生產(chǎn)線,可生產(chǎn)具有國際領(lǐng)先水平的高強(qiáng)韌、耐高溫、高剛度、耐磨損鋁合金,能夠為客戶提供噴射成形錠坯、深加工——熱處理毛坯及構(gòu)件產(chǎn)品。噴射成形合金錠坯達(dá)到Φ500×1600mm,為客戶提供各種工業(yè)規(guī)格的產(chǎn)品,并可以開發(fā)特種規(guī)格、特種性能的產(chǎn)品?! ≈饕a(chǎn)品:
(1)高強(qiáng)韌7055鋁合金型材,T6態(tài)抗拉強(qiáng)度720MPa,伸長率10%,已在航天、航空、重工領(lǐng)域得到應(yīng)用,市場前景廣闊??梢蚤_發(fā)800MPa級鋁合金滿足更高需求;
(2)高剛度鋁合金,T6態(tài)抗拉強(qiáng)度560MPa,彈性模量95GPa,熱膨脹系數(shù)低于20ppm/K;
(3)耐熱鋁合金,不進(jìn)行熱處理,350℃抗拉強(qiáng)度200MPa,室溫彈性模量85GPa;
(4)輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金,比重2.55g/cm3,抗拉強(qiáng)度550MPa;
(5)低熱膨脹硅鋁合金,熱膨脹系數(shù)最低達(dá)到7ppm/K,導(dǎo)熱系數(shù)大于100W/(mK)。
該公司現(xiàn)有兩條噴射成形鋁合金生產(chǎn)線,可生產(chǎn)具有國際領(lǐng)先水平的高強(qiáng)韌、耐高溫、高剛度、耐磨損鋁合金,能夠為客戶提供噴射成形錠坯、深加工——熱處理毛坯及構(gòu)件產(chǎn)品。噴射成形合金錠坯達(dá)到Φ500×1600mm,為客戶提供各種工業(yè)規(guī)格的產(chǎn)品,并可以開發(fā)特種規(guī)格、特種性能的產(chǎn)品?! ≈饕a(chǎn)品:
(1)高強(qiáng)韌7055鋁合金型材,T6態(tài)抗拉強(qiáng)度720MPa,伸長率10%,已在航天、航空、重工領(lǐng)域得到應(yīng)用,市場前景廣闊??梢蚤_發(fā)800MPa級鋁合金滿足更高需求;
(2)高剛度鋁合金,T6態(tài)抗拉強(qiáng)度560MPa,彈性模量95GPa,熱膨脹系數(shù)低于20ppm/K;
(3)耐熱鋁合金,不進(jìn)行熱處理,350℃抗拉強(qiáng)度200MPa,室溫彈性模量85GPa;
(4)輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金,比重2.55g/cm3,抗拉強(qiáng)度550MPa;
(5)低熱膨脹硅鋁合金,熱膨脹系數(shù)最低達(dá)到7ppm/K,導(dǎo)熱系數(shù)大于100W/(mK)。