金属基复合材料范文

金属基复合材料范文第1篇

【关键词】金属基复合材料 性能 关键技术

一、背景

20世纪60年代，美国航天飞机主舱体的主龙骨的支柱就采用了硼纤维增强铝基复合材料；20世纪80年代初期，逐渐强化对碳纤维增强铝基复合材料制备工艺技术研究力度，如压铸、半固态复合铸造以及喷射沉积和原位金属直接氧化法、反应生成法。80年中期开始加强对金属基复合材料界面稳定性研究。

二、金属基复合材料特征性能内容

高强度、高模量、低密度的增强纤维的加入，使MMC的比强度和比模量成倍地提高；良好的高温稳定性和热冲击性。金属基体的高温性能比聚合物高很多，加上增强材料主要为无机物，在高温下具有很高的强度和模量，因此MMC比基体金属具有更高的高温性能；热膨胀系数小、尺寸稳定性好；良好的导热性；不吸潮、不老化、气密性好。

三、MMC的制备工艺和制备方法研究

金属基复合材料的制备工艺研究主要包含以下几个方面：金属基体和增强物的结合方式和结合性；增强物在金属基体中的混合分布情况；降低成本，复合材料硬度、稳定性的提升；避免连续性纤维在制作中的出现伤损状况。

目前制备方法有固态法，液态法，喷涂喷射沉积，原位复合等。

（一）固态法。固态法指在制备过程中把纤维、颗粒等与金属基体按照原始设计要求，通过低温、高压条件将二者复合粘结，最终形成金属基复合材料。该制备方法整个工艺保持在低温环境下、且金属材料和纤维、颗粒等增强物状态呈现为固态、界面反应不严重。固态法制备工艺包含以下两个方面：

1.扩散结合。扩散结合是指金属材料在一定温度和压强下，把新鲜清洁表面的金属和增强材料，通过表面原子的互相扩散而连接在一起的固态化焊接技术。如图

2.粉末冶金。粉末冶金（Powder Metallurgy）适应范围广，对于长纤维、短纤维、颗粒性金属基增强材料的制备都适合，粉末冶金制作工艺是将金属材料和增强物（颗粒、纤维等）按照一定要求混合，并经过压制、烧结及后期一系列处理工艺制成金属基复合材料。在制备过程中，为提升该方法产品的压制性和烧制收缩率，可根据实际需要加入液相烧结组元，通过这种工艺制备的金属基复合材料可有效增强其室、常温条件下材料的硬度、耐磨度的部分。[1]粉末冶金法工艺过程如下图

（二）液态法。液态法包含压铸、半固态的符合铸造、搅拌法和无压渗透法等，根据其内容划分又称之为“熔铸法”。这些方法的共同持点是金属基体在制备复合材料时均处于液态。这种方法优点显著，成本低、基础设施要求不高，且只需要一次性即可完成，它的这些优势决定其可批量大规模进行生产。其中日本松下润二 采用离心铸造法制造出AlSi 基石墨增强复合材料[2]。

（三）喷涂与喷射沉积。喷涂沉积主要应用于纤维增强金属基复合材料的预制层的制备，亦可以作为获取层状复合材料坯料的方法。该工艺主要用作颗粒型金属复合材料的制作，其最大的优势在于对增强材料、金属润湿要求不高，接触时间较短且界面反应量少。

（四）原位复合。解决了增强材料与金属基体之间的相容性问题、即增强材料与金属基体的润湿性要求。解决了高温下的界面反应等。例如：

四、技术关键以及难点

主要是加工温度高，性能波动，成本高以及制造工艺中的金属基复合材料中的金属与增强物的相容性。

五、应用前景

金属基复合材料独特优势，决定其必然在将来得到广泛利用，并得到规模生产，且伴随着科技发展，其成本亦会变得越来越低。当前就工艺技术而言，铸造法和原位复合法得到广泛应用，前者工艺流程简易、且成本廉价，而后者具备优良工艺特征，具备极强发展前景。若将来可综合二者，金属基复合材料将会取得更为显著的成果。

参考文献：

[1]林文松，林元元.颗粒强化钢铁基复合材料的研究现状及展望[J].粉末冶金工业，2001，11（5）.

金属基复合材料范文第2篇

关键词：金属基；复合材料；加工技术

复合材料不仅具备了高性能、耐高温等优点，而且由于其结构具有可设计性、长寿命与减重等特征，因而在航空航天领域之中的应用变得愈来愈广泛。复合材料是如今复材零件使用中周期偏长、成本偏高，而且风险也相当大的一道工序。在我国创建复合材料的产业链过程中尚具有比较大的问题。有关配套加工技术还不够成熟，因而在复合材料加工上的技术研究上投入的人、财、物力也具有不足之处，与西方国家先进的材料加工技术研究比较起来尚有比较大的距离。正是由于复合材料加工技术尤其是金属基复合材料加工技术在诸多方面得到了非常多的运用，所以加大材料加工技术的探究，显得极为重要。

一、复合材料加工技术概述

复合材料是一种多相材料。这里所说的多相，主要是指具有两种或以上的化学性能的相关材料。复合材料则是把多相材料通过诸多加工方法进行加工而合成。复合材料具有的两相分别为增强相与基体相。复合材料主要存在两种加工技术，也就是常规加工方法与特种加工方法。常规加工法和金属加工法是一样的，加工手段相对较为简单，而工艺也比较成熟。但是，一旦加工复杂工件之时就会对刀具造成极大的磨损，其加工的质量不够好，且在加工中形成的粉末极易对人体造成极大的影响。后者相对来说比较容易加以监控，而在加工的过程中，切削刀具和被加工的工件接触量非常小以至于为零，这就十分有利于自动化加工。然而，由于复合材料所具有的复杂性，导致特种加工之运用也会遭受限制，因此，一般来说，常规性加工的运用比较多。

二、金属基复合材料加工技术分析

所谓金属基复合材料，主要是指以金属及合金为基础，使用陶瓷颗粒和纤维等为强化材料复合起来的一种高质量的材料。因为这类材料具备了强度比较高、耐热与耐磨、稳定性高等良好的性能，从而让这类材料已经成为诸多实践领域之中最具有吸引力的一类材料。该材料大量运用在航空和军事等诸多领域。在金属基复合材料的生产过程之中，为切实降低材料的生产成本与提升性能，通常是先把该材料制作为铸锭与初级板材之后，再通过二次加工成形以制做出能够直接运用的零件等。由于精密加工技术的不断发展，对精密化、洁净化、精度较高的材料需求量不断增加，精准化与高韧度的金属基复合材料市场份额变得愈来愈大。所以，对这种复合材料的加工技术进行深入研究，对于推动机械加工技术的推广运用具备了十分突出的实际意义。

三、金属基复合材料加工的具体技术手段

一是切削加工技术手段。金属基复合材料加工技术是一种常用的技术手段。通过认识与把握材料切削加工的常见规律，准确选择刀具与切削的用量，这样一来才能确保加工质量以及相当高的成效。使用硬质合金以及高速钢等为主要的切削刀具，探究了碳化硅颗粒提高铝基复合材料之中的碳化硅含量和尺寸等参数对于切削加工性能所造成的影响。有研究证明碳化硅的颗粒尺寸一旦愈大、含量愈多，刀具所产生的磨损度也更加快。碳化硅的颗粒一旦比较粗大，其加工工件的外表也就会相当粗糙，而且随着颗粒含量持续增加而不断增加，复合材料对于刀具造成的磨损也会越大。使用聚晶金刚石刀具，可以对颗粒增强对复合材料的制备性能进行深入研究。在达到某种切削速度之时，材料对于刀具所造成的损耗是最小的，而且工件外表的粗糙度比较好。在运用常见加工设备之时，侧重于刀具结构的改进与创新，这是提升工作效率的更具有可行性的方式。

二是线切割加工技术手段。传统意义上的刀具只适合于加工体粒径比较小而且含量比较少的那些复合材料。当体粒径不断增加而且含量不断增多之后，高速钢与硬质合金等普通刀具的磨损相当快，即便于选择了高硬度刀具加以切削，其使用寿命也难以让使用者满意。因为这一情况，把特种加工法运用到此类材料之中就非常有必要。当前运用电火花线来切割加工颗粒以强化复合材料的研究已经有了大量的报道，而切割的速度以及切割之后的外表粗糙度则是十分重要的加工参数。通过探究电参数对于电火花线进行切割加工，可以对复合材料切割快慢以及外表粗糙度造成一定的影响。使用扫描电镜来分析复合材料线所切割的加工外表的样貌。脉冲的间隔对于外表粗糙度的影响并不是很大，在其达到了某种程度之时，表面上的粗糙度往往不会受到影响。通过选择比较大的峰值电流以及比较短的脉冲宽度，可以对复合材料实施比较理想的电火花线进行切割和加工。这类材料的线切割加工必须要科学地选择电加工的参数，电极间的电压一定要高出间隙以击穿电压，合理地确定电极与工件彼此间所具有的距离，合理地选择电介液绝缘力而且对间隙污染实施合理评估与清除。

三是磨削加工手段。对金属基复合材料实施磨削加工，主要是指运用磨具所具有的切削力，除了工件外表的那些多余层，可以让工件的外表质量能够达到预定要求的一些加工手段。如今，经常见到的金属基复合材料磨削加工手段主要包括了外圆磨削、内圆磨削以及成形面磨削等。这类材料所具有的磨削特点受到了增强相以及其所用的砂轮类型造成的影响，提高材料所具有的磨削方式，而软性金属堵塞砂轮则是砂轮丧失效力的一个重要因素，而磨削加工过程中所出F的主要问题就是砂轮的堵塞、磨削区出现冷却。所以说，在进行实验的条件之下，磨削颗粒增强型的复合材料之中，碳化硅砂轮的表现相当突出，其在磨削力、粗糙度等各个方面均超出了CBN以及金刚石磨料砂轮等材料。利用陶瓷基SiC砂轮以及树脂结合剂金刚石砂轮等对增强型复合材料所实施的磨削证明了SiC砂轮可用于粗磨之中。在粗磨过程中，工件磨削表面上会产生基体金属涂敷等问题，从而切实地降低表面具有的粗糙度。金刚石砂轮十分适合于进行精磨。在精磨过程中，基体材料并无显著的涂敷状况。利用细粒度金刚石砂轮，可以对1um深的磨削区实施材料的延性化磨削，其表面和亚表面并无裂纹或者缺陷出现，能够促进增强相之延性。所以说，磨削是金属基复合材料加工当中极有发展前景的加工方式之一，能实现无损化加工。

四是钻削和振动切削加工手段。碳化硅铝基复合材料的性能有别于普通钢铁材料，一般是使用整体或者涂层金刚石钻头实施孔加工。钻削加工当中出现的刀具磨损以及加工表面质量则是判断其可加工性能的重要指标。对铝合金复合材料刀具所产生的磨损以及表面质量开展试验性研究。在钻削铝合金复合材料的过程之中，钻头磨损如果发生于后刀面，产生磨损的原因则是磨料的磨损。运用扫描电镜可发现钻头后和切削速度方向保持一致的磨损沟，而钻头的横刃与外缘处也存在着磨损。刀具耐用度首推YG8钻头，TiN涂层以及深冷钻头质量较次，而HSS钻头则是最差的。当前，国内外对于金属基复合材料振动切削与加工的研究相对较少。超声振动切削作为特种加工技术手段之一，具备了减小切削力与降低表面粗糙程度、提升加工精度并且延长刀具寿命等特点。通过对铝基复合材料所进行的振动切削开展研究，把振动切削复合材料的所具有的切屑形态、变形系数以及剪切角切削形貌与粗糙度、残余应力等开展对比与研究，可以发现振动切削铝基复合材料具备了降低切屑变形、降低表面损伤程度与粗糙度、加大表面压应力等功能，这样一来就为金属基复合材料实施精密化切削探索出了一条崭新的发展途径。

四、结束语

综上所述，复合材料加工技术均有各自不同的特色，其中金属基复合材料属于具备组分材料难以拥有的全新优质性能的一种先进材料。因为复合材料的制造成本相对来说比较高，所以在其加工的过程之中应当尽可能地提升材料的利用率，切实降低能源所产生的消耗，推动我国清洁材料的生产。目前阶段，应当致力于发展各类二次成形之后的零件不再需要进行加工或少加工即可得到成品的技术，从而不断推动金属基复合材料的精密化、清洁化与高效化生产。

参考文献：

[1]沃丁柱. 复合材料大全[M]. 北京：化学工业出版社，2000.

[2]程秀全. 航空工程材料[M]. 北京：国防工业出版社，2009.

[3]汪周斌，付晓阳. 复合材料加工技术研究[J]. 科技资讯，2011（21）.

金属基复合材料范文第3篇

【关键词】锌镀层；耐蚀；纳米氧化铈；金属基复合材料

锌镀层用于防止钢铁制品的锈蚀，已有200多年的历史，至今，它在钢铁材料防蚀涂层中仍占有重要的地位。锌镀层的使用寿命取决于镀层的耐蚀能力，镀层的耐蚀能力越强，则镀层的使用寿命就越长。随着日益发展的科技与经济的需要，如何更好的改善镀层的耐蚀能力对镀层材料提出了更高的要求。

一、土元素在镀锌防腐蚀应用研究中的进展

随着对稀土材料的开发研究，人们逐渐认识到其优越性，并将其应用在不同领域。20世纪80年代，hinton和wilson首次研究了稀土对纯锌的缓蚀作用，发现1.0g/l的cecl3可使纯锌的腐蚀速率降低到原来的1/10，使电镀锌的腐蚀速率降低到原来的1/2，腐蚀试验完毕后纯锌和电镀锌表面形成了一层黄色的膜。之后，hinton进一步研究了纯锌和电镀锌表面的稀土转化膜的成分和结构，发现膜中主要组成物质是ceo2和zn，并且ce是以四价形式存在于膜中的。昆明理工大学的郭忠诚副教授在1996年第5期的《金属学报》中发表过一篇《稀土对复合镀工艺及镀层性能的影响》，研究了稀土对ni-sic复合镀工艺及镀层性能的影响。结果表明，添加适量的稀土能显著地提高复合镀层中微粒的含量、硬度和耐磨性。

已有研究表明，加入稀土氧化物ceo2所产生作用如下：

1．稀土元素细化微观组织结构，减小第二相树状晶体间距和涂层夹杂物含量；

2．稀土元素的加入对减少涂层金属材料在基体上的扩散是很有效的；

3．稀土元素可以增大衍射角，降低晶体面间距和点阵常数；

4．稀土元素的加入提高抗腐蚀性能，钝化显著提高，腐蚀速率明显降低。

但是，稀土元素对于降低镀层腐蚀速率幅度与人们的期望值相比还略显不足，故此工艺也未能在生产中获得广泛应用。

二、纳米金属基复合材料的优越性分析

在镀层中添加纳米微粒改善锌镀层的耐蚀性，是在纳米技术之上建立起来的新方法。纳米微粒具有很多独特的物理及化学性能包括表面效应，体积效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性质。纳米材料这种非凡的特性赋予了这种方法广泛的发展前景，值得进一步深入研究。材料的分子尺度或纳米尺度设计是目前高性能复合材料研究的前沿科学。roy和kormameni等于1984年首次提出了纳米复合材料（nanocomposite）的概念，即复合物的分散相至少有一相的一维尺度在100纳米以下。由于纳米复合材料的基体相和分散相的界面面积特别大，如果能把分散相和基体相性质充分的结合起来，将大大改进和提高材料的性能。纳米颗粒在基体相中的作用不仅仅是补强，还能赋予基体很多别的性能。如由于其粒子尺寸小，透光性好，将其加入塑料中可以使塑料变得很致密。在半透膜中添加纳米材料后，不但透明的程度增加，韧性、强度也有所改善，且防水性大大增强。经过测试，纳米复合材料的性能优于同组分的常规复合材料。因此，制备纳米复合材料是获取高性能材料的有效方法之一。纳米复合材料按基体材料类型可以分为3种：金属基纳米复合材料、陶瓷基纳米复合材料、聚合物基纳米复合材料。金属基纳米复合材料是由纳米级的金属或非金属粒子均匀地弥散在金属及合金基体中而成，较之传统的金属基复合材料，其比强度、比模量、耐磨性、导电、导热性能等均有大幅度的提高。从国内外文献报道情况来看，目前，世界各国所发展的纳米复合材料多局限于聚合物材料中，而采用纳米粉体改性整体金属材料方面所做的工作却比较少。这是因为对于金属材料基体而言，尚无特别好的分散方法对团聚状态的纳米粉体进行分散。纳米金属基复合材料是一个尚未开发的处女地，是很有前景的一种新材料，这也是本课题需要解决的难点。

三、纳米氧化铈/锌金属基复合材料的制备和应用

金属基纳米复合材料的制备比聚合物基纳米复合材料要复杂和困难得多，这与金属的固有物理、化学特性有关。目前，制备金属基纳米复合材料的主要难点在于：

1．巨大的表面所产生的表面能使具有纳米尺寸的物体之间存在极强的团聚作用而使颗粒尺寸变大。如何能将这些纳米单元体分散在金属基体中构成复合材料，使之不团聚而保持纳米尺寸的单个体以充分发挥其纳米效应是合成金属基纳米复合材料必须解决的首要问题。然而迄今为止尚无十分有效的分散方法对团聚状态的纳米粉体在金属基体中进行分散。

2．为保证与纳米增强相能进行良好的复合，基体金属必须具有足够的流动性、成型性。但基体金属一般均具有较高的熔点，因此，金属基纳米复合材料在高温制备时势必会发生严重的界面反应、氧化等有害的化学反应如何严格控制界面反应是制备高性能金属基纳米复合材料的又一关键所在。

3．金属基体与纳米第二相之间浸润性差，甚至不浸润，必须设法对纳米微粒进行适当的表面处理以改善与（下转第61页）(上接第62页）基体的浸润性。

本课题拟制备纳米氧化铈/锌金属基复合材料，纳米稀土粉末由于其粒度非常细小、比表面能特别大，通常处于团聚状态，如果将其直接加入到热镀锌镀液中，其团聚现象将更为严重，而且还会产生偏聚。为此，拟采用粉末冶金方法先制备出纳米ceo2/zn复合材料，作为中间体将纳米ceo2带入热镀锌镀液中。但对于常规粉末冶金法而言，混合物的均匀性很大程度上取决于两种粉末粒度的差别，纳米ceo2粉末与纯锌粉末的粒径相差很大，这就决定了粉末混合物的均匀性较差；而且纳米ceo2颗粒又呈团聚状态，所以很难实现纳米ceo2颗粒在锌基体中的弥散均匀分布。为解决这个问题，关键是先制备出均匀的纳米ceo2/zn复合粉末。高能球磨作为一种材料制备的重要工艺方法，日益受到国内外材料科学界的重视。特别是在纳米材料科学与技术领域，有关高能球磨法制备纳米金属、纳米金属间化合物材料、纳米复合材料、非晶材料、纳米陶瓷等的研究很多，并取得了很大的进展。作者采用高能球磨法成功制备出纳米ceo2颗粒弥散均匀包覆、镶嵌在锌颗粒之上的纳米ceo2/zn复合粉末，并通过xrd、sem详细研究了粉体的组成、微观形貌（具体制备方法和结论将在另一篇文章中介绍），这意味着如以这种稀土金属基纳米复合材料作为中间合金代替单纯的锌合金，用在钢铁件表面实施热浸镀，可显著提高锌镀层的耐腐蚀性能，另外，高能球磨法制备工艺简单，成本低廉，容易实现大规模工业化应用。

四、结论

纳米ceo2/zn金属基复合材料在锌镀层中的应用可以使锌镀层的防腐能力得到质的飞跃，这在纳米涂层材料的开发应用方面提出了一种新思路，具体的实施还有待于进一步研究，但在锌镀层方面的应用毫无疑问有着极为广泛的应用前景。 【参考文献】

[1]骆心怡，何建平，朱正吼．纳米氧化铈颗粒对电沉积锌层耐蚀性的影响[j]．材料保护，2003，36(1).

[2]黄新民，吴玉程，郑玉春．纳米颗粒对复合镀层性能的影响[j]．兵器材料科学与工程，1999，22(6).

[3]邓姝皓，龚竹青，陈文汩．电陈积纳米晶体材料的研究现状与发展[j]．电镀与涂饰，2001，20(4).

[4]郭忠诚，王敏，刘洪康，王志英．电镀法制取耐磨耐蚀复合镀层的性能研究[j]．机械工程材料，1998，22(1).

金属基复合材料范文第4篇

关键词：金属基复合材料；网状陶瓷增强体；润湿性；泡沫陶瓷；铸造方法 文献标识码：A

中图分类号：TB331 文章编号：1009-2374（2015）23-0070-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.036

网状陶瓷增强金属基复合材料的制备是采用铸造方法，以金属作为基体，以网络结构陶瓷骨架作为增强相，将金属液浇注到网络陶瓷的孔隙内部形成复合材料。此法制备的复合材料具有高耐磨性、高耐蚀性、高强度和高硬度等特点，是研究新型复合材料的一个新突破点。

1 研究现状

国内对网状陶瓷增强金属基复合材料的研究主要集中在Al和Mg等轻金属方面，而对钢铁等重金属的研究较少。耿浩然等制备了Si3N4网络结构陶瓷预制体骨架，然后利用无压浸渗理论制备出Si3N4/Mg复合材料、Si3N4/Al复合材料和Al2O3/Mg复合材料。以上网状陶瓷增强金属基复合材料的研究仅限于轻金属。邢宏伟等用挤压铸造法制备了三维网络SiC/铜合金基复合材料，结果发现，骨架孔径的减小有细化晶粒、减轻偏析和抑制铅的偏聚等作用。骨架的存在使锡均匀分散于复合材料网孔边缘SiC骨架表层附近的微小区域。张友寿等通过铸造法使金属液渗入粗颗粒陶瓷预制体间隙来获得金属陶瓷复合材料，但是对陶瓷颗粒的尺寸要求极为严格。李祖来等利用V-EPC法以陶瓷WC颗粒作为增强体，使用高碳铬铁粉末来调节WC颗粒的体积分数，制备出了表面质量好、尺寸精度高、耐磨性能高的表面复合材料。

由于连续网状陶瓷增强金属基复合材料的研究目前还处于起步阶段，国内外的相关报道比较少，如何将二者结合制成复合材料，开发具有良好的强韧性能和高的抗磨损性能的新型金属基复合材料是我们下一步工作研究的重点。

2 网状陶瓷的性能要求

作为金属基复合材料增强体的网状陶瓷预制体必须具有以下特点：陶瓷通孔率要高、强度要高、与金属基体要有良好的润湿性。

只有满足上述要求的泡沫陶瓷预制体才能用于金属基复合材料的制备。因此通常采用有机泡沫浸渍方法制备网状泡沫陶瓷该工艺，这是因为此制备方法工艺简单、成本低，而制得的泡沫陶瓷具有高气孔率和高通

孔率。

3 网状陶瓷增强金属基复合材料的制备方法

3.1 挤压铸造法

挤压铸造法是将一定量的液态金属直接浇入敞开的金属型型腔内，在一定时间内凸型以一定的压力和速度作用于液态金属上，使熔融或半熔融态的金属塑性流动和凝固结晶成形的加工过程。其优点是工艺简单、金属液易于填充到陶瓷网络内部、易于成型、成本低、复合材料性能好。

3.2 负压实型铸造法

此方法也叫消失模铸造法。即采用聚苯乙烯泡沫材料（EPC）把增强体网络陶瓷表面包围后，刷上涂料，晾干后待用。然后将模型埋入干砂中，震实后在负压状态下浇铸的一种新工艺，它可以获得精度高、质量好的铸件。这是因为浇铸过程中有负压的存在，保证了聚苯乙烯泡沫在真空下气化，使其在高温下气化产生的气体及时排放出去，避免了聚苯乙烯泡沫在铸渗工艺中产生的气孔和夹渣等缺陷，不仅显著改善了铸渗层的质量，而且提高了复合材料的结合强度。

4 影响复合材料制备工艺的因素

4.1 金属浇注温度

金属液最佳浇铸温度应高于液相线温度50℃左右。若过低的浇注温度会使金属液迅速降温、凝固，渗透能力变差，不能顺利进入陶瓷孔内，严重影响液态金属的充型和补缩。浇铸温度过高将导致金属熔液严重氧化，在陶瓷骨架内出现缩孔或疏松的缺陷，以至无法形成良好的复合材料。

4.2 铸造成型压力

金属液与网络陶瓷复合时，必须选择适宜的铸造压力。若铸造压力过小，则会出现渗透能力不足的现象，不能使金属液顺利填充到陶瓷网络的每个边角处；若铸造压力过大，金属液的渗透能力就增强，易出现黏砂的缺陷。另外，虽然在模样表面涂有涂料以防止黏砂，但如果负压过大，易使涂料脱落，导致铸件黏砂现象，因次必须选择合适的负压。

4.3 陶瓷孔径

由于钢液浇铸温度较高，所以对泡沫陶瓷的强度要求也高，避免浇铸过程中发生坍塌现象。对于制备的泡沫陶瓷，如果盲孔太多，所得开放连通孔隙率也不足以满足浸渍足够多的金属以制备金属基复合材料的需要。一般来说，为满足随后浸渍成金属基复合材料，要求连通孔率在80%～90%。如果孔隙率较小，金属液来不及扩散到陶瓷孔内部就凝固，得不到组织均匀的复合材料。

4.4 界面润湿性

界面是复合材料中普遍存在且非常重要的组成部分，是影响复合材料行为的关键因素之一。金属基复合材料性能的高低取决于基体和增强体之间的界面结合情况。在网状陶瓷增强的金属基复合材料中，基体和增强体都是承载体，要求强界面结合以充分发挥陶瓷的增强效果。

当前改善金属陶瓷界面润湿性的方法有很多种，常用的简要叙述如下：

4.4.1 添加合金元素。在复合材料中加入Li、Mg、Ca等与氧亲和力高的合金元素，可以明显提高金属液体与陶瓷增强相的润湿性。添加的合金元素起到两个作用：一是降低金属液和陶瓷增强体之间的表面张力；二是可发生有利的界面反应以增加润湿性。

4.4.2 化学镀铜。采用涂装工艺，将网络陶瓷表面电镀一层铜金属以增加陶瓷与金属基体的润湿性。陶瓷表面铜镀层可以提高固体的表面能，用新形成的金属/陶瓷界面代替原来结合性较差的界面，可以提高润湿性，增强界面结合强度。化学镀铜层的厚度也会对复合材料的性能产生一定的影响，因此对镀层厚度应控制在2～4μm。

此外，超声波清洗、对固体陶瓷进行加热处理、固体陶瓷表面覆膜等也是改善增强体与金属液润湿性的有效措施。

5 应用及展望

陶瓷增强金属基复合材料的耐磨性、耐高温性较强，而比弹性模量较低、零件重量较大，因此在耐磨材料、高温合金及工具材料等方面得到广泛的应用。而具有三维空间网络拓扑结构复合材料自身的优越性，使得具备优良高温性能、环保节能、高耐磨性、高强度的三维网络陶瓷增强金属基复合材料必将成为未来的发展

趋势。

参考文献

[1] 尧军平，王薇薇.网络陶瓷增强铝基复合材料的摩擦磨损特性[J].南昌航空工业学院学报（自然科学版），2002，16（2）.

[2] 董盼，汤涛，汤文明，等.双连续相SiC/Al复合材料压渗工艺初探[J].合肥工业大学学报，2001，24（2）.

[3] 耿浩然，王守仁，崔峰，等.网络结构陶瓷增强金属基复合材料的制备[J].济南大学学报，2005，19（2）.

[4] 邢宏伟，曹小明，胡宛平，等.三维网络SiC/Cu金属基复合材料的凝固显微组织[J].材料研究学报，2004，18（6）.

[5] 张友寿，夏露，黄晋.金属液渗流法制造铸铁/陶瓷复合材料的研究[J].Hot Working Technology，2005，（12）.

[6] 邢宏伟，曹小明，胡宛平，等.三维网络SiC/Cu金属基复合材料的凝固显微组织[J].材料研究学报，2004，18（6）.

[7] 李祖来，蒋业华，周荣.V-EPC制备铁基表面复合材料的表面质量和组织[J].特种铸造及有色合金，2005，（1）.

金属基复合材料范文第5篇

关键词：NiAl金属间化合物 Ni-Al合金 制备工艺 研究发展现状

中图分类号：TG22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0080-02

1 NiAl金属间化合物材料的研究现状和应用

Ni-Al金属间化合物主要包括NiAl金属间化合物材料。NiAl金属间化合物材料由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等而被广泛应用在工程领域中。NiAl金属间化合物具有金属键和共价键共存的特点，所以NiAl金属间化合物材料具有较高的力学性能，具有较高的熔点，具有较高的热导率，具有良好的抗氧化性能以及耐腐蚀性能等优点[1-5]。NiAl金属间化合物材料作为耐高温抗氧化结构材料有望在高温工程领域中得到广泛应用[1-5]。由于NiAl金属间化合物具有较高的性能而且制备成本较低，所以在实际应用中具有很大优势。对NiAl金属间化合物的性能进行广泛的研究和应用。但是NiAl金属间化合物材料还存在室温脆性大和抗蠕变性能差等问题[1-5]。为此研究者对NiAl合金开展了广泛的研究[1-5]。NiAl合金的熔点为1638℃，NiAl合金的密度为5.86g/cm3，NiAl合金的弹性模量为294GPa，NiAl合金的热导率较高，NiAl合金的成分比例是Ni50：Al50[5-10]。NiAl金属间化合物材料具有较高的抗高温氧化性能和良好的耐高温性能，但其NiAl合金在室温条件下塑性较差，断裂抗力较差以及高温强度较低等[5-10]。NiAl金属间化合物的使用温度更高[5-10]。所以NiAl合金可以作为高温结构材料应用于更高的温度和环境中[5-10]。NiAl金属间化合物由于具有较高的力学性能，较高的耐磨损性能，良好的抗高温氧化性能而被广泛应用在高温工程领域中。NiAl金属间化合物的组成是Ni元素与Al元素的摩尔比例为50∶50。本文主要详细讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺，力学性能和其他性能以及研究发展现状等，并介绍NiAl金属间化合物材料在工程领域中的应用。并简要介绍NiAl金属间化合物基复合材料的研究现状。并对NiAl金属间化合物未来的研究发展趋势进行分析和预测。

2 NiAl金属间化合物材料的制备技术

NiAl金属间化合物材料可以作为功能材料和结构材料[5-10]。NiAl金属间化合物材料具有较高的力学性能和良好的抗高温氧化性能[5-10]，NiAl金属间化合物材料可以作为高温结构材料和复合材料基体应用在工程领域中[5-10]。NiAl金属间化合物材料的制备方法有很多种类，制备工艺方法将会影响NiAl金属间化合物材料的性能。NiAl金属间化合物材料的制备方法有机械合金化法、热压烧结法和热等静压烧结法，燃烧合成法等。

2.1 机械合金化法

机械合金化是一种制备高温合金粉末和金属间化合物粉末的高能球磨工艺。机械合金化工艺是将不同种金属粉末放入高能球磨机进行机械球磨，通过磨球，粉末和球磨罐之间的强烈相互碰撞，破碎和焊合作用，粉末颗粒发生碰撞粘结，变形断裂和冷焊并被不断细化，金属粉末颗粒就会被粘结在一起形成层状结构的颗粒，继续球磨破碎形成粉末粒度较细的金属合金粉末。从而使得金属混合粉末实现合金化形成金属合金粉末。采用机械合金化球磨工艺可以制备出NiAl金属间化合物材料。利用机械合金化制备纳米晶NiAl金属间化合物，在机械合金化工艺后形成具有纳米结构的NiAl金属间化合物粉末。可以将Ni粉末和Al粉末按照摩尔比例为50∶50进行混合然后进行机械合金化工艺和热处理工艺得到NiAl金属间化合物粉末，并通过热压烧结工艺制备NiAl金属间化合物块材。

2.2 热压烧结法和热等静压法

采用热压烧结和热等静压可以制备致密的NiAl金属间化合物块材。热压烧结法和热等静压法适用于烧结NiAl金属间化合物材料。热等静压处理还能提高NiAl合金的致密性[5-10]。采用机械球磨和热压烧结法合成NiAl金属间化合物块材，按照摩尔比例为50∶50球磨Ni粉末和Al粉末，机械球磨过程中通过反应合成NiAl金属间化合物粉末，最后通过热压烧结工艺制备出NiAl合金块体材料。也可以将机械合金化得到的NiAl合金粉末通过热等静压烧结工艺制备致密的NiAl合金块材。所以可以通过机械合金化工艺制备NiAl合金粉末，并通过热压烧结工艺制备NiAl合金块材[5-10]。

2.3 燃烧合成法

燃烧合成法可以制备NiAl金属间化合物材料。制备方法主要有自蔓延高温合成，热压放热反应合成法等。将Ni粉末和Al粉末通过自蔓延高温合成工艺可以制备NiAl金属间化合物粉末，并通过热压烧结工艺制备NiAl金属间化合物块材。通过热压放热反应合成法可以制备颗粒增强的NiAl金属间化合物基复合材料。

3 NiAl合金的改性研究

改善和提高NiAl金属间化合物性能的主要方法是向NiAl基体中加入合金元素，并且在NiAl金属间化合物材料中取得成功[5-10]。向NiAl合金中加入Ti，Cr，Nb，Si，Fe等形成高温合金材料将提高NiAl合金的抗高温氧化性能和耐高温性能[5-10]。

4 NiAl金属间化合物基复合材料的制备和性能

NiAl金属间化合物材料由于具有较高的力学性能、较高的熔点、较低的密度、较高的导热率、较高的弹性模量以及良好的抗腐蚀性能和抗氧化性能等[5-10]。因此NiAl合金在工业领域中有着广泛的应用前景。制备NiAl金属间化合物基复合材料是NiAl合金材料主要的研究发展方向。制备NiAl合金基复合材料可提高NiAl金属间化合物材料的室温断裂韧性，室温塑性以及高温强度等性能。所以就需要制备NiAl金属间化合物基复合材料，提高NiAl合金的高温力学性能、抗蠕变性能、抗高温氧化性能等[5-10]。

4.1 NiAl纳米晶复合材料

采用纳米颗粒增强和增韧NiAl合金制备NiAl基复合材料可以提高NiAl合金的力学性能、耐磨损性能、抗高温氧化性能等。纳米级颗粒在NiAl合金基体中起到增强和增韧的作用。通过纳米颗粒的强化作用有助于增强NiAl合金材料的抗蠕变能力。制备纳米颗粒增强和增韧的NiAl基复合材料成为提高NiAl合金性能主要方法。此外采用机械合金化工艺制备纳米NiAl合金粉末，并通过热压烧结工艺或者放电等离子烧结工艺制备纳米NiAl合金块材。

4.2 NiAl金属间化合物基复合材料的制备技术和性能

制备NiAl金属间化合物基复合材料的制备方法是将金属颗粒、陶瓷颗粒、晶须和短纤维加入到NiAl金属间化合物基体中，从而制备颗粒增强，晶须增强或短纤维增强的NiAl基复合材料，制备NiAl基复合材料可以提高NiAl合金的室温韧性和室温塑性以及高温强度[5-10]。并通过增强相的增强和增韧作用提高NiAl金属间化合物基复合材料的强度和韧性[5-10]。通过TiB2、TiC颗粒的弥散强化使得NiAl金属间化合物的强度和韧性得到较大提高。通过原位反应合成和热压烧结工艺制备TiB2，TiC颗粒增强NiAl基复合材料。还可以通过热等静压烧结工艺制备颗粒增强NiAl基复合材料[5-10]。热压放热合成工艺是将放热反应合成与热压烧结工艺相结合，用热压放热反应合成工艺制备TiC、TiB2、Al2O3颗粒增强NiAl基复合材料。现在已经制备出NiAl-TiC复合材料、NiAl-TiB2复合材料、NiAl/Cr（Mo）-TiC复合材料和NiAl-Al2O3-TiC复合材料等。还可以将晶须或者短纤维加入到NiAl合金基体中形成晶须增强和增韧的NiAl基复合材料。通过复合后得到的NiAl合金基复合材料的高温强度得到显著提高，韧性和塑性得到明显改善[5-10]。有些研究者研究TiC颗粒增强NiAl（Co）复合材料的合成和力学性能。有些研究者研究NiAl/HfC复合材料的机械合金化和力学性能。有些研究者研究NiAl/TiB2复合材料的显微结构和力学性能。

4.3 NiAl金属间化合物基复合材料的研究发展趋势和发展方向

NiAl金属间化合物基复合材料主要包括：NiAl/Al2O3复合材料，NiAl/TiC复合材料，NiAl/ZrO2复合材料，NiAl/WC复合材料，NiAl/HfC复合材料，NiAl/TiB2复合材料，NiAl/HfB2复合材料，NiAl/AlN复合材料等。还可以将连续纤维与NiAl合金相复合制备连续纤维增强NiAl基复合材料，例如制备Al2O3纤维增强NiAl基复合材料，Mo纤维增强NiAl基复合材料。可以将短纤维或晶须加入到NiAl合金中制备晶须或短纤维增强NiAl基复合材料。还可以制备具有复合层状结构的NiAl/Ni复合材料，NiAl/Al复合材料等。采用扩散粘结法可以制备连续纤维增强NiAl基复合材料。例如连续Mo纤维增强NiAl基复合材料，连续Al2O3纤维增强NiAl基复合材料。连续纤维增强NiAl金属间化合物基复合材料具有较高的力学性能。

5 结语

NiAl金属间化合物由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等而被广泛应用在工程领域中。该文主要讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺和性能以及研究发展情况等。该文主要讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺、力学性能和其他性能以及研究发展现状等，并介绍NiAl金属间化合物在工程领域的应用。NiAl金属间化合物的未来研究发展趋势是开发新型制备工艺制备具有高性能的NiAl金属间化合物材料；将颗粒、晶须和短纤维、连续长纤维等引入到NiAl金属间化合物基体中形成NiAl基复合材料；还可以通过机械合金化工艺制备纳米级NiAl金属间化合物粉末，并通过粉末冶金工艺制备出NiAl金属间化合物纳米块材，可以显著提高NiAl合金的力学性能。

参考文献

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[8] 王淑荷，郭建亭.制备工艺对NiAl-30Fe-Y合金组织与性能的影响[J].航空学报，1996，17（1）：77-84.

[9] 齐义辉，郭建亭，崔传勇.热等静压对NiAl-Cr（Zr）金属间化合物合金显微组织和性能的影响[J].材料工程，2001（7）：15-18.

金属基复合材料范文第6篇

关键词：离心铸造 梯度功能材料 场耦合

中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0071-01

近代科学技术的发展，特别是宇航、火箭、原子能以及机械和化工等工业的发展，对工程材料性能的要求越来越高，如高比强度、高比刚度、耐高温、抗腐蚀、抗疲劳等。这对于单一的金属材料、陶瓷材料或高分子材料来说多是较难实现的，因此就促进了金属基复合材料的问世与发展。与传统材料相比，颗粒增强金属基复合材料不仅兼有金属的高韧性、高塑性优点和增强颗粒的高硬度、高模量优点，而且材料各向同性，可采用传统的金属加工工艺进行加工，因此备受大家关注。碳化硅颗粒增强铝基复合材料的密度仅为钢的1/3，但其强度比纯铝和中碳钢都高，且还具有较高的耐磨性，可以在300℃～350℃的高温下稳定工作，目前已应用于发动机活塞、连杆和刹车片。

1 铝基复合材料的应用

颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低的热膨胀系数、高的微屈服强度、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能，以及材料的可设计性、并可用传统金属材料加工方法加工成形等特点，是最具广阔发展前景的金属基复合材料之一，可广泛应用予航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域。因此，从20世纪80年代初开始，世界各国竞相研究开发这类材料，从材料的制备工艺、微观组织、力学性能与断裂韧性等角度进行了许多基础性研究工作，取得了显著成效。目前，各国相继进入了颗粒增强铝基复合材料的应用研发阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复合材料的工业应用已逐步开始，并且被列为2l世纪新材料应用开发的重要方向。由于铝基复合材料是由基体铝或者铝合金与另外一种或者几种不同物质以不同方式组合而成，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

2 复合材料的性能特点

复合材料是一种混合物，在很多领域都发挥了很大的作用，可代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：（1）纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。（2）夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。（3）细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。（4）混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。

3 铝基复合材料的制备

国内外关于颗粒增强铝基复合材料的制造方法，按照增强颗粒的加入方式可分为强制加入和原位生成两种方法。对于电子封装用高体积分数铝基复合材料制备工艺有多种，国内比较成熟的有粉末冶金法、压力铸造法、浸渗法（真空浸渗、真空压力浸渗）等。粉末冶金法是将陶瓷粉末和基体合金（如铝合金）粉末按照一定配比混合，在一定形状的磨具中加压成型，制成毛坯，然后在真空中加热、加压使其烧结到一起成为零件。这种工艺可以制成形状比较复杂的零件，成形精度较高，从而减少后期的机械加工。缺点是原材料以及设备成本和工艺成本较高，材料致密度较低，气密性较差，由于加热时间较长，往往存在界面反应压力浸渗法是指将液态金属在一定压力下浸渗到增强体预制块空隙中，并在压力下凝固获得复合材料的方法，常用来作高体积分数的铝基复合材料。工艺概述：先把预制块预热到一定温度，然后将其放到预热的铸型中，浇入液态金属并加压使液态金属浸渗到预制体的空隙中，保压直到凝固完毕，从铸型中取出即可获得复合材料。

无压浸渗法是Aghaianian等于1989年在直接金属氧化工艺的基础上发展而来的一种制备复合材料的新工艺将基体合金放在可控气氛的加热炉中加热到基体合金液相线以上温度，在不加压力和没有助渗剂的参与下，液态铝或其合金借自身的重力作用自动浸渗到颗粒层或预制块中，最终形成所需的复合材料。[4]我们实验室采用的就是真空压力浸渗法，我们采用的真空压力浸渗法在坩埚底部放上预制件，上面放上金属基体，然后用真空对坩埚抽真空，真空度达到-200 kPa，然后升温炉体，温度升到700 ℃铝液全部熔化后，再对坩埚加压，压强达到10～40 MPa。由此得到的复合材料的致密性最好，因为他是在抽过真空以后又在压力下浸渗进去，克服了无压浸渗和粉末冶金的致密性不高和气密性差的缺点。

4 铝基复合材料的加工

为了制成实用的铝基复合材料构件，需要对铝基复合材料进行二次成型加工和切削加工。由于增强物的加入给复合材料的二次加工带来了很大的困难，颗粒增强铝基复合材料增强物硬度高、耐磨，使这种复合材料的切削加工十分困难，对于纤维增强铝基复合材料构件一般在复合过程中完成成型过程，辅以少量的切削加工和连接即成构件。而对于短纤维、晶须、颗粒增强铝基复合材料，则可采用铸造、塑性成形、焊接、切削加工等二次加工制成实用的铝基复合材料构件。目前铸造成形方法按增强材料和金属液基体的混合方式不同，可分为搅拌铸造：可分为液态机械搅拌法和半固态机械搅拌法；正压铸造：分为挤压铸造和离心铸造；负压铸造：真空吸铸法和自浸透法。

由于增强颗粒与基体的润湿性较差我们可以采取以下措施：金属基题中加入Mg、Li等合金降低表面张力，改善润湿性；对增强颗粒表面进行预处理，去除表面污染物，改善颗粒与基体的润湿性。在铸造法中增强颗粒一般与基体密度相差较大，且两者互不润湿因而容易出现上浮，下沉的情况。解决办法：提高金属熔体的粘度，减小增强颗粒的粒径使颗粒上浮、下沉的速度变小，从而使组织均匀、性能提高。增强体的存在使温度场和浓度场、晶体生长的热力学和动力学过程发生变化。在非平衡凝固条件下，这些变化将对复合材料的组织性能有着明显的影响。

参考文献

[1] 倪增磊，王爱琴.铝基复合材料的制备方法[J].材料热处理技术.

金属基复合材料范文第7篇

1在机械制造专业上应用复合结构材料

与传统材料相比金属复合材料具有明显的优势。由金属复合材料质量轻于传统的钢铁材料，其抗性也略胜一筹。另外，金属复合材料的性能也更适用于机械制造。现阶段金属复合材料相对而言使用性能更高，现今阶段常见的金属复合材料大体分为以下四种。

1.1不锈钢复合钢板

由合金元素组成的不锈钢板决定了不锈钢板的性能差异。这些元素促成了不锈钢板在金属材料中拥有最强的耐化学腐蚀和电化学腐蚀性，有利于保障不同材质材料的原子结合率达到百分之百。同时其导热性能较好，适用于焦化设备。有利于降低运营成本提高机械使用寿命[2]。

1.2金属粒塑料复合结构材料

金属粒塑料复合结构材料能够有效改善传统金属缺少的导电和导热性，可以很大程度的降低线膨胀系数,其质量小、强度大等优势在机械设备制造中得到了很好的应用。

1.3碳纤维石墨纤维复合结构材料

这种复合结构材料的劲度、强度与重量比、比刚度较高，性和耐磨损性良好，线膨胀系数小、耐摩擦性能高，同时由于耐热性和耐腐蚀性良好的特性被广泛于高新机械制造技术之中。

1.4弥散强化复合结构材料

弥散强化复合结构材料有利于提升机械设备的耐热性和强度值。弥散强化复合结构材料广泛适用于耐热性良好的机械制造中[3]。

2复合材料在冲压模具制造上的应用

由于工作条件的差异，冲压模具对材料的要求也各有不同。这些模具材料大致可以分为冲裁模材料、冷挤压模材料、拉深模材料这三种材料的要求[4]。而在模具制造中对原材料的需求较高，必须要达到能够承受冲击、振动、拉伸、摩擦拉伸等巨大负荷的要求，能够保障在高温材料下工作。目前大多以钢材为制造冲压模具的主要制作材料，而碳素工具钢由于其性价比高，加工塑形难度小，在模具的机械制造中被广泛应用。但由于其承载能力低，对于硬度大塑性低的机械零部件制造难以适用。而金属复合材料的性能好可以有效避免零部件在工作过程中受到的强烈的磨擦和冲击。

3复合材料在机械制造上的应用

研究金属基复合材料是当代新材料技术领域中的重要内容之一。金属复合材料本身具有许多优良特性，但同时也存在着一些限制因素。不论其在航天航空领域的应用还是从当今一些小的应用范围来看，相比于普通的材料的突出优点还是在于低热膨胀系数和高疲劳极限。在机械制造的过程中想要确定原材料需要根据机械零部件的工作环境和要求来进行选择，既要避免零件在工作过程中失效的问题，又要保障延长机械的使用寿命。与传统的材料相比，金属材料的综合力学性更好，同时还具有导电、导热、耐磨、阻尼性好等特点。而且其膨胀系数几乎为零。现阶段金属复合材料性能的优越性和应用范围的广泛性优势日益突出。同时由于复合材料的可塑性强、结构功能一体化、抗疲劳断裂性能好等优越性能，在机械制造过程中逐步成为其他传统金属材料无法替代的功能和结构材料，更是促进现代机械制造业发展的重要基础。金属复合材料应用于现代化的机械设备中有利于合理的整合资源，响应国家节能减排的政策方针。金属复合材料由于其容易造型、重量轻、等优势相对而言更便于推广，方便使用和制造，其优良性能可适应机械制造工作中的恶劣环境，并有较高的抗腐蚀的作用，其在机械制造中的使用和推广深受喜爱。金属复合材料由于其造价低，已维修的特质。可有效避免机械零部件的磨损报废率，有利于带动新兴工业的发展，形成新的经济增长点。

4结语

从长远的角度看，金属复合材料在这些行业的应用不仅可以提高生产的系数，更可以降低成本，赢得更多的经济效益。金属复合材料由于其质量小、强度大弹性良好、抗化学腐蚀等优势，现已经广泛应用于机械制造领域当中。近年来我国机械制造方面针对新型金属复合材料性能的研究和运用获得了巨大的进步，金属复合材料在机械制造工业当中的运用比例也逐渐加强。在大多数大型企业的设备都开始应用金属复合材料，会使很多的轻工业从中受益，在与日俱增的激烈竞争中取得更稳定的立足之地。

参考文献

[1]杨浩瀚.金属复合材料在机械制造方面的应用前景[J].工程技术:全文版,2016(1):00252-00252.

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[3]李壮苗.当代产业大发展背景下的金属爆炸复合材料的热处理研究[J].时代报告,2016(24).

[4]程远胜,封小松,张帅.金属基复合材料半固态模锻连接一体化成形技术[J].精密成形工程,2015(3):21-26.

金属基复合材料范文第8篇

随着社会经济的发展，复合材料增强有色金属材料在生产中的实际应用，满足了当下发展需要，更好地促进了相关产业的发展和进步。复合材料增强有色金属材料应用，就是在有色金属材料中添加非金属增强材料，这样一来，可以更好地对原有材料的性能进行改变，形成一种新的复合材料。这种复合材料将比原来的材料具有更好的性能，能够满足更深层次的有色金属材料应用。本文对复合材料增强有色金属材料研究，将注重分析有色金属材料性能的加强分析，希望本文的研究，能够为有色金属材料的发展，提供一些参考和建议。

关键词：

复合材料；有色金属材料；性能分析；

就有色金属材料的发展情况来看，目前在航空航天、机械制造以及交通运输领域，得到了较为广泛的应用。随着社会经济的发展，有色金属材料在相关产业中的应用变得越发广泛，加强有色金属材料性能，对于提升相关产业进步来说，具有着一定的积极意义。科学技术的发展和进步，为提高有色金属材料性能打下了坚实的基础，进一步提升有色金属材料的性能，可以更好地促进机械制造业、航空航天事业的发展，满足当下人们对有色金属材料的实际需要。因此，提升有色金属材料性能，利用复合材料增强其性能的研究，成为当下有色金属材料发展的一个热门议题。本文对有色金属材料性能的研究，主要分析了有色金属材料在添加非金属增强材料后，形成的复合材料效果检测，阐述了复合型的有色金属材料在相关产业中应用的优势，以期更好地促进有色金属材料性能的提升。

1有色金属材料SiC的复合材料增强效果研究

本文对SiC这一有色金属材料的增强性研究，主要探讨了非金属材料ZA22锌基合金的添加。ZA22锌基合金添加到SiC中，可以增强其性能，具有较好的强化效果。

1.1SiC添加ZA22锌基合金的加入量和加入方式分析SiC颗粒是国产a型砂轮磨料，在实际生产过程中得到了广泛的应用。这种有色金属材料的应用，主要是通过添加ZA22锌基合金，增强了其性能，让SiC颗粒能够更好地应用于砂轮磨料当中。在进行SiC增强过程中，ZA22锌基合金的加入量应为复合材料铸锭的5%、10%、20%，在添加过程中，要使ZA22锌基合金形成的合金浆料，均匀地分布在合金之中，并且在加入后，对浆料进行升温浇注，保证加强后的SiC能够具有较好的性能。SiC通过添加ZA22锌基合金后，将形成SiCp/ZA22复合材料，这种材料对于实际生产更具优越的性能，能够更好地满足砂轮磨料实际需要[1]。

1.2SiC增强效果分析SiC在添加ZA22锌基合金后，具有了更加强大的性能，其增强体的性能在基体中均匀分布，使SiC颗粒能够更好地分布在复合材料当中，并且其强度要比复合材料的抗拉强度提升许多。就相关测试数据显示，这种添加了ZA22锌基合金的SiC复合材料，抗拉强度要比原来提升了百分之四十七。同时，SiCp/ZA22复合材料的抗压值为518，ZA22锌基合金的抗压值为352；SiCp/ZA22复合材料的GPa为105E，而ZA22锌基合金的GPa则为66E。除了SiCp/ZA22复合材料的抗拉强度提升之后，其耐磨损性能也得到了显著地提升。ZA22锌基合金添加SiC后，具有了更为强大的耐磨锁性能，能够更好地应用于实际生产当中。关于SiC的耐磨损性能测试数据显示，磨环的淬火数值为GCrl5，磨损测试时间为40分钟，正向压力数值为392N，通过磨损试验后，复合材料会随着SiC的体积分数增加而有所变化，对比ZA22锌基合金的磨损数据，磨损的损失量仅为ZA22锌基合金的一半左右。由此可见，在有色金属材料中添加非有色金属材料，可以更好地提升材料性能，形成一种增强型的复合型材料后，更加有利于实际生产应用。

2关于纳米三氧化二铝（Al2O3）增强铜基材料的应用分析

纳米三氧化二铝的增强型铜基材料，在机械化生产中得到了较为广泛的应用，通过提升纳米三氧化二铝的性能，使其具有更好的硬度和抗弯强度，能够很好地保证有色金属材料性能在实际使用中发挥应有的作用，从而更好地促进我国相关产业的发展和进步[2]。

2.1关于纳米Al2O3加入量以及相应加入方式的分析纳米三氧化二铝在选择试验材料时，主要涉及到铜粉、纳米、石墨等材料。其中铜粉占有试验量的百分之七十，纳米三氧化二铝则为1%~5%，剩余的则为石墨的含量。在进行实际试验过程中，主要进行了摩擦实验，摩擦实验的进行条件如下：设置摩擦的滑动速度为5*10-3m/s，载荷数值为5000N，在实际测试过程中，要注意磨损稳定值，当磨损稳定值的摩擦系数和磨损率保持一致时，对纳米三氧化二铝增强铜基材料进行抗弯强度试验，其试验则在5000N的拉力试验机上进行。纳米三氧化二铝增强铜基材料的实验，主要是为了测试其在拉力试验机上的磨损程度，比较复合材料与单一材料的磨损能力以及相应的硬度、抗弯强度数值[3]。关于纳米三氧化二铝质量分数的磨损值我们可以从图中看出：通过对比磨损值与纳米三氧化二铝的质量分数关系，我们不难看出，载荷为5000N下，纳米三氧化二铝增强铜基材料的磨损量更少，其性能更加优越。

2.2纳米Al2O3的增强性能分析关于纳米三氧化二铝增强性能的分析，我们可以从上述的实验中看出，纳米三氧化二铝增强铜基材料要比传统的纳米三氧化二铝具备更好的硬度和抗弯强度。试验过程中，纳米三氧化二铝的体积分数小于4%时，纳米三氧化二铝增强铜基材料的强度会随着纳米三氧化二铝的质量分数增强而提升；当纳米三氧化二铝的体积分数小于4%时，铜基复合材料的抗弯强度也会有所增强。

3铝合金复合材料的增强性能研究

铝合金这种复合材料我们并不陌生，在实际应用过程中，铝合金的应用范围更加广泛。随着社会经济的发展，对铝合金这种材料的要求也随之升高，提升铝合金复合材料的整体性能，对于促进相关产业的发展来说，具有着重要的意义。铝合金材料在实际应用过程中，在不同温度条件下，其抗拉强度有着明显的变化，为了更好地应用铝合金，了解其材料特性的时候，就要加强铝合金材料的抗拉强度，使之具备更强大的性能，这样一来，才能更好地满足实际生产需要。就相关数据实验显示，三种铝合金复合材料在100度的抗拉强度如下：铝合金（ZL109）抗拉强度为294MPa，K2O.6TiO2/ZL109抗拉强度为296MPa，Al2O3/ZL109抗拉强度为311MPa。由此可见，我们不难看出，铝合金复合材料的抗拉强度明显要强于铝合金材料[4]。

4镁基复合材料和铝硅合金的增强性能分析

镁基复合材料和铝硅合金的增强，使其在实际应用中具备更好的性能，能够在实际生产中，满足实际需要，更好地促进相关产业的发展和进步。

4.1镁基复合材料增强性能分析镁基复合材料的应用，主要是镁合金基体和非有色金属材料的结合，这种复合型材料更好地提升了镁合金的强度。一般来说，镁基复合材料在应用过程中，主要添加了碳纤维、氧化铝、碳化硼颗粒等。镁基复合材料在制造行业得到了较为广泛的应用。有关镁基复合材料的性能，在添加体积分数为30%的碳纤维后，可以增强镁合金的剪切强度，镁基复合材料的强度为40MPa，而镁合金材料的强度则为20MPa，对比两个数据，我们不难看出，镁基复合材料的性能要超出镁合金性能太多。

4.2铝硅合金增强性能分析铝硅合金增强性能，主要是利用石墨复合材料阻尼性能，增强铝硅合金的自滑性，降低铝硅合金的摩擦性，使铝硅合金能够在内燃机活塞以及轴承中得到广泛的应用。针对于铝硅合金增强性能的研究分析，主要选择7.5%的铝硅合金作为试验材料，并添加石墨，其粒度为60~200um。在实际实验过程中，将石墨均匀加入铝硅中，并且将其铸造成型，对其阻尼性能以及相关化学性能进行有效的检测。关于铝硅合金增强性能的实验结果，如下所示：7.5%铝硅合金的内耗为0.83*10-2，GA-1的内耗为2.26*10-2，GA-2的内耗为3.17*10-2。由此可见，当铝硅合金内的石墨含量增加后，铝硅-石墨复合材料的内耗增大，可以更好地实现减震目标。

5结束语

综上所述，我们不难看出有色金属在添加非有色金属材料形成复合材料后，其性能得到了大幅度的提升，并且能够更好地应用于实际生产当中。有色金属材料性能的提升，是当下机械制造业、航空航天等行业发展的必然要求，在实际工作过程中，要注重采取合理的方法，利用复合方式改变有色金属材料的性能。同时，也要注重有色金属复合处理遇到的问题，例如加强有色金属材料与非有色金属材料之间的取长补短、复合材料的设计必须坚持以实用性为发展目标、加强技术创新更好地保证复合材料的生产成本。只有这样，才能更好地促进复合材料的发展和进步。

金属基复合材料范文第9篇

关键词 碳纳米管/铜基复合材料；制备工艺；显微组织

中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）13-0050-02

将增强纤维、颗粒等与铜制备成铜基复合材料，可以提高其强度、耐磨性以及保持较优良的导电导热性能。SiC作为一种陶瓷颗粒，具有弹性模量高及抗氧化性能好等优良性能。由于金属具有优良的力学机械性能，使得金属基复合材料可以按机械零件的结构和性能要求，设计成合理组织和性能分布，从而工程技术人员对材料的性能进行最佳设计。由于能够根据不同的力学性能要求来选择相应的金属基体和不同的增强体，使得复合材料中的各组成材料之间既能保持各自的最佳性能特点，又可以进行性能上的相互补充，功能上的取长补短，甚至满足一定的特殊性能，所以纳米复合材料是一类具有结构和功能极佳的材料。另外，纳米复合材料由于具有特有的的纳米表面效应、特有的纳米量子尺寸效应，能够对其光学特性产生影响。按照复合材料基体的性能特点特，人们将纳米复合材料通常分三大类：纳米树脂基复合材料、纳米陶瓷基复合材料和纳米金属基复合材料。纳米金属基复合材料不仅具有强度高、韧性高的特点，纳米金属基复合材料还具有耐高温、高耐磨及高的热稳定性等性能。纳米金属基复合材料应用表明：在功能方面具有高比电阻性能、高透磁率性能，以及高磁性阻力等物理性能。本文采用球磨混料方法，通过真空热压法工艺，制备出碳纳米管增强铜基复合材料，研究铜基纳米复合材料的制备工艺，分析相应的材料性能。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验用原材料是上海九凌冶炼有限公司生产的电解铜粉，铜粉纯度是99.8%，铜粉粒度为-300目，铜粉松装密度是1.2～1.7。碳纳米管（CNTs）选用深圳纳米港有限公司产品。选用哈尔滨化工化学试剂厂的十二烷基硫酸钠（化学纯），以及该厂生产的酒精（分析纯）。

1.2 试验方法

试验采用行星式球磨机进行湿磨混合配料，选择的球磨机转速参数为300 r/min，球磨时间为2.5小时，试验球料比选择为1：1。试验的热压温度参数选择在800℃进行烧结，热压压力参数为3.9吨，烧结时间参数为3小时。使用光学显微镜分析复合材料的显微组织特点，用新鲜配制的三氯化铁盐酸酒精溶液腐蚀复合材料组织，腐蚀时间选为15 s。

2 试验结果与分析

2.1 碳纳米管/铜基复合材料显微组织

2.2 CNTs/Cu复合材料的硬度

2.3 CNTs添加量对复合材料相对密度的影响

试验结果表明，纯铜试样致密度最高，但是，随着碳纳米管含量的增加，纳米复合材料的相对密度下降。复合材料材料相对密度随着碳纳米管含量的增加而逐渐降低，原因主要是碳纳米管和铜的润湿性较差，致使强化相CNTs不能均匀分布，引起复合材料的缺陷，材料中产生孔隙，呈现出相对密度的下降的特点。

3 结论

1）采用球磨混料方法，真空热压法工艺，制备出碳纳米管增强铜基复合材料。

2）随着CNTs的增加，复合材料的硬度呈现降低的趋势，CNTs含量与硬度之间关系为曲线关系。

3）纯铜试样致相对密度最高，随着碳纳米管含量的增加，复合材料的相对密度下降。

参考文献

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[4]董树荣，涂江平，张孝彬.碳纳米管增强铜基复合材料的力学性能和物理性能[J].材料研究学报，2000，14（Sl）：132-136.

[5]王浪云，涂江平，杨友志.多壁碳纳米管/Cu基复合材料的摩擦磨损特性[J].中国有色金属学报，2001，11（3）：367-371.

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金属基复合材料范文第10篇

关键词 蒙脱石；纳米复合材料；非金属粘土矿物

中图分类号：TQ327.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0017-01

纳米是长度单位（Nanometer，nm），原称“毫微米”，1 nm=10-9 m，即十亿分之一米，一只乒乓球放在地球上就相当于将一纳米直径的小球放在一只乒乓球上。纳米粒子通常是指尺寸在1 nm～100 nm之间的粒子。纳米效应为实际应用开拓了广泛的新领域。利用纳米粒子的熔点低，可采取粉末冶金的新工艺。调节颗粒的尺寸，可制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。纳米银与普通银的性质完全不同，普通银为导体，而粒径小于20 nm的纳米银却是绝缘体。金属铂是银白色金属，俗称白金；而纳米级金属铂是黑色的，俗称为铂黑。纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子若小到纳米级的范围时，一遇火种极易引起爆炸。纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发地凝聚以降低其表面能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置则需设法保护，例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。

纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米技术被公认为21世纪最具有发展前途的科学之一，纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能，使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。本文阐述了蒙脱石/高聚物纳米复合材料的研究进展，并对其发展前景加以展望，期望对其深层次的加工应用有所帮助。

1 纳米材料的分类

纳米材料有多种分类方式，按其维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，一维的纳米线、纳米棒和纳米管，二维的纳米膜、纳米涂层和超晶格等；按化学成分可分为：纳米金属，纳米晶体，纳米陶瓷，纳米玻璃以及纳米高分子等；按材料物性可分为：纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁磁体材料，纳米超导体材料，以及纳米热电材料等；按应用可分为：纳米电子材料，纳米光电子材料，纳米生物医用材料，纳米敏感材料，以及纳米储能材料等；按照材料的几何形状特征，可以把纳米材料分为：①纳米颗粒与粉体；②碳纳米管与一维纳米线；③纳米带材；④纳米薄膜；⑤中孔材料（如多孔碳、分子筛）；⑥纳米结构材料；⑦有机分子材料。

2 纳米矿物资源的研究意义

纳米矿物材料具有优良的物理性能和化学性能，这是一般矿物材料所无法比拟的。如聚合物/粘土矿物纳米复合材料具有独特的分子结构特征和表观协同效应，既表现出粘土矿物优良的力学性能又体现了聚合物优异的阻隔性能。非金属纳米矿物材料的科学研究价值和应用前景主要体现在以下几方面。

1）非金属纳米矿物是替代人工合成纳米材料的绝佳资源。

2）非金属纳米矿物成因的研究成果可为人工合成纳米材料提供有益的借鉴。

3）非金属纳米矿物资源的研究有助于深化人们对纳米材料的认识。

4）非金属纳米矿物资源的研究具有重要的地质学和经济学意义。

3 蒙脱石/聚合物纳米复合材料发展现状

3.1 聚合物基纳米复合材料

把纳米材料用于添加改性塑料，可以开发出各种新型的功能复合材料。聚合物基纳米复合材料通常可分为3类：有机/有机型纳米复合材料、有机/无机混杂物型纳米复合材料、有机/无机粒子型纳米复合材料。

3.2 蒙脱石/聚合物纳米复合材料的制备

能够在纳米复合材料中得到应用的蒙脱石属于层状硅酸盐矿物，它是非金属粘土矿物膨润土的主要成分。用蒙脱石填充高聚物可以制得蒙脱石/聚合物纳米复合材料，其合成方法——插层复合法根据复合方式的不同可以分为插层聚合法和聚合物插层法两大类。按照聚合反应类型的不同，插层聚合又可以分为插层缩聚和插层加聚两种类型；聚合物插层法也可以分为溶液插层和熔融插层两种。

此外，聚合物基纳米复合材料的其它制备方法还有直接分散法、溶胶-凝胶法、原位生成法等等。这些方法的综合运用为新型纳米复合材料的开发及应用开辟了广阔的前景。

4 蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料开发前景

陈燕丹等用含双键的酰胺-胺化合物作为插层剂制得改性的有机蒙脱石，与苯乙烯具有较好的相容性，使得二者界面相互作用大大提高。在此基础上聚苯乙烯于熔融状态下可以插层进入有机蒙脱石，形成蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料，其力学性能和热性能与纯聚苯乙烯及常规填充聚苯乙烯相比都有提高。林蔚等以十六烷基三甲基溴化铵改性钠基蒙脱石与聚苯乙烯熔融插层，制备了无机-有机纳米复合材料，通过分析得到其力学性能、耐热性、阻燃性及抗溶性均匀所提高。黎华明等将间规聚苯乙烯和尼龙6/改性蒙脱石纳米复合物共混制得的复合材料经DSC、DMA、WAXD等测试可知蒙脱石对聚合物基体的增强效果明显。

说明蒙脱石的加入能引入氢键和强极性作用，使分子链的柔性降低，聚合物分子堆砌密度增大，玻璃化转变温度升高，材料断面形貌得到改善，提高了复合材料的综合性能，达到增强增韧的目的，从而显示出对聚合物基粘土纳米复合材料研究的重要科学意义。今后期望能够继续提高复合材料的抗冲击性和耐热性能，制得高性能的蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料，进一步开拓其应用领域。

参考文献

[1]李青山.乙烯基共聚物/蒙脱石纳米复合材料研究[D].东华大学，2004：1-9.

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[4]陈燕丹，等.新型嵌入改性膨润土/聚苯乙烯杂化纳米材料[J].福建师范大学学报，2000，16（3）：60-64.

[5]李同年，等.聚苯乙烯-蒙脱土插层复合材料的制备与性能[J].塑料工业，2000，28（2）：33-35.

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