劉金龍

（佳木斯大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007）

鋁是一種常見(jiàn)的金屬材料，它的易導(dǎo)電、密度低、易熔化、易塑形的這些特殊性質(zhì)決定了它會(huì)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。但是它卻有一個(gè)劣勢(shì)，那就是它有著非常低的熔點(diǎn)，鋼質(zhì)、硬度不夠，而鋁基復(fù)合材料剛好完美地彌補(bǔ)了這個(gè)缺點(diǎn)，它在鋁的本身優(yōu)點(diǎn)下，更結(jié)合了復(fù)合基的特點(diǎn)，使鋁基復(fù)合材料變得更加堅(jiān)韌，剛度較高，耐磨損。這樣優(yōu)良的特性也因此被大規(guī)模地應(yīng)用于航空航天、火車汽車等專業(yè)性的行業(yè)中。鋁基復(fù)合材料的制備工藝有很多種，但是不同的制備工藝花費(fèi)的時(shí)間、人力、物力也是有所不同，傳統(tǒng)的制備工藝造出的鋁基材料質(zhì)量和性能都很好，但是唯一的缺點(diǎn)就是過(guò)于耗時(shí)，這也使得這種材料雖然有良好的性能，但是產(chǎn)量很低，價(jià)格也偏高。但是現(xiàn)如今，在對(duì)其快速成型的制備工藝進(jìn)行改進(jìn)之后，現(xiàn)在的鋁基復(fù)合材料可以說(shuō)是物美價(jià)廉，高效的制備成型工藝大大縮短了制作時(shí)間，更為精密的儀器也將材料的復(fù)合度達(dá)到了更加高的水平，進(jìn)一步提升了材料的質(zhì)量比、性能比。所以，本文會(huì)通過(guò)對(duì)這種材料的細(xì)致分析，進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)它的工藝，展望其未來(lái)發(fā)展前景。

1 傳統(tǒng)快速成型制備工藝分析

其實(shí)傳統(tǒng)的鋁基復(fù)合材料快速成型的制備方法是依靠制造時(shí)原料的實(shí)時(shí)狀態(tài)來(lái)進(jìn)行劃分的，大致分為三種實(shí)時(shí)狀態(tài)，它們分別是氣液法、固固法以及固液法3大種類，但是在這三大種類中，每一種方法增強(qiáng)體的產(chǎn)生方式都是各不相同的。除此之外，還有但是主要可以分為兩種類型，那就是內(nèi)生型和外生型。內(nèi)生型主要以自蔓延燃燒反應(yīng)法、機(jī)械合金化制備、直接溶體氧化工藝法等方法為主。而外生型主要以粉末冶金制備、混合鹽反應(yīng)法和擠壓鑄造工藝等為主。接下來(lái)我們將對(duì)這些方法進(jìn)行討論，分析出對(duì)鋁基復(fù)合材料快速成型的改進(jìn)方法。

2 快速成型制備工藝改進(jìn)研究

2.1 微波控制煅燒溫度

內(nèi)生法型的制備工藝方法雖然都可以令鋁基復(fù)合材料快速成型，但是卻有著不同，有的是通過(guò)物理燃燒來(lái)使鋁基材料達(dá)到熔點(diǎn)再塑形，有的是通過(guò)機(jī)械化塑形，還有的是利用化學(xué)方法改變鋁基材料的熔點(diǎn)，再使其發(fā)生形變，以此來(lái)進(jìn)行塑形。首先，是對(duì)自蔓延燃燒反應(yīng)法的改進(jìn)研究。這種方法是較為早期的一種制備工藝，它剛開(kāi)始是使用于高溫并且極其難熔化的特殊材質(zhì)上的方法，在20世紀(jì)的時(shí)候才被用于鋁基復(fù)合材料快速成型的制備工藝上。要將原料和材質(zhì)放在一處進(jìn)行引燃，進(jìn)行充分煅燒，當(dāng)煅燒后材料達(dá)到一定熱點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生形變，此時(shí)可以將相應(yīng)的材料進(jìn)行擠壓處理，成型后再度用鎢絲進(jìn)行二次引燃，使之熱度繼續(xù)燃燒至邊緣部分，直到全部煅燒完畢。就可以快速成型了。這種制備工藝雖然制造成型快速、產(chǎn)量很高，但是也有一定的缺點(diǎn)，那就是燃燒時(shí)不易把控燃燒的程度，且材料很容易發(fā)生褶皺，出現(xiàn)煅燒不均勻的現(xiàn)象，易出現(xiàn)廢品。可以利用微波來(lái)對(duì)煅燒的溫度進(jìn)行一定的控制，在原料燒制到熔點(diǎn)之前，都可以進(jìn)行溫度控制，這樣可以避免溫度過(guò)高或者是過(guò)低，將溫度控制在合理的范圍之內(nèi)，也有利于鋁基材料產(chǎn)出的均勻性，相對(duì)不會(huì)出現(xiàn)材料薄厚不均勻的情況發(fā)生。如圖1所示：

圖1 鋁基材料微波煅燒前后變化圖

其次是對(duì)機(jī)械合金化制備的改進(jìn)研究。此種方法主要通過(guò)碰撞的方法出現(xiàn)高溫。要先將煉制原料和粉末同時(shí)放在一起，但是此時(shí)的狀態(tài)是有一定的要求的，必須是真空狀態(tài)才可以，之后通過(guò)機(jī)械進(jìn)行攪拌，在攪拌的過(guò)程中，原料、砂石和粉末會(huì)發(fā)生充分的沖擊、翻滾、碰撞，以此來(lái)達(dá)到高溫狀態(tài)，最后再進(jìn)行冷熱塑性處理。這種方法其實(shí)有利有弊，他其實(shí)會(huì)使鋁復(fù)合材料相對(duì)微小，而且還會(huì)使她鍛造的較為平整，均勻。但不足的是他會(huì)使鋁基材料的表面形成無(wú)規(guī)律的污染，且他對(duì)粉末也有很高的標(biāo)準(zhǔn)，必須為細(xì)致的粉末，制造成本也會(huì)相對(duì)提高[1]。對(duì)于這樣的弊端，我們可以在原料表面覆涂一層金屬液作為隔絕效果，當(dāng)制備發(fā)生碰撞時(shí)，先利用微波對(duì)溫度進(jìn)行一定的控制，因?yàn)榻饘僖喝绻_(kāi)始就經(jīng)理高溫會(huì)失效，所以在開(kāi)始的時(shí)候先進(jìn)行5分鐘左右的低溫度處理，作為過(guò)度，之后再加大溫度，金屬液會(huì)形成一層薄膜，對(duì)原料起到一定的保護(hù)作用，有效的避免了鋁基材料發(fā)生污損現(xiàn)象的發(fā)生。也對(duì)材料的外觀進(jìn)行了提升。

最后是對(duì)直接溶液氧化工藝法進(jìn)行改進(jìn)研究，這種方法是通過(guò)化學(xué)試劑來(lái)加速促成高溫的出現(xiàn)，將金屬液均勻涂蓋在材料表面，然后將材料直接暴露在空氣中，使其形成一層氧化層，并逐漸向外層繼續(xù)擴(kuò)散，直至得到鋁基復(fù)合材料。此方法雖制備時(shí)間短，易于操作，但是它的形態(tài)和分布也不受限制?？偟膩?lái)說(shuō)，內(nèi)生型的制備工藝均較為簡(jiǎn)單，但是整體不易受控制。和第一種相似，我們同樣也可以利用微波來(lái)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以此來(lái)達(dá)到控制溫度的效果。

2.2 半固半熔狀態(tài)下進(jìn)行塑形

外生型的制備首先是對(duì)粉末冶金制備進(jìn)行研究改進(jìn)。它是最早應(yīng)用金屬基復(fù)合材料制備的方法，擁有著“綠色制造技術(shù)”的美名。其實(shí)它是在一定的條件下，將粉末與原料按一定的比例進(jìn)行混合，然后進(jìn)行冷熱加工擠壓處理。這種工藝其實(shí)可以將擠壓成半固態(tài)成型的原料處理，他比完全成型的更為容易塑形。接下來(lái)是對(duì)擠壓鑄造工藝法進(jìn)行改進(jìn)研究，這種方法我們可以先將本體煅燒，使其溫度升高，等到材料到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)熱點(diǎn)的時(shí)候，它會(huì)處于半熔狀態(tài)，這時(shí)候?qū)㈩w粒放入其中[2]。在這種狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)高速度的作用，會(huì)使粉末與原來(lái)那個(gè)進(jìn)行不斷融合，效果好于全熔狀態(tài)下塑形，最后待到溫度下降后便制作完成了。

2.3 機(jī)械輔助制備

接下來(lái)是對(duì)混合鹽反應(yīng)法進(jìn)行改進(jìn)研究，它是將原料粉末與鹽混合在一起，經(jīng)過(guò)高溫，里面的鹽會(huì)增加金屬粒子的熔化，使之變得均勻，之后只要等材料冷卻之后就可以了。此種方法較為簡(jiǎn)單，而且是低成本的，但卻會(huì)造成環(huán)境污染。對(duì)于這樣的弊端，我們可以通過(guò)一些處理污染物的機(jī)械來(lái)進(jìn)行輔助和改進(jìn)，當(dāng)煅燒結(jié)束后，我們可以對(duì)廢物進(jìn)行分類，可再利用的留下，不可再利用的利用機(jī)械進(jìn)行高溫燃燒處理，或者分離它的成分，使之變成可以使用的氣體，不可隨意向外排放污染環(huán)境。

總的來(lái)說(shuō)，內(nèi)生型的制備工藝，我們可以利用微波進(jìn)行把控它的溫度，使其在均溫的狀態(tài)下進(jìn)行煅燒，這樣可以使材料受熱均勻，減少?gòu)U品；需要涂金屬液可以先進(jìn)行氧化覆蓋涂層，使其形成一層保護(hù)罩，這樣可以盡量隔絕材料的氧化，增加其濕潤(rùn)度，保證材料的快速升溫；對(duì)于擠壓鑄造類的制備方法，其實(shí)它是有固定的模具的，可以先制備一些所需要形狀的模具，然后把達(dá)到熔點(diǎn)的熔液倒入模具中，使其降溫就可以制造完成了。這時(shí)我們可以用精密儀器來(lái)代替模具，既增加了穩(wěn)定性，同時(shí)還減少了產(chǎn)品的損傷率。外生型的制備工藝，我們應(yīng)該在輔助制造的方向上把控，基于主要制造方法一些輔助方法，使之可以更好地對(duì)材料進(jìn)行處理?？梢韵葘⒃线M(jìn)行一定的熱加工。為了避免材料的形狀發(fā)生損壞，要對(duì)金屬基體進(jìn)行控制，防止它發(fā)生快速的硬化。在經(jīng)過(guò)這一熱處理之后，再使用基礎(chǔ)性制備工藝對(duì)其進(jìn)行再加工，這樣一來(lái)，不僅保留了外生型工藝的穩(wěn)定性，雖然制備過(guò)程會(huì)有一些繁瑣，但是保證了產(chǎn)出的鋁基復(fù)合材料的高質(zhì)量，也是對(duì)此的一處較好的改進(jìn)。

3 結(jié)語(yǔ)

鋁基復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，表明它的優(yōu)勢(shì)是被社會(huì)各領(lǐng)域所認(rèn)可的，且它的使用也促進(jìn)了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步。作為一種新型材料，它的制造過(guò)程必然是要經(jīng)過(guò)不斷研究與創(chuàng)新的，現(xiàn)如今的鋁基復(fù)合材料的制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的極為成熟了，但是卻還是存在不足之處。是因?yàn)樗牟馁|(zhì)和結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，對(duì)于過(guò)于復(fù)雜的物品制作可能會(huì)有一些困難，所以說(shuō)還要繼續(xù)改進(jìn)，相信在不久的將來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的創(chuàng)新與研究，它的制造技術(shù)會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，制造出更加高產(chǎn)量、高質(zhì)量的新型材料，在社會(huì)各領(lǐng)域中繼續(xù)發(fā)揮著不可替代的作用。