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《中南大学》 2001年
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多层喷射共沉积制备大尺寸SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺、设备及过程原理研究

康智涛  
【摘要】: 喷射沉积技术是继铸造与粉末冶金技术之后发展起来的一种新型金属成形 技术。中南工业大学陈振华、黄培云教授于95年正式提出了具有自己知识产权 的多层喷射沉积原理与技术。本文在现有研究基础上,进一步探讨多层喷射共 沉积技术制备颗粒增强铝基复合材料的过程原理,结合九五攻关项目研制大型 装置,进行工艺优化,制备出性能优良的大尺寸SiC颗粒增强6000系铝基复合 材料结构件。主要研究结果如下: 一、在传统Osprey喷射沉积工艺理论研究的基础上,研究了多层喷射共沉 积工艺雾化与沉积阶段特有的传热与凝固规律。通过对多层喷射共沉积传热过 程进行数值模拟分析,并结合实验结果进行论证,表明该工艺是一种冷速比传 统喷射沉积更高的快速凝固工艺,冷速可达10~3~10~6K/s。固相沉积坯表面对雾 化液滴的传导传热是多层喷射共沉积坯具有高冷速的根本原因;雾化液滴在较 低温度沉积物表面碰撞铺展,急冷凝固形成层状快冷枝晶结构。论文同时分析 了两种不同结构雾化器与SiC加入方式对传热过程的影响。 二、比较研究了双环复合雾化工艺与插管工艺两种不同增强颗粒加入方式 中SiC颗粒的捕获规律及特点。通过对其插入动力学过程进行分析,表明采用 插管法加入SiC捕获率较低,但增强相分布较均匀;而双环复合雾化器加入SiC 捕获率较高,但分布均匀性较差。SiC增强颗粒主要在雾化阶段被雾化液滴捕获, 而沉积坯表面因基本呈固相且温度较低,对SiC的直接捕获率很低。论文从理 论上得出了提高SiC捕获率与分布均匀性的工艺优化思路,并通过实验得到验 证。 三、研制出了螺杆给料负压引流输送装置用于增强颗粒的连续定量输送与 加入。设计出了雾化扫描运动、锭坯直径及喷射距离的自动控制装置与软件系 统,采用该系统可制备出直径偏差小于4%的大尺寸锭坯。在工艺优化实验的基 础上,研制出了最大尺寸达d_外650mm/d_内300mm×800mm的复合材料管坯与尺 寸达d650×600mm的6066Al/SiC_p复材锭坯,并一次挤压成大尺寸管材。 6066/10%SiC_p大尺寸反挤压管材峰时效态极晶粒度达5μm以下,力学性能可 达σ_b=423MPa,σ_(0.2)=403MPa,δ=3.6%,E=83GPa。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TB332

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