铝基复合材料快速成型制备工艺的改进研究

刘金龙

（佳木斯大学材料科学与工程学院，黑龙江 佳木斯 154007）

铝是一种常见的金属材料，它的易导电、密度低、易熔化、易塑形的这些特殊性质决定了它会被广泛应用于社会各个领域。但是它却有一个劣势，那就是它有着非常低的熔点，钢质、硬度不够，而铝基复合材料刚好完美地弥补了这个缺点，它在铝的本身优点下，更结合了复合基的特点，使铝基复合材料变得更加坚韧，刚度较高，耐磨损。这样优良的特性也因此被大规模地应用于航空航天、火车汽车等专业性的行业中。铝基复合材料的制备工艺有很多种，但是不同的制备工艺花费的时间、人力、物力也是有所不同，传统的制备工艺造出的铝基材料质量和性能都很好，但是唯一的缺点就是过于耗时，这也使得这种材料虽然有良好的性能，但是产量很低，价格也偏高。但是现如今，在对其快速成型的制备工艺进行改进之后，现在的铝基复合材料可以说是物美价廉，高效的制备成型工艺大大缩短了制作时间，更为精密的仪器也将材料的复合度达到了更加高的水平，进一步提升了材料的质量比、性能比。所以，本文会通过对这种材料的细致分析，进一步优化改进它的工艺，展望其未来发展前景。

1 传统快速成型制备工艺分析

其实传统的铝基复合材料快速成型的制备方法是依靠制造时原料的实时状态来进行划分的，大致分为三种实时状态，它们分别是气液法、固固法以及固液法3大种类，但是在这三大种类中，每一种方法增强体的产生方式都是各不相同的。除此之外，还有但是主要可以分为两种类型，那就是内生型和外生型。内生型主要以自蔓延燃烧反应法、机械合金化制备、直接溶体氧化工艺法等方法为主。而外生型主要以粉末冶金制备、混合盐反应法和挤压铸造工艺等为主。接下来我们将对这些方法进行讨论，分析出对铝基复合材料快速成型的改进方法。

2 快速成型制备工艺改进研究

2.1 微波控制煅烧温度

内生法型的制备工艺方法虽然都可以令铝基复合材料快速成型，但是却有着不同，有的是通过物理燃烧来使铝基材料达到熔点再塑形，有的是通过机械化塑形，还有的是利用化学方法改变铝基材料的熔点，再使其发生形变，以此来进行塑形。首先，是对自蔓延燃烧反应法的改进研究。这种方法是较为早期的一种制备工艺，它刚开始是使用于高温并且极其难熔化的特殊材质上的方法，在20世纪的时候才被用于铝基复合材料快速成型的制备工艺上。要将原料和材质放在一处进行引燃，进行充分煅烧，当煅烧后材料达到一定热点时会发生形变，此时可以将相应的材料进行挤压处理，成型后再度用钨丝进行二次引燃，使之热度继续燃烧至边缘部分，直到全部煅烧完毕。就可以快速成型了。这种制备工艺虽然制造成型快速、产量很高，但是也有一定的缺点，那就是燃烧时不易把控燃烧的程度，且材料很容易发生褶皱，出现煅烧不均匀的现象，易出现废品。可以利用微波来对煅烧的温度进行一定的控制，在原料烧制到熔点之前，都可以进行温度控制，这样可以避免温度过高或者是过低，将温度控制在合理的范围之内，也有利于铝基材料产出的均匀性，相对不会出现材料薄厚不均匀的情况发生。如图1所示：

图1 铝基材料微波煅烧前后变化图

其次是对机械合金化制备的改进研究。此种方法主要通过碰撞的方法出现高温。要先将炼制原料和粉末同时放在一起，但是此时的状态是有一定的要求的，必须是真空状态才可以，之后通过机械进行搅拌，在搅拌的过程中，原料、砂石和粉末会发生充分的冲击、翻滚、碰撞，以此来达到高温状态，最后再进行冷热塑性处理。这种方法其实有利有弊，他其实会使铝复合材料相对微小，而且还会使她锻造的较为平整，均匀。但不足的是他会使铝基材料的表面形成无规律的污染，且他对粉末也有很高的标准，必须为细致的粉末，制造成本也会相对提高[1]。对于这样的弊端，我们可以在原料表面覆涂一层金属液作为隔绝效果，当制备发生碰撞时，先利用微波对温度进行一定的控制，因为金属液如果开始就经理高温会失效，所以在开始的时候先进行5分钟左右的低温度处理，作为过度，之后再加大温度，金属液会形成一层薄膜，对原料起到一定的保护作用，有效的避免了铝基材料发生污损现象的发生。也对材料的外观进行了提升。

最后是对直接溶液氧化工艺法进行改进研究，这种方法是通过化学试剂来加速促成高温的出现，将金属液均匀涂盖在材料表面，然后将材料直接暴露在空气中，使其形成一层氧化层，并逐渐向外层继续扩散，直至得到铝基复合材料。此方法虽制备时间短，易于操作，但是它的形态和分布也不受限制。总的来说，内生型的制备工艺均较为简单，但是整体不易受控制。和第一种相似，我们同样也可以利用微波来对其进行调整，以此来达到控制温度的效果。

2.2 半固半熔状态下进行塑形

外生型的制备首先是对粉末冶金制备进行研究改进。它是最早应用金属基复合材料制备的方法，拥有着“绿色制造技术”的美名。其实它是在一定的条件下，将粉末与原料按一定的比例进行混合，然后进行冷热加工挤压处理。这种工艺其实可以将挤压成半固态成型的原料处理，他比完全成型的更为容易塑形。接下来是对挤压铸造工艺法进行改进研究，这种方法我们可以先将本体煅烧，使其温度升高，等到材料到达标准热点的时候，它会处于半熔状态，这时候将颗粒放入其中[2]。在这种状态下，经过高速度的作用，会使粉末与原来那个进行不断融合，效果好于全熔状态下塑形，最后待到温度下降后便制作完成了。

2.3 机械辅助制备

接下来是对混合盐反应法进行改进研究，它是将原料粉末与盐混合在一起，经过高温，里面的盐会增加金属粒子的熔化，使之变得均匀，之后只要等材料冷却之后就可以了。此种方法较为简单，而且是低成本的，但却会造成环境污染。对于这样的弊端，我们可以通过一些处理污染物的机械来进行辅助和改进，当煅烧结束后，我们可以对废物进行分类，可再利用的留下，不可再利用的利用机械进行高温燃烧处理，或者分离它的成分，使之变成可以使用的气体，不可随意向外排放污染环境。

总的来说，内生型的制备工艺，我们可以利用微波进行把控它的温度，使其在均温的状态下进行煅烧，这样可以使材料受热均匀，减少废品；需要涂金属液可以先进行氧化覆盖涂层，使其形成一层保护罩，这样可以尽量隔绝材料的氧化，增加其湿润度，保证材料的快速升温；对于挤压铸造类的制备方法，其实它是有固定的模具的，可以先制备一些所需要形状的模具，然后把达到熔点的熔液倒入模具中，使其降温就可以制造完成了。这时我们可以用精密仪器来代替模具，既增加了稳定性，同时还减少了产品的损伤率。外生型的制备工艺，我们应该在辅助制造的方向上把控，基于主要制造方法一些辅助方法，使之可以更好地对材料进行处理。可以先将原料进行一定的热加工。为了避免材料的形状发生损坏，要对金属基体进行控制，防止它发生快速的硬化。在经过这一热处理之后，再使用基础性制备工艺对其进行再加工，这样一来，不仅保留了外生型工艺的稳定性，虽然制备过程会有一些繁琐，但是保证了产出的铝基复合材料的高质量，也是对此的一处较好的改进。

3 结语

铝基复合材料的广泛应用，表明它的优势是被社会各领域所认可的，且它的使用也促进了社会各个领域的不断进步。作为一种新型材料，它的制造过程必然是要经过不断研究与创新的，现如今的铝基复合材料的制造技术已经发展的极为成熟了，但是却还是存在不足之处。是因为它的材质和结构相对较为简单，对于过于复杂的物品制作可能会有一些困难，所以说还要继续改进，相信在不久的将来，经过不断的创新与研究，它的制造技术会进一步发展，制造出更加高产量、高质量的新型材料，在社会各领域中继续发挥着不可替代的作用。