金屬基復合材料的鑄造成形

金屬基復合材料（MMC）被譽為21世紀的材料。由于其很好地結合了金屬的塑性、韌性和陶瓷的高強度、高彈性模量，從而具有一些引人注目的物理性能和力學性能，如高的比彈性模量、比強度、耐熱、耐磨以及尺寸穩定性等。從經濟適用的觀點出發，陶瓷顆粒增強的MMC材料更受到人們關注，研究、應用的熱點集中在鎂基和鋁基合金，增強顆粒主要有Al2O3、SiC等。其成形工藝主要有粉末冶金和鑄造兩種。前者由于工藝復雜、成本高、難于制造大尺寸件及復雜件，所以很難在生產中獲得廣泛應用。采用鑄造法成形顆粒增強型金屬基復合材料具有工藝簡單、成本低，對尺寸和形狀沒有限制，可大批量連續生產等優點，因而具有廣闊的發展及應用前景。

顆粒增強型金屬基復合材料的鑄造成形方法主要有如下六種：

1.液態金屬／陶瓷顆粒攪拌鑄造法

通過機械攪拌在液態金屬中產生渦流從而引人陶瓷顆粒并使其分布均勻。采用這種方法制造鋁基復合材料，陶瓷顆粒尺寸可小到10μrn，增強相的體積分數可達25％。

2.熔體浸滲鑄造法

熔體浸滲工藝包括壓力浸滲和無壓浸滲。前者是利用機械裝置或惰性氣體作為壓力媒體將金屬熔體浸漬滲透進多孔的陶瓷預制塊中，可制備體積分數高達50％的復合材料，此方法已被廣泛應用。后者是在氮氣氣氛下不需施加任何壓力合金解體就能良好地浸透陶瓷粉末預制塊中，可制備體積分數高達55％的復合材料。

3.擠壓鑄造法

此方法先用機械攪拌法制備復合漿料，然后將液態復合漿料倒入擠壓模（需預熱）內，起動液壓機，使液態漿料在一定的比壓下凝固成形。

4.高能超聲法

該方法是在金屬熔化后，一邊利用超聲發生裝置（多用磁致伸縮換能器）施加超聲振動，一邊加入陶瓷顆粒，實現均勻混合以后澆注成形。也可將陶瓷顆粒制成預制件，澆入液體金屬后，施加超聲進行熔體浸滲。該方法可在極短的時間里（數十秒）實現顆粒的均勻分布。

5.流變鑄造法此法是對處于固液兩相區的熔體施加強烈的攪動形成低粘度的半固態漿液，同時引入陶瓷顆粒，利用半固態漿液的觸交特性分散增強相，在一定壓力下充型凝固成形。此工藝是一種兩相工藝，局限于大結晶范圍的合金。

6.原位反應鑄造法

這是最近發展的一種嶄新方法。它與上述五種方法的根本區別在于：增強陶瓷顆粒不是外加的，而是在制備過程中通過化學反應在原位生成的。其基本原理是：在一定的液態合金中，利用合金液的高溫，使合金液中的合金元素之間或合金元素與化合物之間發生化學反應，生成一種或幾種陶瓷增強顆粒，然后通過鑄造成形獲得由原位顆粒增強的金屬基復合材料。

金屬基復合材料的制備工藝目前尚處于研究開發中，在上述各種方法中，最具產業化前景的是機械攪拌鑄造法。因為其工藝簡單、成本低，對熔體及增強顆粒的種類幾乎沒有限制，具有廣泛的適應性。但要真正實現大規模工業生產還需解決以下幾個問題：顆粒微觀分布的均勻性；金屬基體與增強顆粒之間的界面反應與控制；組織與性能的穩定性等。