噴射成形(sprayforming)

將霧化成顆粒狀的熔融金屬噴射并沉積到成形基體上而獲得產品的粉末成形工藝。噴射成形的一般原理是，熔融金屬或合金在惰性氣氛中被霧化成彌散的液態顆粒，經霧化的液態顆粒在高壓氣體壓力或離心力的作用下，噴射到較冷的基體上，并在此表面沉積，形成沉積物。將沉積物從基體上分離下來，經過后續加工，得到各種噴射成形產品.

噴射成形的概念和原理最早是由英國斯旺西(Swansea)大學辛格(A．Singer)教授于1969年提出來的。當時，辛格采用離心霧化熔融金屬，并直接軋制得到了薄帶材。隨后，布魯克斯(R．Brooks)等人成功地將辛格提出的噴射成形原理應用于鍛造坯的生產，形成了著名的奧斯普雷(()sprey)工藝。他們對該工藝作過大量的研究，開發了適合于噴射成形的合金系列，設計和制造了奧斯普雷成套設備，生產了傳統方法難以加工得到的高合金和超合金管、環、筒、棒狀預成形件，并取得了兩項專利。從此，奧斯普雷工藝蜚聲于世，成了噴射成形的代名詞。1980年，英國奧羅拉(Aurora)鋼鐵公司將噴射成形原理應用于高合金工具鋼和高速鋼的生產，進一步發展了該項工藝并稱之為控制噴射沉積法(CSI))。該工藝一次可連續霧化生產2t工具鋼。美國麻省理工學院的格蘭特(Grant)等人通過改善噴射成形的裝置，嚴格控制工藝參數，形成了液體動態成形工藝(LDC)，并研究了多種成分的噴射沉積組織和性能.

迄今已開發了如下幾種噴射成形工藝：

(1)噴射軋制：噴射沉積形成連續的帶坯，隨即進行熱軋、冷軋.

(2)噴射鍛造：又稱奧斯普雷工藝，噴射沉積形成鍛造預成形坯，隨后進行熱鍛、擠壓.

(3)離心噴射沉積：熔融金屬通過離心霧化沉積在基體上，沉積物從基體上脫落而形成大的管、板狀產品.

(4)噴射涂層：沉積物永久牢固地結合在基體上，而形成一種涂層材料.

(5)同時噴射噴丸：噴射沉積的同時，噴丸起到熱加工的作用，實現金屬沉積與致密化同時進行，以控制、消除沉積時產生的內應力，可得到完全致密的沉積物.

噴射成形實質上是一種霧化熔融金屬顆粒同基體碰撞而中止飛行直接在基體上形成附著的沉積物，而不是讓霧化顆粒流飛行直接凝固成粉末的工藝。噴射成形和粉末冶金、鑄造等工藝相比較有如下特點：

(1)優越的經濟性。噴射成形是一種近形成形技術，工序簡單，與粉末冶金方法相比，產品的生產工序大大簡化，它省去了粉末制備、壓制及燒結等工序，縮短了生產周期，提高了生產率。與鑄造方法相比，它省去了造型、清砂等一系列輔助工藝。噴射沉積速度非常快，現已達80～100kg／min合金料，噴射的收得率可高達85％～95％。此外改變基體的形狀和運行方式等參數，可生產不同形狀、尺寸和重量的毛坯，尤其適合于生產粉末冶金和鑄造法都難于得到的大規格的薄壁管、板和環等.

(2)良好的材料性能。噴射成形是在惰性氣氛中瞬時完成，金屬氧化程度小。而且由于液態金屬一次成形，工藝簡單，避免了粉末冶金工藝因貯存、運輸等工藝帶來的氧化，減輕了材料受污染程度。由于噴射沉積物凝固時不發生液體金屬流動，沉積坯中不會出現一般鑄造條件FN凝固收縮引起的縮孔和疏松，而且噴射沉積物減小了氧化程度，降低了雜質含量，避免了粉末固化時由于污染而產生的孑L洞。因此噴射沉積可獲得高度致密的毛坯。特別是噴射沉積物的冷凝速度可達10²～10³K／s，能夠獲得偏析程度小，組織細小均勻的毛坯，材料具有良好的性能.

噴射成形工藝目前被用來研究和開發多種快速凝固材料和制品，如鋁合金、鎂合金、高溫金屬、超合金材料、不銹鋼、磁性材料、復合材料等，具有廣泛的應用前景.