第二章 喷射成型技术

喷射成形（Spray Forming）技术，也有人称为喷射沉积（Spray Deposition）或喷射铸造（Spray casting）技术，这是廿世纪80年代以来，工业发达国家在传统快速凝固／粉末冶金（RS/PM）工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术。

喷射成形技术的基本原理是用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到一定形状的接收体上成形。

这样，通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式，便可以从液态金属直接制备出具有快速凝固组织特征，整体致密的圆棒、管坯、板坯、圆盘等不同形状的沉积坯。

采用喷射成形工艺制备的材料与用传统铸造或变形工艺制备的材料相比，由于在制备过程中的快速冷却使显微组织明显细化、析出相细小且均匀分布，从而使材料的化学成分和组织在宏观和微观上得到有效地控制，因此材料的力学性能几乎没有各向异性，使材料的总体性能得到了明显的提高。

这种新工艺与传统的粉末冶金工艺相比，由于从冶炼到坯件成形可在一个工序完成，省去了粉末冶金制粉、混料、压坯和烧结等多道工序，且可有效地控制材料中的氧含量与纯净度，这可使材料坯件的制造成本大幅度地降低。

当今，各工业发达国家利用喷射成形技术在高速钢、高温合金、铝合金、铜合金等先进材料的开发和生产方面已经取得了很大进展，其中高性能铝合金是喷射成形技术领域中最具吸引力的开发方向。

喷射成形技术的开发和应用喷射成形技术作为一种高新技术，其产品可广泛用于航天、航空、国防、汽车、化工、海洋和石油等工业领域。

国外喷射成形技术的应用开发主要集中在圆锭坯和管坯上，对平板产品的应用较少。

目前，已经能生产直径450mm和长度2500mm的棒材，其收得率可高达70%~80%，所生产的管坯直径为150~1800mm、长度为8000，其收得率为80%~90%。

而成形的合金材料主要有：铝硅合金、铝锂合金、2000及7000系列铝合金、各种铜合金、不锈钢和特种合金等。

喷射成形（Spray Forming）技术，也有人称为喷射沉积（Spray Deposition）或喷射铸造（Spray casting）技术，这是廿世纪80年代以来，工业发达国家在传统快速凝固／粉末冶金（RS/PM）工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术。

喷射成形技术的基本原理是用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到一定形状的接收体上成形。

这样，通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式，便可以从液态金属直接制备出具有快速凝固组织特征，整体致密的圆棒、管坯、板坯、圆盘等不同形状的沉积坯。

采用喷射成形工艺制备的材料与用传统铸造或变形工艺制备的材料相比，由于在制备过程中的快速冷却使显微组织明显细化、析出相细小且均匀分布，从而使材料的化学成分和组织在宏观和微观上得到有效地控制，因此材料的力学性能几乎没有各向异性，使材料的总体性能得到了明显的提高。

这种新工艺与传统的粉末冶金工艺相比，由于从冶炼到坯件成形可在一个工序完成，省去了粉末冶金制粉、混料、压坯和烧结等多道工序，且可有效地控制材料中的氧含量与纯净度，这可使材料坯件的制造成本大幅度地降低。

当今，各工业发达国家利用喷射成形技术在高速钢、高温合金、铝合金、铜合金等先进材料的开发和生产方面已经取得了很大进展，其中高性能铝合金是喷射成形技术领域中最具吸引力的开发方向。

喷射成形技术的开发和应用喷射成形技术作为一种高新技术，其产品可广泛用于航天、航空、国防、汽车、化工、海洋和石油等工业领域。

国外喷射成形技术的应用开发主要集中在圆锭坯和管坯上，对平板产品的应用较少。

目前，已经能生产直径450mm和长度2500mm的棒材，其收得率可高达70%~80%，所生产的管坯直径为150~1800mm、长度为8000，其收得率为80%~90%。

而成形的合金材料主要有：铝硅合金、铝锂合金、2000及7000系列铝合金、各种铜合金、不锈钢和特种合金等。

金属喷射成形技术1. 简介金属喷射成形技术是一种先进的制造工艺，通过高速气流将金属粉末喷射到工件表面，利用热源将金属粉末熔化并与工件表面结合，从而实现零件的制造和修复。

这项技术广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗等领域。

2. 工艺过程金属喷射成形技术主要包括以下几个步骤：步骤一：准备工作在进行金属喷射成形之前，需要对工件进行清洁和预处理。

清洁可以去除表面的污垢和氧化物，提高附着力。

预处理可以提高金属粉末的润湿性和流动性。

步骤二：喷射装置设置喷射装置是实现金属粉末喷射的关键设备。

它通常由气源、加热源、控制系统和喷嘴组成。

气源提供高速气流，加热源提供热能使金属粉末熔化，控制系统用于调节气流速度和温度，喷嘴用于将金属粉末喷射到工件表面。

步骤三：金属粉末喷射在喷射过程中，金属粉末通过喷嘴被高速气流带到工件表面。

加热源提供的热能使金属粉末熔化，并与工件表面结合。

这一过程需要控制气流速度、温度和喷射角度，以确保金属粉末能够均匀地覆盖整个工件表面，并且与工件表面结合牢固。

步骤四：冷却和后处理在金属粉末与工件表面结合后，需要进行冷却和后处理。

冷却可以使金属快速固化，增加材料的硬度和耐磨性。

后处理包括清洁、修整、抛光等步骤，以提高零件的质量和外观。

3. 优点和应用领域金属喷射成形技术具有以下优点：•高效：喷射速度快、生产周期短。

•精密：可以制造复杂形状的零件，精度高。

•节约材料：金属粉末利用率高，浪费少。

•可修复性：可以修复损坏的零件，延长使用寿命。

金属喷射成形技术广泛应用于以下领域：航空航天金属喷射成形技术可以制造航空发动机叶片、涡轮盘等关键零件。

这些零件通常需要具备高温、高压和高速的性能要求，金属喷射成形技术能够满足这些要求，并提供更好的性能和可靠性。

汽车制造金属喷射成形技术可以制造汽车发动机缸体、曲轴箱、排气管等零件。

这些零件通常需要具备轻量化、耐磨、耐腐蚀等特点，金属喷射成形技术能够满足这些要求，并提供更好的燃烧效率和可靠性。

*上海宝钢集团 十五 重大项目资助(BG010102)颜飞:男,博士研究生,主要从事喷射成形材料的研究工作 T el:021 ******** 2219 E mail:yanfeisjt u@喷射成形技术及其在钢铁材料上的应用*颜 飞1,徐 洲1,史海生2,樊俊飞2(1 上海交通大学高温材料与高温测试开放实验室,上海200030;2 上海宝钢技术中心前沿所,上海201900) 摘要 喷射成形是近年来发展非常迅速的一种近终成形先进冶金工艺技术。

与传统铸造工艺及粉末冶金工艺相比,喷射成形设备、工艺简单,能生产偏析小、晶粒细、致密度高的材料。

喷射成形技术在铝基合金、铁基合金、高温合金、铜合金及复合材料等方面都得到了广泛的应用。

主要介绍该技术的原理及其在钢铁材料方面的应用情况,并讨论了它在钢铁领域的发展趋势,指出喷射成形工艺是一种有望替代粉末冶金工艺生产高合金钢材及一些特殊钢材的崭新工艺。

关键词 喷射成形 快速凝固 粉末冶金Spray Forming Technology and Its Application in Iron &S teel MaterialsYA N Fei 1,XU Zhou 1,SHI H aisheng 2,FAN Junfei 2(1 Key Labor ator y fo r H ig h T emper atur e M aterials and T ests of M inistry of Educatio n,Shang ha i Jiaoto ngU niversit y,Shanghai 200030;2 Shang hai Bao steel Research Institut e,Shang ha i 201900)Abstract Spray for ming is a new shape technolog y which develo ped r apidly in recent year pared w ithco nv ent ional casting and po wder metallurg y,equipments and technolog y of spray fo rming are more simple,and it can pr oduce the matarials w ith small seg reg atio n,fine g rain size,and hig h densit y.Spray form ing has been w idely used in aluminum ir on copper based alloy s,high temper atur e allo ys and metal composites.M echanism and application in ir on &steel mater ials ar e intro duced in this paper and its dev eloping tr end is also discussed.It is pointed o ut that spra y for ming is a new techno lo gy w hich may take the place of pow der meta llur gy to pro duce hig h alloy ed steels and some special st eels.Key words spray for ming,rapid so lidification,po wder metallurg y0 前言喷射成形(Spray F or ming)也称喷射铸造(Spray Casting )或雾化沉积(Spray Deposit ion),该工艺实际上是由雾化和沉积2个基本过程所组成。

特种工艺在航空发动机制造中的应用随着科技的进步和市场需求的变化，航空发动机也在不断地提高其性能和可靠性，而其中一个重要的手段就是运用特种工艺。

在航空发动机制造中，特种工艺包括许多方面，例如超声波检测、喷射成形、钛合金等，这些技术的应用大大提高了航空发动机的质量和可靠性。

第一步：超声波检测超声波检测是一种利用声波的反射和穿透性进行质量检测的非破坏性方法。

在航空发动机制造中，超声波检测常常用于对发动机零件内部的缺陷、裂纹等问题的检测。

在加工前，通过超声波检测零件的内部缺陷，可以及时发现问题进行处理，避免零件在使用过程中出现问题。

在加工后，超声波检测也可以用于对零件的质量进行检测，保证零件的完整性和可靠性。

第二步：喷射成形技术喷射成形技术是将喷射材料在高速气流或气体喷射的作用下快速冷却成型的一种制造技术。

在航空发动机制造方面，针对一些特殊的零件，喷射成形可以减少生产零件所需的时间和成本，提高生产效率，同时保证零件的高质量。

在发动机的制造中，使用喷射成形技术可以减少零件的错配率和废品率，大大提高了零件的一致性和质量。

第三步：钛合金钛合金是一种轻量、高强度的金属材料，也是航空发动机制造中经常使用的材料。

由于钛合金具有很好的耐高温、抗腐蚀和机械强度等优点，特别适合用于航空发动机制造中。

应用钛合金轻量化技术可以大大降低发动机重量，提高发动机效率，其优异的高温抗氧化性和较高刚性，还可以保证发动机的稳定性。

总的来说，特种工艺在航空发动机制造中的应用主要包括超声波检测、喷射成形技术和钛合金等。

这些技术的应用不仅提高了航空发动机的质量和可靠性，同时也大大提高了生产效率、降低成本和建设环保型工厂。

未来的航空发动机制造，特种工艺将有更深入的应用和更广阔的视野。

快速凝固与喷射成形技术在现代材料科学与工程领域，快速凝固与喷射成形技术正以其独特的优势和创新的应用，为材料性能的提升和新产品的开发带来了前所未有的机遇。

这两项技术的出现，不仅改变了我们对传统材料制备方法的认知，还为解决许多工程领域的难题提供了有力的手段。

快速凝固技术，顾名思义，是一种能够使液态金属或合金在极短时间内冷却并凝固的方法。

在传统的凝固过程中，由于冷却速度较慢，原子有足够的时间进行扩散和重新排列，从而形成粗大的晶粒和偏析等结构缺陷。

然而，快速凝固技术能够极大地抑制这种扩散和重排，使得凝固后的材料具有细小的晶粒、均匀的成分分布以及特殊的亚稳相结构。

这种细小的晶粒结构带来了诸多优异的性能。

首先，材料的强度和硬度得到显著提高。

因为晶粒越小，晶界越多，而晶界是阻碍位错运动的有效障碍，从而增强了材料的抵抗变形的能力。

其次，快速凝固材料通常具有更好的耐腐蚀性。

均匀的成分分布减少了局部的电化学差异，降低了腐蚀发生的可能性。

此外，一些在常规条件下难以获得的亚稳相，如过饱和固溶体和非晶态结构，也可以通过快速凝固技术实现，这些亚稳相赋予了材料独特的物理和化学性能。

实现快速凝固的方法多种多样，其中常见的有雾化法、熔体急冷法和深过冷法等。

雾化法是将液态金属或合金通过高速气流或水射流破碎成细小的液滴，然后在冷却介质中迅速凝固。

熔体急冷法则是将液态金属直接喷射到高速旋转的冷却辊上，实现快速冷却。

深过冷法是通过消除液态金属中的异质形核核心，使其在较大的过冷度下自发形核并凝固。

喷射成形技术则是在快速凝固技术的基础上发展起来的一种先进的材料制备技术。

它将金属的熔化、雾化和沉积成形过程集成在一个工序中，实现了近终形的材料制备。

在喷射成形过程中，液态金属被雾化成细小的液滴，然后这些液滴在飞行过程中快速凝固，并直接沉积在预先准备好的基底上，逐渐形成所需形状和尺寸的坯料或零件。

相比于传统的铸锭冶金和粉末冶金工艺，喷射成形技术具有许多显著的优点。

粘结剂喷射成型技术粘结剂喷射成型技术（Jetting Technology for Adhesive Bonding）引言：粘结剂喷射成型技术是一种现代化的粘接工艺，通过将粘结剂以喷射的方式施加到需要粘接的物体表面，实现材料的粘合。

它具有高效、精确、可重复性好等优点，在各个领域得到了广泛应用。

本文将介绍粘结剂喷射成型技术的原理、应用范围以及未来发展方向。

一、原理：粘结剂喷射成型技术主要依靠喷射器将粘结剂以高速喷射到工件表面，通过粘结剂的粘附力和表面张力，实现材料的粘合。

喷射器通常由一个喷头和一个供粘结剂的容器组成。

在喷头的控制下，粘结剂经过高压喷射，以液滴或雾化的形式喷射到工件表面。

然后，粘结剂在固化过程中形成坚固的粘结。

二、应用范围：粘结剂喷射成型技术广泛应用于各个领域，包括汽车制造、航空航天、电子设备等。

以下是一些典型的应用场景：1. 汽车制造：粘结剂喷射成型技术可用于汽车零部件的粘接，如车身板材、玻璃、塑料件等。

它可以提高粘接强度和密封性，减少零部件的重量和成本。

2. 航空航天：在航空航天领域，粘结剂喷射成型技术被广泛应用于飞机和火箭的结构粘接。

它可以提高结构的强度和轻量化效果，同时减少气动阻力和燃料消耗。

3. 电子设备：粘结剂喷射成型技术可用于电子设备的组装和封装，如电路板、芯片和传感器等。

它可以提高组装效率和可靠性，同时减少材料浪费和生产成本。

三、未来发展方向：随着科技的不断进步，粘结剂喷射成型技术也在不断发展和创新。

以下是一些未来的发展方向：1. 精确度提升：未来的粘结剂喷射成型技术将更加注重精确度的提升，以满足高精度和微型化的粘接需求。

通过改进喷射器设计和粘结剂配方，实现更精细的喷射控制和更高的粘接质量。

2. 自适应控制：未来的粘结剂喷射成型技术将引入自适应控制算法，实现对喷射过程的实时监测和调整。

通过传感器和反馈系统，及时调整喷射参数，以适应不同材料和工件的粘接需求。

3. 绿色环保：未来的粘结剂喷射成型技术将更加注重环境友好性和可持续发展。