현재 금속 매트릭스 복합재의 주요 준비 공정은 무엇입니까?

(1) 분말야금 복합공법

분말야금 복합공법의 기본 원리는 소결성형법, 소결블랭킹, 가소화공법 등 기존의 분말야금공법과 동일하다. , 가공성형방법 등 분산강화복합재료(입자강화 또는 섬유강화 복합재료)의 제조 및 성형에 적합하다. 분말 야금 복합 방법의 주요 장점은 다음과 같습니다. 모재 또는 합금의 조성을 자유롭게 선택할 수 있으며 모재와 강화 입자 간의 반응이 쉽게 일어나지 않습니다. 자유롭게 선택하고 다양한 입자를 강화할 수 있습니다. 강화 입자의 첨가 범위가 넓어 입자 균일성을 달성하기가 더 쉽습니다. 단점은 공정이 복잡하고 비용이 높으며 제품 모양과 크기가 제한적이며 미세한 강화 입자의 균일한 분산이 어렵다는 것입니다. 입자와 매트릭스 사이의 인터페이스는 주조 복합 재료만큼 좋지 않습니다.

(2) 주조 응고 형성 방법

주물 응고 형성 방법은 모재를 용융 상태에서 합성하는 방법이다. 주요 방법으로는 교반주조법, 액상침투법, ***스프레이 증착법 등이 있다. 주조 응고 성형 복합 재료는 공정이 간단하고 제품 품질이 우수한 특성을 가지며 산업계에서 널리 사용됩니다.

1. 1차 캐스팅 컴파운드 방법

1차 캐스팅 컴파운드 방법(액체 접촉 반응 합성 기술, Liquid Contact Reaction: LCR이라고도 함)은 강화 입자를 제조하기 위한 원료를 첨가하는 것입니다. 금속의 경우 고온에서의 화학 반응을 통해 상을 강화한 다음 주조를 통해 형상을 만듭니다. 이 공정의 특징은 입자와 매트릭스재 사이의 결합상태가 좋고, 입자가 작고(0.25~1.5μm), 균일하게 분산되며, 함량이 40%까지 높을 수 있어 고성능 복합재료이다. 재료를 얻을 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 원소분말로는 티타늄, 탄소, 붕소 등이 있으며, 복합분말로는 Al2O3, TiO2, B2O3 등이 있습니다. 이 방법은 Al계, Mg계, Cu계, Ti계, Fe계, Ni계 복합재료를 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 강화상은 붕소화물, 탄화물, 질화물 등이 될 수 있습니다.

2. 교반주조법

혼합주조법이라고도 하는데, 용탕에 세라믹 입자를 넣고 균일하게 저어준 후 틀에 붓는 방식이다. 제품을 얻거나 블랭크를 2차 가공하는 이 방법은 구현이 쉽고 대량 생산이 가능하며 비용이 저렴합니다. 이 방법은 알루미늄 기반 복합재료 제조에 널리 사용되지만, 모재 금속과 강화 입자의 조합이 제한적이라는 것이 가장 큰 단점이다. 두 가지 이유가 있습니다. ① 강화 입자와 용융 모재 사이에서 화학 반응이 일어나기 쉽습니다. ② 강화 입자가 알루미늄 합금과 같은 합금 용융물에 쉽게 고르게 분산되지 않습니다. 이는 윤활성이 부족하기 때문입니다. 세라믹 입자와 알루미늄 합금의 또 다른 문제는 세라믹 입자가 용질 원자와 함께 수상돌기 사이에 분리되기 쉽다는 것입니다.

3. 반고체 복합주조법

반고체 복합주조법은 반고체 주조법에서 발전된 것이다. 일반적으로 금속이 응고되면 1차 결정은 수상돌기 형태로 성장하는데, 고상 비율이 약 0.2%에 도달하면 수상돌기가 연속적인 네트워크 골격을 형성하고 거시적 유동성을 잃습니다. 액체 금속이 액체상에서 고체상으로 냉각되는 과정에서 강하게 교반되면 수지상 네트워크 골격이 부서지고 분산된 과립형 조직 형태가 유지되어 남은 액체상에 부유하게 됩니다. 고체상 비율이 0.5% ~ 0.6%에 도달해도 조직은 여전히 ​​특정 유변성을 갖습니다. 액체-고체 상에 남아 있는 반고체 합금은 유변학적 특성으로 인해 주조될 수 있으며, 반고체 슬러리도 요변성을 가지며 유변학적 잉곳은 연화를 위해 고상 및 액상 변화 지점까지 재가열될 수 있습니다. 다이캐스팅 게이트와 금형 벽의 전단 작용으로 유변성을 복원하고 금형을 채울 수 있습니다. 강한 교반을 받는 반고체 합금에 강화입자 또는 단섬유 강화재료를 첨가하면, 첨가된 입자에 대한 반고체 슬러리의 구형 파쇄 입자의 분산 및 포획 효과로 인해, 입자의 응집 및 분리뿐만 아니라 슬러리 분포에서 입자를 균일하게 만들고 습윤성을 향상시키며 계면 결합을 촉진합니다.

4. 함침 응고법(MI 기술)

함침 응고법은 기공률이 높은 강화상 성형체를 용융된 모재에 담그는 방법으로, 모재 금속을 프리폼 내부로 침투시킨 후 고화시켜 복합재료를 제조하는 방법. 가압 함침과 비압침 함침의 두 가지 방법이 있습니다. 함침 방법은 강화 단계와 용융된 매트릭스 금속 사이의 젖음성이 좋지 않은 복합 재료를 제조하는 데 적합합니다. 강화 단계의 함량은 30% ~ 80% 정도로 높을 수 있으며, 강화 단계와 용융 금속 사이의 반응이 억제되어 편향이 발생할 가능성이 줄어듭니다. 그러나 강화상으로 입자를 사용하는 경우 예비성형품의 제조가 더욱 어려우며, 일반적으로 위스커와 단섬유를 사용하여 예비성형품을 제조한다. 용융금속이 프리폼 내부로 침투하기 어려워 대형 복합재료 제조가 어렵다.

5. 원심 주조 방법

중공 부품의 주조 및 성형에 널리 사용되는 방법은 두 가지 주조 방법입니다. 단순하며, 저비용, 높은 주조밀도의 장점을 가지고 있으나 계면품질의 제어가 어렵고 연속적인 장척의 복합재료를 성형하기가 어렵다.

6. 가압응고주조법

이 방법은 용탕을 주형에 붓고 압력을 가해 용탕을 응고시키는 방법이다. 금속은 액체에서 응고될 때까지 높은 압력을 받기 때문에 완전히 함침되고 공급되며 기공 생성이 방지되어 치밀한 주조물이 만들어집니다. 주조와 단조를 결합하는 방법은 압착주조, 액체금형단조, 단조주조 등으로도 불린다. 가압 응고 주조 방법은 보다 복잡한 MMC 부품을 준비할 수 있으며 국부적으로 강화할 수도 있습니다.

복합재료는 용융상태에서 압력을 가하여 결합하기 쉽기 때문에 결합력이 매우 강하고 기계적 성질이 높은 부품을 얻을 수 있습니다. 이 고온에서 만들어진 복합 빌렛은 2차 성형에 더 편리하며 다양한 열처리를 거쳐 재료에 대한 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

7. 용융 도금 및 역응고 방법

용융 도금 및 역응고 방법은 모두 연속적인 장치수 클래딩 재료를 제조하는 데 사용되는 방법입니다. 용융 도금은 주로 와이어의 연속 코팅에 사용되며 주로 코팅 영역의 길이와 영역을 통과하는 심선의 속도를 제어합니다. 역응고 방식은 얇은 스트립을 마스터 스트립으로 사용하여 일정한 인장 속도로 역응고기를 통과하는 방식으로, 마스터 스트립의 속도가 용탕의 속도보다 훨씬 낮기 때문에 근처에 충분히 큰 과냉각 영역이 형성됩니다. 마스터 스트립의 표면 정도에 따라 용융 금속은 마스터 스트립의 표면에서 응고 및 성장하기 시작하며 역 응고기 위에 배치된 한 쌍의 롤러는 동시에 평탄화 및 용접 역할을 합니다.

8. 진공 캐스팅 방법

진공 캐스팅 방법은 먼저 연속섬유를 와인딩 머신에 감은 다음 폴리메타크릴산과 같은 분해성 유기 고분자 화합물을 사용하여 반제품을 만드는 것입니다. - 경화된 섬유 벨트, 프리폼을 금형에 넣고 500°C로 가열하여 유기 폴리머를 분해합니다. 금형의 한쪽 끝을 매트릭스 금속 액체에 담그고 다른 쪽 끝을 비워 금속 액체를 금형 공동으로 흡입하고 섬유를 담그십시오.

(3) 스프레이 성형 방법

스프레이 성형(Spray Forming)이라고도 알려진 스프레이 성형은 불활성 가스를 사용하여 금속을 작은 물방울로 원자화하여 특정 방향으로 움직이게 하는 방법입니다. 주입 과정에서 다른 경로의 불활성 가스를 통해 전달되는 강화된 미세 입자를 만나 주입과 함께 수냉식 기판이 있는 플랫폼에 침전되어 복합 재료로 고체화됩니다. 응고 과정은 상대적으로 복잡하며 금속의 원자화, 증착 및 응고 조건 또는 보강재의 공급 각도와 관련이 있습니다. 조기 응고는 재결합할 수 없으며 너무 늦게 응고되면 보강재가 뜨고 가라앉고 고르지 않게 됩니다. 배포. 이 방법의 장점은 공정이 빠르고, 대규모 금속 편석과 결정립 조대화를 억제할 수 있으며, 복합재료의 계면 반응을 피하고, 보강재가 고르게 분포된다는 점입니다. 단점은 원자재가 공기 흐름에 의해 제거되어 이펙터 벽에 침전되어 복합 재료의 다공성과 쉽게 느슨해짐이 발생한다는 것입니다. 스프레이 형성 원리를 사용하는 준비 공정에는 첨가법(불활성 스프레이 형성)과 반응 방법(반응성 스프레이 형성)의 두 가지 공정이 있습니다. Osprey Metals에서 연구한 Osprey 공정은 강화된 입자와 용융 금속 사이의 접촉 시간이 짧고 계면 반응이 효과적으로 억제되는 대표적인 사출 성형 방법입니다. 반응성 스프레이 증착 방식은 금속 미스트나 매트릭스에 강화 세라믹 입자를 자동으로 생성하는 방식이다.

(4) 적층복합법

적층복합법은 먼저 서로 다른 금속판을 확산접합법으로 합성한 후 이온 스퍼터링이나 분자빔 에피택시법을 이용해 교대로 결합하는 방식이다. 다양한 금속 또는 금속과 세라믹의 얇은 층이 함께 적층되어 금속 매트릭스 복합재를 형성합니다. 이러한 종류의 복합 재료는 성능이 좋지만 공정이 복잡하고 실제 사용이 어렵습니다. 현재 이 소재의 적용은 널리 보급되지 않았습니다. 과거에는 주로 소량으로 사용되거나 항공, 우주항공 및 기타 군사 장비에서 시험적으로 사용되었으며 현재는 특히 민간용으로 전환하기 위해 노력하고 있습니다. 발전 전망이 좋은 자동차 산업.

(5) 현장 발전 복합법

현장 발전 복합법은 반응 합성 기술이라고도 불린다. 금속 매트릭스 복합재료의 반응 합성 방법을 말한다. 특정 조건에서 재료를 생산하기 위한 화학 반응. 매트릭스 금속에서 현장에서 하나 이상의 열역학적으로 안정적인 강화 단계를 생성하는 복합 방법입니다. 이 강화상은 일반적으로 경도가 높고 탄성 계수가 높으며 고온 강도가 높은 세라믹 입자, 즉 산화물, 탄화물, 염화물, 붕소화물, 심지어는 Al, Mg, Ti와 같은 전통적인 금속 재료와 결합되는 경우가 많습니다. , Fe, Cu 및 기타 금속과 그 합금, 또는 (NiTi)(,AlTi) 및 기타 금속간 화합물을 복합화하여 우수한 특성을 갖는 구조재료 또는 기능성 재료를 얻는다.

금속 매트릭스 복합재의 현장 복합 공정은 기본적으로 매트릭스 및 보강재의 침투 불량, 계면 반응으로 인한 취성, 불균일한 분포 등 다른 공정에서 자주 발생하는 일련의 문제를 기본적으로 극복할 수 있습니다. 보강재, 작은 구성요소(미크론 미만 및 나노크기)의 문제 보강재는 합성하기가 매우 어렵습니다. 직접산화법, 자가전파법, In-Situ 결정성장법 등 획기적인 신공정법으로 폭넓은 주목을 받고 있다.

1. 직접 산화(DIMON) 방법

직접 산화 방법은 산화 가스를 사용하여 특정 공정 조건에서 금속 합금 액체를 직접 산화시켜 복합 재료를 형성하는 방법입니다. 일반적으로 직접산화법은 온도가 상대적으로 높기 때문에 Mg, Si 등의 합금원소를 적당량 첨가하면 반응속도를 높일 수 있다. 이러한 유형의 복합 재료의 강도와 인성은 입자 상태와 최종 미세 구조 형태에 따라 달라집니다. 형성된 강화재는 합금화 및 반응열역학으로 판단할 수 있으므로 합금화 및 노 분위기 제어를 통해 다양한 유형의 강화재를 포함하는 복합재료를 생산할 수 있습니다.

2. 발열 분산(XD) 방식

발열 분산 복합 기술(Exothermic Dispersion)의 기본 원리는 강화상 반응 물질과 금속 기반 분말을 균일하게 혼합하는 것입니다. 특정 비율의 혼합, 냉간 프레스 또는 열간 프레스 성형을 통해 특정 가열 속도로 가열되고 특정 온도(보통 매트릭스의 녹는점보다 높고 강화 단계의 녹는점보다 낮음)로 유지되는 컴팩트를 형성합니다. 강화 단계의 각 구성 요소를 만들기 위해 발열 화학 반응이 강화 단계를 생성하기 위해 발생합니다. 강화 단계는 크기가 작고 분산되어 있습니다. XD 기술에는 많은 장점이 있습니다. ① 붕소화물, 탄화물, 규화물 등을 포함하여 합성할 수 있는 다양한 유형의 강화상이 있습니다. ② 강화상 성분의 비율과 함량을 제어하여 강화상 입자의 부피 비율을 제어할 수 있습니다. ③ 보강재 가열 온도를 조절하여 상 입자의 크기를 조절할 수 있습니다. ④ 다양한 MMC를 제조할 수 있습니다. ⑤ 용융 상태에서 반응이 진행되므로 더욱 최종적인 형성이 가능합니다. XD 기술은 입자 강화 금속 기반 및 금속간 화합물 기반 복합 재료를 합성하는 가장 효과적인 프로세스 중 하나입니다. 그러나 XD 공정으로 만든 제품은 기공률이 더 크다는 문제가 있는데, 현재는 밀도를 높이기 위해 반응 공정 중 직접 압축을 사용하는 경우가 많다.

3. SHS-캐스트 침투 공법

SHS-캐스트 침투 공법은 자기 전파형 고온 합성 기술(Self-Propagating High 온 도 합성)과 액체 캐스팅 공법을 결합한 것입니다. 금속 매트릭스 복합재료 강화 입자의 현장 합성과 주조 성형의 두 가지 공정을 결합한 신기술입니다. 현재 SHS-캐스트 침투법은 경쟁적인 반응 합성 공정 중 하나이지만 공정 제어가 매우 어렵습니다. 일반적인 공정은 합금 용융물의 고온을 사용하여 주조 주형에서 고체 SHS 시스템을 점화하고 반응물과 생성물의 위치를 ​​제어하여 주조 표면에 복합 코팅을 형성하는 것입니다. SHS 재료를 준비하고 주조를 합니다. 성형과 표면 코팅 준비가 동시에 완료됩니다.

4. 반응성 스프레이 증착 기술(RSD)

반응성 스프레이 증착 공정에 의해 세라믹 입자를 생성하는 데 사용되는 반응에는 기액 반응, 액체-액체 반응 및 고체-액체 반응이 포함됩니다. 액체 반응과 염 첨가 반응. 이는 급속 응고와 분말 야금의 장점을 결합하고 입자와 매트릭스의 기계적 긴밀한 결합과 같은 스프레이 증착 공정의 단점을 극복하며 강화 단계의 부피 비율이 너무 높을 수 없다는 것이 중요해졌습니다. 금속 매트릭스 복합 재료에 대한 현재 연구 방향. 반응성 스프레이 증착 과정은 다음과 같습니다. 금속 액체가 원자화되기 전에 활성이 높은 고체 입자가 액체에 분사되어 액체-고체 반응을 일으키고, 분사된 입자가 원자화 과정에서 용해되어 하나 이상의 요소와 반응하게 됩니다. 분산상의 크기는 스프레이의 냉각 속도와 그에 따른 블랭크의 냉각 속도를 제어하여 제어할 수 있습니다.