粉末冶金金属基复合材料的研究现状及发展趋势.pdf

第 2 1卷第 1 期 2 0 1 1年 2月 粉末 冶 金 工A P- POW DER M ET AL LURGY l NDUS TRY V0l _ 21 NO． 1 Fe b． 2 O11 粉末冶金金属基 复合材料 的研究 现状及发展趋势 邓陈虹 ， 葛启 录 ， 范 爱琴 中 国 钢研 科 技 集 团有 限 公 司 ， 北 京 1 0 0 0 8 1 摘 要 综述 了用粉末 冶金 法制备 的铁 基 复合材 料 、 镁 基 复 合材 料 、 铜 基 复合 材料 及 铝基 复合 材料 的 常用增 强体 、 材料 性能 、 应 用以及 目前 国 内外 的研 究 现状 ， 并 探 讨 了存在 的 问题 及 发展 趋 势 。 关键 词 粉 末 冶金 ； 金属基 复合 材料 ； 增 强体 ； 趋 势 中图分类号 TB 3 3 3 文献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 0 l 1 0 1 0 0 5 4 0 6 PRES ENT RESEARCH STATUS AND TREND oF M ETAL M ATRI X COM POS I TES BY PoW DER M ETALLU RGY DENG C h e n - h o n g 。 GE Qi i u。 F AN Ai q i n Ch i n a I r o n a n d S t e e l Re s e a r c h I n s t i t u t e Gr o u p， Be i j i n g 1 0 0 0 8 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t Re i nf or c e m e nt ph a s e ， p r op e r t i e s a nd a p pl i c a t i o ns o f Fe ma t r i x， M g ma t r i x， Cu m a t r i x a n d A 1 ma t r i x c o mpo s i t e s by p o wd e r m e t a l l ur g y we r e s u mm a r i z e d． The p r e s e nt r e s e a r c h s t a t u s o f t h e s e c o mp o s i t e s wa s a l s o r e v i e we d ． Mo r e o v e r ， s e v e r a l ma j o r c h a l l e n g e s a n d p r o s p e c t o f de v e l o pme n t we r e d i s c us s e d ． Ke y wo r ds p owde r me t a l l ur g y； me t a l ma t r i x c omp os i t e s ； r e i nf o r c e me nt p ha s e； t r e nd 金 属基复 合材料起 源 于 2 0世 纪 5 0年代末期 或 6 O 年 代初期 。在过 去 的二 十 多年 中， 金 属 基 复合 材 料 逐渐地从 军事 国 防 向 民用 领域 渗 透 ， 如今 已在 陆 上运输 、 民航 、 工业 和体 育休 闲产 业等诸多 领域实 现 商 业化 的应用 。 近年 来 ， 金属 基 复合 材 料 的制 备工 艺 及理 论研 究发 展非 常迅速 ， 目前 ， 金 属基 复合材料 制备 工艺和 方法 有_ 1 ] 搅拌 铸造法 、 原位 生成 法 、 挤压 铸造 法 、 喷 射成形 法 和粉 末冶金 法 。粉末冶 金法 由于可 以制备 出增强 相体积 分数 含 量非 常 高 的金 属 基 复合 材 料 ， 并且不受基体合金种类与增强体类型的限制而受到 关注 。 根 据金 属基 复 合材 料 基体 的不 同 ， 粉 末 金属 基 复合材料 分为铝 基 、 镁基 、 铜基 、 铁基 、 钛基 、 镍基 、 高 温合金基 等 ， 目前 ， 国内外学者 研究较 多 的主要集 中 在铁 基 、 铜 基 、 铝 基和镁 基等 复合材 料 。铝 基和镁 基 等轻 金属基 复合 材料 由于 其价 格 贵 ， 因而 主要 应 用 于航 空航 天 等 高 技 术 领 域 。本 文 主 要 综 述 铁 、 铜 、 铝 、 镁基 复合 材料 的研究 和发展 现状 。 1 粉末冶金铁基 复合材料研究现状 1 ． 1 增 强相 的选择 及复 合材料 性能 早 在 1 9 5 9年 ， Ga t t i A【 2 就 用 粉 末 冶 金 工 艺 制 备 了 Al O。 颗 粒 增 强 F e 基 复合 材 料 ， 发 现 氧 化 物 分散 于铁 的基体 中可 以提 高 基体 的抗 蠕变 特 性 ， 即 氧化 物弥 散强 化 的 作 用 。2 O世 纪 7 O ～ 8 0年代 ， 粉 末 冶金法制 备铁 基 复 合材 料 才开 始 受 到广 泛 关 注 ， 增强 体 颗 粒 或 短 纤 维 的范 围 也 不 断 增 加 ， 包 括 A1 2 0 3 、 C r 7 C 3 、 C r 3 C 2 、 Ti C、 Nb C 、 WC 、 V C、 不 锈钢纤 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 0 1 作者简介 邓陈虹 1 9 7 3 ， 女 汉 ， 四川人 ， 博 I ， 高级工程师 ， 从事粉末冶金复合材料的研 究 亡 作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 邓 陈虹 等 粉末冶金金属 基复合材料 的研究现状及发展趋势 5 5 维 、 C纤维 、 S i C晶须等 ， 如 表 1 。基 体 材 料 由单 一 的 铁发 展到 钢 和多元 体 系 ， 制备 工 艺也 在不 断创 新 ， 特 别是 原位 复合 技术 的 出现 ， 为解 决 颗 粒 与 基 体 的 界 面 问题 带来 了新思路 。 表 1 粉 末 冶 金 铁 基 复 合 材 料 常 用 的原 料 、 增 强 相 及 材 料 的应 用 Na v a r a E 制 备 了 Al o。 颗粒 弥散 强化 铁基 复 合材 料 ， 发 现 表 面活 性 元 素 可 有 效 降 低 界 面 能 。此 后 ， 关 于颗 粒 与基 体 界 面 问题 成 为 铁 基 复 合 材 料 研 究 的一个 热 点 。文 献 E 4 ] 用 自蔓 延高 温合 成／ 准等 静 压法 S HS ／ P HI P 制备 的 T i C颗粒增 强 铁基 复合 材 料 ， 研 究 了高 温 冲击 特性 及 断 口分 析 及 复 合 材 料 的 耐磨 损性 能 ， 随试验 温度 的升高 ， T i C颗 粒增 强 铁 基 复合材 料 的 冲击 韧 度 、 断面 收缩率 、 断 口纤 维断 面率 显著 增大 。高 温 冲击 过 程 中 ， 部 分 基 体 F e发 生 了 氧化 ， 断 口局部 区域 出现 少 量 疏 松 的 F e O 。氧 化组 织 。文献 E s ] 研 究 了用 自蔓 延 高 温 合 成 和粉 末 冶金 法制备 的 Ti C颗粒 增 强 铁 基 复 合 材 料 ， 研 究 了 Ti C 颗 粒在 基 体 中 的分 布 状 态 及 原位 反 应 过 程 。丁 义 超 _ 6 研究 了粉末 冶金 原位 合成 VC铁 基 复合 材 料 的 耐磨性 ， 发 现生 成 的 VC颗 粒 分 布 均 匀 、 颗 粒 圆 整 、 致 密度 高 的铁基 复合 材料 ， 通 过合 金元 素 的加入 ， 使 基体组织为马氏体和残余奥 氏体 ， 显示 了 良好 的耐 磨 性 。M． Ka r l s o h n [ 7 研 究 了用 热 挤 压 方 法 制 备 的 铁 基复 合材 料 的显 微 组织 和耐 磨 性 ， 发 现 热 挤 压 后 复 合材料 几 乎达 到 理 论 密 度 。文 献 E 9 ] 研 究 了用 一 种 3 1 6 L纤 维 增 强铁 基 复合 材 料 ， 其 抗拉 强 度 、 硬 度 和 耐磨性 都有 明 显提 高 。表 2是不 同增 强相 铁基 复 合 材料 的性 能l_ 4 ] 。 表 2不 同 增 强 相 铁 基 复 合 材 料 的 性 能 1 ． 2 应 用 目前用 粉末 冶金 法生 产 的铁基 复合 材料 主要用 于 机 械零 件 、 轴 承 、 摩 擦 材 料 等 。低 密 度 、 高 刚 度 和 高 强度 的增 强体 颗粒 加 入 到钢 铁 基 体 中， 在 降低 材 料 密度 的 同时 ， 提 高 了材 料 的 弹性 模 量 、 硬 度 、 耐 磨 性 和高温 性 能 。 2 粉末冶金镁基复合材料研究现状 2 ． 1基体 与增 强相 的选 择及 复 合材料 性 能 纯镁 不 适 合直 接 作 为镁 基 复 合 材料 的基体 ， 一 般 需要 添加 合 金 元 素 。常 用 的合 金 元 素 依 次 有 铝 、 锌 、 硅 、 锂 、 银 、 锆 、 锰 和稀 土元 素等 ， 常根 据镁 基复 合 材 料 的使用 性 能选择 基体 合金 。 在 镁 基 复合 材 料 的 研究 中 ， 用 作 增 强相 的主要 有 硅化 物 、 碳 化 物 、 氧 化 物 、 硼 化物 、 氮化 物 、 金 属 粒 子 及合 金 、 准 晶 以及碳 纤维 。选择 增 强 相 时 主 要 是 考 虑增 强相 的形 状与 尺寸 ， 增 强相 与基体 的物 理 、 化 学 相容性 等 因素 ， 尽 量 避 免增 强 相 与基 体 合金 之 间 的界 面反 应 ， 同时还要 考虑 增强 相 的各项 力学性 能 物 理性 能 以及制备 成 本 。 S i C颗 粒及 晶须增 强 镁基 复 合 材料 是 近 年来 研 究最 活跃 的镁 基 复合 材料 ， 见表 3 。 表 3 以 i O为 增 强 相 的 粉 末 冶 金 镁 基 复 合 材 料 常 用 的 原料 、 增 强 相 和 基 体 原料 增强相 基体 S i C晶 须 Mg[ i o 3 S i C颗粒或晶须一 MB 1 5 E “ ] S i C颗粒 Mg粉、 Al 粉、 Z n粉 [ S i C颗粒一 AZ 9 1镁合金粉[ ”] S iC颗粒一 Mg Z n Z r 合金粉[ “ S i C颗 粒 Az 6 1 E l 5 ] 纳米 S i C颗粒一 镁合金 S iC晶须 镁 S iC颗粒或晶须MB 1 5镁合金 S iC颗粒 AZ 8 1镁合金 S i C颗粒 AZ 9 1镁合金 S iC颗粒 Mg Z n - Z r 镁合金 S iC颗 粒 AZ 6 1镁合金 纳米 S i C颗粒 镁合金 S i C 颗 粒 及 晶 须 增 强 MB 1 5镁 基 复 合 材 料 中l_ 】 ， S i C颗粒 及 晶须 能 显 著 提 高 MB 1 5镁 合 金 的 室温 强度 和 弹性 膜 量 ， 且 S i C 晶须 比 S i C颗 粒 的作 用 更 明显 。文 献 [ 1 1 - 1 3 ] 研 究 了 S i C 颗粒 增 强 不 同 镁合金复合材料 的力学性能及力学性能变化机理 。 阮爱杰 等【 】 和胡 强 等 [ 1 研 究 了 S i C颗 粒增 强镁 基 复合 材料 的 阻尼性 能 ， 发 现 S i C颗 粒 能 增强 复 合 材 料 的 阻尼 性 能 。F e r k a l 等口 利 用 粉 末 冶 金 技 术 制 备 了粒 径为 3 0 n m 的 S i C颗 粒 增 强 的镁 基 复合 材 料 。研究 发 现 ， 复合 材 料 具 有较 大 的流 变 应 力 和较 低 的蠕 变速 率 ， 而 且 复合材 料具 有很 高 的热稳 定性 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 粉末 冶 金 工 业 第 2 l 卷 Al O 。 短纤 维【 、 B C颗 粒l_ 1 等 均 能够 明显提 高镁 基复合 材料 的屈服强 度 、 硬度 、 耐磨 性及 高温蠕 变性 能 。赵 常利等 l 】 研 究 了 T i 颗粒 增 强镁 基 复合 材料 ， 结果表 明 ， Ti 颗 粒 的加 人 能显 著 提 高镁 的室 温强 度和 弹性 模量 ， 同时 也使 复合 材料 具 有 较好 的 塑 性 。表 4 为 不 同 增 强 相 镁 基 复 合 材 料 的 性 能 - 1 3 ， 。 表 4 不 同增 强 相 或 合 金 镁基 复合 材 料 性 能 2 ． 2应 用 镁基 复 合材料 不 仅 保 留 了基 体 金属 的导 电 、 导 热及 优 良的冷 、 热 加 工 性 能 ， 而 且 具 有 更 高 的 比强 度 、 比刚度 、 高温蠕 变 性 能 和尺 寸稳 定 性 ， 使 其成 为 一 种先进的高性能工程结构材料 。镁合金还能作为 一 种减 振材料 ， 可 以把 振 动 能较 快 地转 变 为 热能 消 耗掉。在汽车 、 3 C产品、 航空航天和国防军工等领 域具 有 越 来 越 重 要 的应 用 价 值 和 广 阔 的 应 用 前 景l- 1 。如 已经 有 约 6 0种 汽 车 部 件 包 括 变 速 箱 外 壳 、 转 向柱等应 用镁基 复合材 料 。例 如 ， 德 国 C l a u s t h a i 技术 大学 用 S i C 。增 强镁 基 复 合 材 料 制 成 了汽 车轴承 、 活塞 和 气 缸 内 衬等 零 件 ； 美 国 T E XT R ON 公 司 、 D o w 化学 公 司用 该 复 合 材 料 制 成 螺旋 桨 、 导 弹尾 翼 和内部加 强的气 缸等 。 3 粉末冶金铜基复合材料研究 现状 铜 和铜 合 金 是 传 统 的 高 导 电 、 导 热 材 料 ， 在 电 器 、 电子等工业 部 门有着许 多重要 的用途 ， 由于强度 和耐热 性不足 ， 铜及铜 合金 的应用 受到很 大 的限制 ， 铜合金强度的提高在很大程度上都是以牺牲导电率 为代价 。铜基 复合 材料 不 仅 强度 高 、 导 电性 与导 热 性与纯 铜或铜 合金 相 近 ， 而且 还 有 良好 的抗 电弧 侵 蚀 和抗磨 损能 力及 较高 的强 度 ， 是一 类 具 有优 良综 合性 能 的新 型结 构功能 一体化 材料 。 3 ． 1 增 强相的选 择及 复合材料 性 能 用 于增 强铜及 其合 金的增 强相较 常用 的有硼 化 物 、 氧化物 、 碳 化物 、 氮化 物 以及硅 化 物 ， 还 有 F e P、 Ni z S n 、 F e z Ti 、 C o P等 一 系 列 中 间 相 。具 体 选 择 增 强 相时要 考虑 该复合 材料 的用途 、 性能 、 生产 工艺及 成本 等 因素 。近年 来 ， 粉 末 冶金 铜 基 复合 材 料 的增 强相 越来 越细 ， 向纳米 级 方向发展 ， 常用 的增强 相见 表 5 。 表 5粉 末 冶 金 铜 基 复 合 材料 常用 的原 料 、 增 强 相 原 料 增 强 相 铜 粉一 纳 米 A1 2 O3 2 0 , 2 1 ] 电解铜粉一 纳米 S iCE 。 。 电解铜粉一 微米 WC E 。 铜 粉 微米 B d CE j 电解铜粉 纳米 S i O2 [ 2 s j 电解铜粉～ 纳米或微米 A1 N E 电解 铜 粉 超 细 金 刚 石 粉 [ ] 纳 米 Al 2 0 3 纳米 S i C 微米 WC 微米 B 4 C 纳 米 S i O2 纳米或微米 Al N 超细金刚石粉 文 献 E z o ， 2 1 ] 从 不 同的 角 度 研 究 了 A l 。 O 。 ／ C u 复合材 料 的组 织 和 性 能 。周 广 宏_ 2 为 了提 高 纳米 Al O 。 颗 粒与铜 基 体 间 的 界 面结 合 力 ， 采 用 化 学镀 铜 工艺 制备 了铜包 覆 纳 米 Al 。 o 。的 复合 粉体 ， 然后 用 热压烧 结 成 形 工 艺 制 备 了纳 米 Al O。 弥 散 强 化 铜 基复合 材料 ， 结果 表 明 复合材 料具有 较好 的抗摩 擦磨 损性 能 ， 摩擦 因数较小 ， 其相对 耐磨 性与纯 铜相 比提高了近 1 倍 。Wa n g F e n g t a o E ] 等研究了纳米 S i C和纳 米 Al O 。 铜 基复 合材料 的含量 对复 合材 料 的性 能 和 组 织 的 影 响 ， 发 现 随 着 纳 米 S i C 和 纳 米 Al 。 含 量 的增 加 ， 复合材 料 的密度 降低 ， 但 复合 材 料 的软化温 度 高于 7 0 0℃ 高于 纯 铜 的软 化 温度 ， 在 相 同 含 量 下 ， 纳 米 S i C 铜 基 复 合 材 料 比 纳 米 A1 o 。铜 基 复 合 材 料 综 合 性 能好 。王 孟 君等 。 研 究 了 WC颗粒增强铜基复合材料 ， 发现 WC颗粒能 显著提高复合材料 的再结 晶温度。L I g u o l u 等 研 究 了用 气 体 沉 积 方 法 在 B 4 C颗 粒 表 面 沉积 钛 的 B c颗 粒增 强铜 基 复合 材 料 的性 能 ， 发 现 铜 基体 和 B C颗粒 之 间的界 面被 改 善 了 ， 提高 了密 度 和 导 电 性 能 ， 复合 材 料 的耐 磨 性 高 于 纯 铜 的 7 5倍 。S i O 。 颗粒 和 AI N颗 粒 也 同样 能增 强 铜 基 复 合 材料 的耐 磨性 能_ 2 。表 6是 电解 铜 粉 和 S i C、 S i O2 、 Al 2 03 、 Al N 纳米 粉体 用 粉 末 冶 金 法 制 备 的复 合 材 料 的性 能 ， ] 。 表 6 不同纳米粉体增强粉末冶金铜基复合材料 的性能 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 邓 陈虹等 粉末冶金金属基复合材料的研究现状及发展趋势 5 7 3 ． 2 应 用 目前 ， 采 用 纳米 颗 粒 增 强 的铜 基 纳 米 复合 材 料 因 同时具 有 良好 的导 电 、 导 热性 能 以及 较 高 的强 度 和 耐磨 性 能 在 电 子 和 航 天 领 域 有 广 阔 的 应 用 前 景l 2 。例 如 陶瓷 颗 粒 增 强 铜 基 复 合 材 料 可 用 作 触 头材 料 、 点焊 电极 工 作 端 、 集 成 电路 引 线 框 架外 ， 还 可以作为铸机结 晶器材料 。碳纤维／ 铜基复合材料 现作 为一 种功 能材 料 已被 广 泛 用 作 电子 元 件 材 料 、 滑动 材料 、 触头 材料 、 热 交换 材料 等 。用 碳纤 维增 强 铜基 复合 材料 制 成 的 惯 性 电机 电 刷 工 作 电 流 密 度 可高 达 5 0 0 A／ c m ， 实 现 了耐磨 性 和 导 电 性 的 最 佳 配合 。 4 粉末冶金铝基复合材料研究现状 铝基 复 合 材料 是 发 展 最 快 的金 属 基 复 合材 料 ， 而且 已成 为金 属基 复合 材料 的发 展 和研 究工作 的主 流 。铝 基 复合材 料 具 有 很 大 的应 用潜 力 ， 并且 已 有 部分 铝基 复合 材料 成功 地进 入商 业化 生产 阶段 。 4 ． 1 基体 与增 强相 的选 择及 复 合材料 性 能 铝 基 复 合 材料 的基 体 可 以是 纯 铝 ， 也 可 是 铝 合 金 ， 其 中采 用铝 合 金 的 居 多 。工 业 上 常 采用 的 铝合 金 基 体 有 A1 一 Mg 、 Al s i 、 Al C u 、 Al L i 和 Al F e等 。 并 不是 基 体 的 强 度 越 高 ， 复 合 材 料 的性 能 就 越 好 。 如碳纤 维增 强铝 基 复 合 材 料 中 ， 用 纯 铝 或含 有 少量 合 金元 素 的铝合 金 作 为 基体 ， 就 比用 高 强度 铝 合 金 作 为基 体要 好得 多 ， 用 高 强 度 铝 合 金 作 为基 体 组 成 的碳 纤维 增 强复合 材 料 的性能 反而 低 。 根 据增 强体 的形 态 ， 可 将 其 分 为 纤 维 、 颗 粒 、 晶 须 三种类 型 。 目前粉 末冶 金铝 基复 合材 料研 究 较多 的增 强 相见 表 7 。 表 7粉 末 冶 金 铝 基 复 合 材 料 常 用 的 原 料 和 增 强 相 原 料 增 强 相 S i C颗粒一 铝 粉[ Al 2 3颗粒一 纯铝粉[ 。 。 ] T i B 2颗 粒一 铝 粉 [ 3 3 3 K2 O 6 Ti O2 一 铝 粉 _ 3 4 l蛳 粉媒灰 纯铝粉[ s 纳米或微米 S i C A1 2 0 3颗粒 Ti B 2颗粒 K2 6 T i 2 碳 酸 钾 晶须 粉 煤 灰 在粉 末冶 金铝 基 复合材 料研 究 中使 用最 多 的增 强体 是 S i C和 Al o。 ， 尤 其 是 以 S i C颗 粒 为 增 强 体 的铝基 复 合材 料 。S i C颗 粒起 到 阻止基 体塑 性 变 形 ， 提 高 耐磨抗 力 的作用 ； 热 压有 利 于提 高 S i C增 强 相颗粒 与 基体 的界 面结 合强 度 ] ； 武 涛等 。 研 究 了 A1 z 0。 颗 粒增 强 5 0 5 2 铝 基 复 合 材 料 ， 发 现模 内热 压 烧 结 热 挤 压 能 够 获 得 具 有 更 高 强 度 的 材 料 。 Tj i o n g等 3 ] 对 Ti B ／ A1 4 C u复 合 材 料 耐 磨 性 的 研 究结 果发 现 ， Ti B 的加 入 提 高 了 A卜 4 C u基 体 的 二 维 磨 料磨损 抗 力 ， 复合材 料抗 磨 料 磨 损性 能 随 Ti B 含量的增加 而提高 。T． I ma i 等 。 研究 了钛酸钾 晶须增 强铝 基 复合 材 料 ， 结 果 表 明 复合 材 料 的常 温 和高 温抗拉 强 度均 高 于基 体 ， 其 线 [ 膨 ] 胀 系数 比基 体 低得 多 。王庆 平 等 。 研 究 了粉 煤 灰／ 铝基 复 合 材 料 ，粉煤 灰是 废 弃 的 副 产 品 ， 作 为 复 合 材 料 的 增 强 相 ， 越 来越 受 到关 注 。表 8为 不 同 增 强相 铝 基 复 合 材 料 的性能 l 3 。 ] 。 表 8不 同增 强 相 粉 末 冶 金 铝 基 复 合材 料 的 性 能 4 ． 2应 用 从 2 O世 纪 8 O年 代 初 开 始 ， 国 外投 入 大量 财力 致 力于 颗粒 增强 铝基 复合 材 料 的研 究 ， 解 决 了 增 强 体颗 粒在 基 体 中的分 布均匀 性 和基体 与增 强体 之 间 界 面结合 两 大技术 难 题 ， 并 系统 地 研 究 了颗粒 分 布 均匀 性 、 界 面结构 及性 能等一 系列 问题 ， 材 料性 能水 平 和性 能稳定 性很 快 达 到 了工 业 应 用水 平 ， 并 逐 步 研究 开发 出 了结 构 级 、 仪 表 级 和 光 学 级 复 合 材 料 。 如英 国 Os p r e y 公 司在 9 O年 代 初 ， 粉 末 冶金 法 的生 产规模 达 到 了 2 0 t 的水 平 。 粉末 冶金 铝基 复合 材料 具有 一 系列优 异 的力学 性 能和物 理性 能 ， 因此应 用领 域非 常广 泛 ， 如航 天航 空 、 军事 、 汽 车 、 电子 、 体 育 等 领域 。而且 在 2 0世 纪 8 o年代 就 已开始 在 航 空航 天 工 程 中成 功 应用 。如 在美 国国防部 “ Ti l t l e I I I ” 项 目支 持下 ， D wA 复合 材 料公 司与 洛克 希德 马丁 公 司 及 空 军合 作 ， 将 粉 末 冶金 法制 备 的碳 化 硅 颗 粒 增 强 铝 基 6 0 9 2 A1 复 合 材料 用 于 F 一 1 6战 斗 机 的 腹 鳍 ， 代 替 了原 有 的 2 2 1 4 铝合 金蒙 皮 ， 刚 度 提 高 5 O ， 寿命 由原来 的 数 百 小 时提 高到 设计 全寿 命约 为 8 0 0 0 h ， 寿命 提高 幅度 达 1 7倍 。 。 5 存 在的问题及其 发展趋 势 粉末冶金法是最早用来制造金属基复合材料的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 粉末冶金工业 第 2 1 卷 方 法 ， 虽然 有很 多优 点 ， 如 可实 现 多种 类 型 的复 合 ， 充 分发挥各 组元材 料 的特性 ， 是 一 种低 成 本 生产 高 性 能复合材 料 的工 艺 技术 ， 但 由于 基体 和 增 强相 在 尺 寸 、 形状 、 物理化 学 性 能上 有 很 大差 别 ， 提 高增 强 相 与基体 的润湿性 ， 提高 基体 与 增 强相 之 间 的界 面 结合 强度 ， 从 而提 高 复合 材料 的综 合性 能 将依 然 是 金属 基复合 材料 的研究方 向 。今后 的研 发工作 主要 应着 眼于如下 几个方 面 。 1 对粉末 冶金制 备工 艺的研究 与改进 ， 从而得 到最佳 的制备 工艺也 是粉末 冶金金 属基复合 材料 的 研究热 点之一 。如在 粉末冶 金 中引 入 由微 波加热 与 基座辐 射加热相 结 合 的新 型 工艺 ； 粉 末 冶金 与 其他 制备工艺 相结合 的方 法 ， 如 粉末 冶 金 原 位 合 成技 术 的综合 运用 已经开始 在实验 室 中进 行研究 。尤其 对 纳米增 强相 复合 材料 来 说 ， 不 同制 备方 法 之 间 的 综 合运用是 有力手 段 。 2 增 强相 的超细化 、 纳米化 方 向发 展 。由于纳 米增 强相 尺寸较小 ， 容易 聚集 ， 所 以外加 纳米增 强相 的表 面改性 如金 属涂 层 或气 体 沉 积金 属 ； 增 强 相 与基体的界面交互作用机制， 优化界面结构 ， 充分发 挥界 面的增 强效应 ； 使 纳米 增 强 相更 加 均 匀地 弥 散 地分 布在基体 中等是研 究 的热点 。 3 探索 高性 能 、 低 成 本 、 容 易大 规 模 生产 的粉 末 冶金金 属基复 合材料将 成 为研 究热 点 。 6 结 语 经过 几 十年 的发 展 ， 粉末 冶 金金 属 复合 材料 已 经成 功地从 实验 室走 向市 场 ， 并 在诸 多 应 用领 域 站 稳 了脚 跟 ， 这 受 益 于 广 泛 而 深 入 的 基 础 研 究 工作 。 在优化 现有工 艺 ， 降低 制造 成本 ， 解 决与环 境 的适 应 性 ， 实现 其再生 循环利用 ， 实 现社会 可持续 发展等 方 面 ， 将逐 渐受到 人们 的关 注 。 参考文 献 1- 1 3 [ 2 ] [ 3 2 [ 4 ] 张发云 ， 闰洪 ， 周 天瑞 ， 等． 金属基复合材料制备工 艺的 研 究 进 展 [ 刀． 锻 压 技 术 ， 2 0 0 6 ， 6 1 0 0 1 0 4 ． Ga t t i A． I r o n - Al u mi n a Ma t e r i a l s r I ] ． Tr a n s a c t i o n s AI M E，1 95 9， 21 5 5 7 53 7 55 ． Na va r a E，Eas t e r l i ng K E．Ob s e r va t i o ns o n t he De c o he s i o n o f Oxi de Pa r t i c l e s i n a De f o r me d I r on Ba s e Ma- t r i x [ J ] ．J e r n k o n t An n ，1 9 7 1 ， 1 5 5 8 4 3 8 - 4 4 1 ． 李斌 ， 刘宗德 ， 陈勇， 等． 燃烧合成／ 准等静压 T i C F e 基 复合材料 耐磨 损 性 能 的研 究 [ J ] ．粉 末 冶 金 工 业 ， [ 5 ] [ 6 ] [ 7 2 [ 8 3 [ 9 ] [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 2 [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] 20l 0， 2 0 1 5 0 5 3． W a n g J ， F u S J ．F e Ti C Co mp o s i t e Pr o d u c e d b y S e l f - P r o p a g a t i n g Hi g h T e mp e r a t u r e S y n t h e s i s [ J ] ． P o w d e r M e t a l l ur gy，20 08，5 1 4 29 5 29 7． 丁义超 ， 王一三 ， 王静 ， 等． 粉末 冶金 合成 V C铁基复合 材料的耐磨性研究[ J ] ． 热加工 工艺 ， 2 0 0 7 ， 3 6 1 4 1 5 17 ． Ka r l s oh n M ，W e b e r S，Al a v i Za r e e S R，e t a1 ．M a nu f a c t ur i n g，M i c r o s t r u c t ur e a nd W e a r Re s i s t a nc e of No ve l Ho t Ext r ud e d Fe Ba s e d Me t a l M a t r i x Co mp os t i t e s I- J ] ．P o wd e r me t a l l u r g y ， 2 0 0 8 ， 5 1 1 3 1 3 7 ． Be no f t Ap po l a i r e， M o ha me d Go une ． Li n e a r St a bi l i t y Ana l ys i s o f A 7 Fe 4 N Ni t r i de La y er Gr o wi n g i n Pu r e I r o n [ J ] ．C o mp u t a t i o n a l Ma t e r i a l s S c i e n c e ，2 0 0 6 ， 3 8 1 1 2 6 1 3 5． 郭青 ， 王吉会． 不锈钢纤维增强铁基复合材料 的制备 与 性 能研 究 [ J ] ． 天 津 师 范 大 学 学 报 自然 科 学 版 ， 2 0 0 9 ， 29 2 41 4 3 ． Z h e n g M Y．W u K，Ya o C K，e t a 1 ．I n t e r r a c i a l M i c r os t r uc t u r e a n d Fr a c t ur e Be ha v i or o f Si C W hi s k er R e i n f o r c e d Ma g n e s i u m Ma t t r i x C o mp o s i t e s [ J ] ．Ma t e r i a l s S c i e n c e F o r u m，2 0 0 3， 4 1 9 ／ 4 2 2 7 9 5 - 8 0 0 ． 郗雨林 ， 柴东 朗， 张文兴 ， 等．粉末冶 金法制备 S i C晶 须增强 MB 1 5镁基复合 材料 [ J ] ．稀有 金属材料 与工 程 ， 2 0 0 5 ， 3 4 7 l 1 3 1 1 1 3 4 ． 岳云龙 ， 苏通 ， 陶文宏 ， 等．粉末冶金 法制备 S i C颗 粒 增强 AZ 8 1 镁基 复合 材料性 能研 究[ J ] ． 稀有 金属 材 料 与 工 程 ， 2 0 0 7， 3 6 3 5 3 3 - 5 3 6 ． 赵青才 ， 严红革 ， 盛绍顶 ， 等．快速凝 固结 合粉末冶金 法制备 S i C ／ A Z 9 1复合材料的组织及性能[ J ] ．机械 工程 材料 ， 2 0 0 9 ， 3 3 2 3 9 4 2 ， 5 5 ． 阮爱杰 ， 马立群 ， 卞亚娟 ， 等．粉末 冶金法 S i C颗粒增 强镁基复合材料 的阻尼性能研究 [ J ] ．轻合金 加工技 术 ， 2 0 1 0， 3 8 3 5 2 5 5 ． 胡强 ， 揭小平 ， 闫洪 ， 等．S i C ／ A Z 6 1镁基复合 材料 的 力学 与 阻 尼性 能 [ J ] ． 锻 压技 术 ， 2 0 0 8 ， 3 3 2 1 0 6 1 09 ． Fe r ke l H ．M o r di ke B I ．M a gn e s i um St r e ng t h e ne d b y S i C n a n o p a r t i c l e s [ J ] ．Ma t e r i a l S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g A，2 0 0 1 ， 2 9 8 1 ／ 2 1 9 3 1 9 9 ． Ha j o D，Yu a n D H，P e t r a M ，e t a 1 ． Te n s i l e a n d c ompr e s s i v e c r e e p be ha v i ou r o f A1 2 O3 Sh or t Fi b e r Ri i n f o r c e d Ma g n e s i u m Al l o y AE 4 2 [ J ] ．Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A，2 0 0 5， 4 1 0 ／ 4 1 1 1 8 5 8 8 ． J i a n g Q C，W a n g H Y，M a B X，e t a 1 ．F a b r i c a t i o n o f B4 C Par t i c ul a t e Re i nf o r c e d M a gn es ui um Ma t r i x Co rn p o s i t e b y P o w