材料复合设计论文纤维增强镁基复合材料工艺设计

材料复合设计 材料复合设计课程论文 题 目：纤维增强镁基复合材料工艺设计 学 院： 专业班级： 姓 名： 学 号： 目录摘要1前言11、纤维增强镁基复合材料的性能特点12、应用背景23、材料复合体系的选择2 3.1、基体材料的选择2 3.2、增强体的选择24、本设计的研究内容与预期目标35、挤压铸造法制备碳纤维镁基复合材料的工艺设计方案35.1、工艺实验原理与工艺流程图设计35.2、挤压铸造法的优势45.3、挤压铸造法的工艺参数5 5.3.1、比压5 5.3.2、加压时间5 5.3.3、加压速度5 5.3.4、保压时间6 5.3.5、金属浇注温度6 5.3.6、其他6 5.4、注意事项66、喷射沉积法制备碳纤维镁基复合材料的工艺设计方案66.1、工艺实验原理与工艺流程图设计66.2、喷射沉积技术的特点96.3、条件计算及分析96.4、影响因素10 6.4.1、雾化锥流率mmax10 6.4.2、雾化锥宽度d12 6.4.3、沉积器半径r12 6.4.4、沉积器旋转速度12 6.4.5、沉积器往复速度v127、总结128、致谢13参考文献13纤维增强镁基复合材料工艺设计欧阳超指导老师：向道平老师（海南大学材料与化工学院，邮编：570228）摘要：本设计选择镁作为复合材料的基体，选择碳纤维作为增强体，根据镁基复合材料的结构与性能上的特点设计了复合方案，并介绍了纤维增强镁基复合材料的性能特点和应用前景等。本文设计采用压挤铸造法和喷射沉积法制备碳纤维镁基复合材料的工艺方案。通过分析这两种制备方法的原理确定了这两种设计方案的工艺流程图，并对工艺流程具体问题进行分析总结。关键词：纤维增强；镁基；挤压铸造法；喷射沉积法；工艺流程前言： 传统镁金属及其合金虽然有着良好的强度、刚度、韧性，但是其耐腐蚀性、耐氧化性以及塑性等方面却不尽人意。而在通过材料复合后，其表现出的良好的化学性能、耐磨损耐疲劳、耐高温等一系列优良的性能备受航空航天、汽车、机械及电子等高技术领域的重视1。自二十世纪八十年代至今，镁基复合材料已成为金属基复合材料的研究热点之一2-3。1. 纤维增强镁基复合材料的性能特点与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有很高的比强度、比刚性、耐高温、热膨胀系数小、化学性能稳定、耐磨损耐疲劳以及优良的阻尼减震性能等诸多优良的性能特点411，它由于其简单的制备工艺、微观组织均匀、材料性能各项同性等优点目前正朝着工业化生产和应用的方向不断发展着，其中铝基复合材料发展最快5。另一方面，由于镁的密度比铝更低，具有更好的比强度、比刚度，且具有良好的电磁屏蔽和阻尼性能等优点6，镁基复合材料成为了另一具有强大竞争力的轻金属基复合材料，目前镁基复合材料是应用于汽车制造、航空航天、电子科技等多领域的理想材料之一7。目前对镁金属进行材料复合的增强体有纤维、晶须和颗粒等8。而以碳和石墨纤维等对镁金属进行材料复合能得到一种具有高比强度、高比模量和良好热稳定性的镁基复合材料9。其复合材料的性能取决于碳纤维的类型和性能、含量、分布和与基体界面结合状态，就比模量和热稳定性而言，石墨纤维增强镁基复合材料是各种材料中最高的一种。当石墨纤维含量达到50%左右，石墨纤维增强镁复合材料的热膨胀系数为零，根据纤维的状态可分为连续碳纤维增强镁和不连续碳纤维增强镁复合材料。连续长纤维可按设计要求铺排，为各向异性材料。单向纤维增强的镁基复合材料沿纤维方向性能高于垂直于纤维方向的性能1029。2. 应用背景 在目前工程用金属中，镁合金密度小但强度高、刚性好，其镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，故而镁合金制造刚性好的性能对整体构件的设计十分有利。而且，镁合金的韧性好，很适合应于受冲击的零件车轮；其减震性能优良，是避免由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。另一方面，镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好、优良的切削加工性12。但是，镁金属很活泼，容易与空气中的氧气作用发生自燃，而且金属表面容易氧化，形成疏松多空的氧化镁，不能有效阻绝氧气的侵入，从而加快镁金属被氧气氧化，导致其耐腐蚀性能变差。另外，镁金属的室温塑性差。镁属于密排六方晶体结构，其在室温下只有1个滑移面和3个滑移系，因此它的塑性变形主要依赖于滑移与孪生的协调动作，但镁晶体中的滑移仅发生在滑移面与拉力方向相倾斜的某些晶体内，因而滑移的过程将会受到极大地限制，而且在这种取向下孪生很难发生，所以晶体很快就会出现脆性断裂。在温度超过250时，镁晶体中的附加滑移面开始起作用，塑性变形能力变强。于是科研人员针对镁金属的优缺点进行分析，开始研究对镁金属进行材料复合，以达到改善金属的各项性能指标的目的，而纤维增强镁基复合材料就是一种良好的改善途径之一。3. 材料复合体系的选择 3.1基体材料的选择现目前，铝基复合材料凭借着其高比强度、高比模量、耐磨损、耐腐蚀等诸多优良的性能已经得到了快速的发展，并广泛地应用于汽车、航空航天、电子和光学仪器以及体育用品等领域。而本文在选择基体材料时，考虑到镁的密度更低(1.74g/cm3)，仅为铝的2/3，具有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能，而镁基复合材料的增强体碳纤维具有良好的耐高温、耐腐蚀、不溶不胀等特性，因而复合材料会具有很高的比强度、比刚性、耐高温、热膨胀系数小、化学性能稳定、耐磨损耐疲劳以及优良的阻尼减震性能等性质7。 一般来说，复合材料所具有的诸多性质取决于基体和增强体材料本以及材料之间的相互作用情况，所以为了得到性能优良的镁基复合材料，必须对其成分配比、界面控制、工艺流程以及参数控制进行统筹兼顾，找到最佳条件，才能找到综合性能优良、适应工艺流程化、产业化的新型复合材料。另一方面，由于目前铝基复合材料的制备工艺已日趋成熟，已经开发出诸多方法进行合成制备，而由于镁的熔点与铝相近，镁基复合材料的制备工艺与铝基复合材料相似，所以在工艺流程设计上可以参考铝基复合材料的生产工艺方法，并进行改进以适应镁基复合材料。因此本设计选取镁材料作为材料复合的基体。 3.2增强体的选择 增强相的选择要求基本与铝基复合材料相同，一般均要求其物理、化学相容性好，润湿性良好，载荷承受能力强，尽量避免增强相与基体之间的界面反应。一般常见的镁基复合材料的增强相主要有纤维增强、晶须增强和颗粒增强。颗粒或晶须等非连续性物增强金属基复合材料使各项同性的，有利于结构设计、二次成型等。但要强调的是，近年迅速发展起来的高性能纤维增强轻质镁基复合新型材料，在低密度、高比刚度和高比强度等方面更具有突出优势, 使其成为轻量化、高性能结构材料中有力的竞争者，正在逐渐成为现代高新技术领域最有希望采用的复合材料5。本文介绍了纤维增强镁基复合材料中常用的碳纤维，并对碳纤维增强镁基复合材料制备工艺进行论述，展望了其制备工艺的发展前景。对于碳纤维增强体而言，质量轻、强度高、模量高、耐高温、刚性好，但长纤维增强金属基复合材料性能良好，但是造价昂贵，且材料本身各向异性13。而短纤维却可以很好的弥补这一点，故本文选择了短碳纤维作为复合材料的增强体。4.本设计的研究内容与预期目标 本文章分别采用挤压铸造法、喷射沉积法制备碳纤维增强镁基复合材料，根据基体与增强体之间的相互作用关系，选择出能够避免镁本身的不足以及材料复合后可能造成的不足问题。通过设计工艺流程，在前人经验的基础上，进行改良，尽量做到工艺简单，效果明显。预期目标是能够在原有的制备方法上能有所改变，结合文献知识，加入自己的想法，模拟生产流程，得到更加优良的复合材料。5. 挤压铸造法制备碳纤维镁基复合材料的工艺设计方案 5.1工艺实验原理与工艺流程图设计 镁基复合材料的传统制备方法主要有搅拌铸造法、挤压铸造法、粉末冶金法、熔体浸渗法等。同时，机械合金法、熔体浸渗法、自蔓延高温合成法等新型工艺，也得到了广泛的应用4。而对于碳纤维增强体来说，通过挤压铸造法制备得到的材料性能更优越，由于在制备过程中基体和增强体之间的配比可以控制调节，增强体分布均匀，可以使得生产工艺变得简单，成本降低。挤压铸造的通常工艺流程是：熔制、混料、合模、加压、保压、泄压，分模、毛坯脱模、复位等工序得到挤压铸造成型后的成品。得到的成品可以采用阿基米德法测试试样的气孔率，用三点弯曲法测弯曲强度和单边切口梁法测断裂韧性。用X射线衍射仪进行物相分析，用扫描电镜观察试样的显微结构，采用MH-5型显微硬度测定仪对抛光处理后的试样进行显微硬度测试14。如图1为本工艺设计路线图。图1 挤压铸造法制备碳纤维增强镁基复合材料的工艺流程图本设计的具体方案为：采用200目的镁粉和短碳纤维粉末，由于在挤压铸造法中碳纤维的润湿性好，不易产生气孔，所以不需对碳纤维进行表面改性。本设计采用VV型挤压铸造机15。首先分别把基体和增强体粉末进行研磨，然后将镁粉在惰性气体氩气的保护下在内壁喷涂料的熔炉里无熔剂熔炼，温度升至650，待镁粉熔化至液态后绝气下加入碳纤维，并进行搅拌混合，另外，模具需提前预热，然后设定挤压工艺参数，进行合模、充型、加压、保压、泄压、分模、毛坯脱模、复位，即得到成型制体。工艺流程简单如下图：（a） 铸造准备；（b）浇注；（c）合模加压；（d）开型取件 5.2挤压铸造法的优势挤压铸造作为一种加压的铸造工艺，它的关键是低速（0.05-1.50m/s）和高压，以便于金属液较平稳地充型和补缩凝固。从形式上挤压铸造兼具铸造和锻造的特点，但是相比传统的压力铸造，挤压铸造没有浇冒口系统，充型平稳，可消除铸件内气孔等缺陷，铸件组织致密，机械性能也得到提高。由于无需冒口补缩和最后清理，因而液态金属或合金利用率高，工序简化。而较之模锻工艺，挤压铸造生产率高，需要成形能量低，零件尺寸精度高，机械强度指标与之接近，但纵向和横向所具有的力学性能要比模锻件均匀16。具体优势主要体现在以下几个方面：（1） 能避免和减少气孔等缺陷。由于挤压铸造过程中金属液以较低的速度进行平稳充型，减少了金属液流动形成的涡流，进而降低了浇注过程中从模具型腔外部卷入气体的可能性。金属液在结晶过程中，又辅之高压帮助凝固，可以压出凝固体中的气体和压破形成的气泡，从而减少甚至消除气孔、气泡和缩松等缺陷。（2） 提高了铸件的机械性能。由于在金属结晶凝固过程及时施加高压，并使凝固体产生一定量的塑性变形，挤压铸件获得了致密的树状结晶体，在半固态挤压铸造工艺中，可以获得更细密的晶体。（3） 适用范围更广、更节约能源。挤压铸造由于兼具铸造和模锻二者的优势，应用范围扩大。相比锻造，挤压铸造需要的机械压力更小，能源消耗少；而较之压铸，挤压铸造作用于铸件上的有效压力增大，避免了过大的压力损失。挤压铸造工艺能够生产近净成形铸件，而且能获得较高的表面粗糙度。这减少了工件后续制作工序，节省了用于继续加工的能源和资金，并缩短了产品的生产周期。（4） 适合大规模生产。挤压铸造法更加适合中小型铸件的成形，同时由于机械压力的作用，挤压铸造时金属液在凝固过程始终保持与模具型腔面的接触，热传输效率更高，铸件的凝固时间更短，一定程度上提高了生产效率1617。 5.3挤压铸造法的工艺参数 5.3.1比压比压又称挤压压力，指直接或间接作用于金属液表面上机械压力。它的作用是保证金属液与模具内壁全接触，使金属液在等静压的作用下结晶、补缩和凝固，以及时消除铸件气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷，从而获得较好的内部组织和较高的机械性能，而压力大小对铸件的物理力学性能、铸造缺陷、组织、熔点及相平衡等都有直接影响，所以在设计工艺流程时必须合理选择比压以保证成品的质量。如果比压过小，铸件表面与内在质量都不能达到技术指标，比压过大，对性能的提高不十分明显，还容易使模具损坏，且要求较大合模力的设备。一般地，比压的选择应在保证铸件质量的前提下尽量取低值。对于本实验制备的实心铸锭，其比压应随着直径的增加而减小，随着铸件高度的增加而增加16。考虑到工艺中各参数的波动情况，实际实际生产时采用的压力，一般应高于实验值，本实验设定为500MPa。 5.3.2加压时间加压时间是指施压前金属液在型腔内的停留时间。研究表明，型腔中的金属液冷却到液相线温度以下时加压可获得最佳加压效果。一般压前停留时间尽量短些为好。加压前停留时间越长，所需压力越大，会延长加压时间，也会降低铸件的机械性能。 5.3.3加压速度加压速度是指挤压冲头接触到金属液面以后的运动速度，它决定了金属液的充型速度。加压速度过慢，液态金属自由结壳太厚而影响加压效果；过快（如过0.8m/s）时则易使液态金属涡流形成而卷进气体，增加液态金属的飞溅，促使铸件形成披缝，甚至产生裂纹。为保证质量，冲头挤压时的合适速度，小铸件为 0.2-0.4m/s；大铸件为0.1m/s。一般加压速度快一点为好。加压速度快，则凸模能很快地将压力施加于金属上，便于成形、凝固和塑性变形。 5.3.4 保压时间保压时间，即比压保持的时间，一般该时间持续到铸件完全凝固时为止。因此，保压时间与铸件的材料、形状和断面厚度相关。保压时间过短，会使制件心部在尚未完全凝固时卸压，造成制内部得不到补缩而产生缩孔、缩松；过长，会使脱模困难，降低模具使用寿命延长生产周期。压力保持时间在保证成形和完全凝固的前提下，保压时间以短好。 5.3.5金属浇注温度利于提高铸件内部质量和铸型工作寿命，铸型垂直合型挤压铸造时的金属浇注温度比砂型铸造和金属型铸造偏低。一般挤压铸造时金属浇注温度比该金属的液相线温度高50-100度。1617 5.3.6其他本工艺设计的镁粉和短碳纤维的质量比为30:1。原料研磨1小时，炉具升温速率低于5/min，搅拌机的转速为50r/min，原料混合1小时。 5.4 注意事项 （1） 挤压铸造主要采用金属型（个别使用泥型，如铸造铁锅）。常用耐热模具钢制造，如3Cr2W8V、4W2CrSiV等18。（2） 铸型的润滑。为铸件凝固后冲头能很顺利地自铸件中抽出，铸件与凹型的脱离也应同样顺利，降低铸件与铸型间的摩擦力，在浇注时和进行挤压成形之前，需对铸型和冲头工作表面刷涂润滑剂。一般选用水剂胶体石墨、硅涂料（白涂料）、石墨和机油或猪油的混合物等。（3） 可在设计铸型时，设置溢流器，以使多余金属在挤压铸造成型时进入该处，保证铸件尺寸不会因浇注金属太多而出现偏差19。6.喷射沉积法制备碳纤维镁基复合材料的工艺设计方案 6.1工艺实验原理与工艺流程图设计喷射沉积法是近30年发展起来的利用快速凝固、方法直接制备金属材料坯料或半成品的一种先进的成形技术，主要由熔融金属的气体雾化、雾化熔滴的沉积等连续过程组成，它是制备颗粒、晶须或纤维增强金属基复合材料比较成熟的一种工艺20。喷射沉积法的原理是：把液态纯镁或者镁合金在高压惰性气体喷射下雾化，形成熔融纯镁或者镁合金喷射流，同时将增强颗粒喷入熔融纯镁或者镁合金射流中，使液固两相混合并共同沉积到经预处理的衬底上，最终凝固得到颗粒增强镁基复合材料13。这里，针对短碳纤维增强体，可以预先把短碳纤维颗粒化，在达到一定的尺寸大小后喷入纯镁的射流中。喷射沉积过程的工艺流程大致可以分为五个阶段：金属释放阶段、气体雾化阶段、喷射阶段、沉积阶段及沉积体凝固阶段21。如图2-3为本工艺设计路线图。金属释放过程 雾化过程 喷射过程 沉积时液滴的状态 增强体表面改性 沉积过程 后颗粒化 沉积体冷却及凝固过程 图2 喷射沉积法制备碳纤维增强镁基复合材料的工艺流程图图3 工艺流程及其对应的工艺参数复合材料性能的优劣性依赖于增强体与基体的结合及增强体的分布状况，而决定结合及分布状况的主要因素之一便是润湿性。唯有当金属熔体与增强体之间有良好的浸润性（接触角小于90度）时金属熔体才能自发的渗入增强体的间隙中，基体金属与增强体之间才能实现良好的结合21。但对于碳/镁复合材料，基体金属与增强体之间浸润性很差，而增强纤维很细，特别是碳纤维，一束纤维由数百根，甚至上千上万根单纤维组成。金属需要渗入到纤维之间，一般为几微米的间隙中去，浸润性差是难以实现的。研究表明，添加合金元素及提高液态金属温度会提高增强体与基体的润湿性，但该做法又会提高成本或牺牲复合材料的性能，且润湿效果并不十分明显。针对这一现象，对碳纤维进行表面改性显得尤为重要。目前，碳纤维常见的表面处理方法有表面涂层处理（包括气相沉积处理、聚合物涂层）、氧化处理（包括气相氧化法、液相氧化法、电化学氧化法）、等离子处理等方法9，以及溶胶-凝胶法31。这里详细介绍电化学氧化法。该方法利用了碳纤维的导电性，以碳纤维作阳极而浸在电解质中的碳电极充当阴极，电解液中含氧阴离子在电场作用下向阳极碳纤维移动，在其表面放电生成新生态氧继而使其氧化，生成羟基、羧基、羰基等含氧官能团。同时碳纤维也会受到一定程度的刻蚀9。电解质种类不同，氧化刻蚀的历程也不同。如果电解质属于酸类，由水分子电解生成的氧原子被纤维表面的不饱和碳原子吸附，并于相邻吸附氧原子的碳原子相互作用脱落一个碳原子而产生CO2，从而使石墨微晶被刻蚀，边缘与棱角的活性碳原子数目增加，使表面能增加的一个重要因素，其反应为：C(固) + H2O C（固）O（吸附） + 2H+ + 2e2C（固）O（吸附） CO2 + C（固）如果电解质属于碱类，OH-被碳纤维表面的活性碳原子吸附，并于相邻吸附OH-的碳原子相互作用而产生O2，从而增加了表面活性碳原子数目。其反应为：C（固） + OH- C（固）OH（吸附）+ e4C（固）OH（吸附） 4C（固） + 2H2O + O2 本设计的具体方案是：首先将短碳纤维颗粒化，然后进行对其表面电化学氧化，使得处理后的碳纤维表面与镁元素润湿性良好。在高速惰性气体(氩气或氮气)的作用下将熔融金属或合金液流雾化成细小弥散的熔滴射流；雾化熔滴射流在高速气流动量作用下加速，并与气流进行强烈的热交换；将处理后的碳纤维颗粒喷入液态颗粒中；原料；到达沉积表面以前，小于某一临界尺寸的熔滴凝固成为固体颗粒，较大尺寸的仍然为液态，而中间尺寸的熔滴则为含有一定比例液相的半凝固颗粒；这些大大小小凝固程度不同的熔滴高速撞击沉积表面，并在沉积表面附着、铺展、堆积、熔合形成一个薄的半液态层后顺序凝固结晶，逐步沉积生长成为一个大块致密的金属实体沉积坯21。工艺效果图简单如下： 增强体 6.2 喷射沉积技术的特点例如，在室温和650下IN718和Waspaloy等合金采用喷射沉积+HIP(热等静压)，喷射沉积+环形滚压或喷射沉积+HIP+环形滚压的处理方法喷射沉积与传统制造工艺的抗拉强度可与传统锻造比较22：注：1为铸锻工艺；2为喷射沉积工艺不难看出，喷射沉积工艺得到的材料性能明显优于传统铸锻工艺。喷射沉积工艺有如下几个性能：(1) 经济性好。喷射沉积技术是一种近成形技术。工艺简单、生产周期短、生产效率高、成本低。(2)冷却速度大。金属颗粒飞行中冷却速度为102104K/s，在沉积后的速度为101102K/s。比传统的粉末雾化工艺略低，但比铸造工艺高几个数量级。(3)含氧量低。整个工艺过程是在惰性或半惰性气氛中进行的，液态金属直接生产为接近最终的产品，省去了粉末冶金工艺所要经历的粉末制备、贮存、运输、筛分等工序，氧化的可能性很小。(4)成分均匀、组织细小。喷射沉积工艺的冷却速度大，液滴中有大量细小的晶核产生，并且在短时间内来不及长大。同时，溶质原子的扩散和偏聚过程受到抑制，使材料继承了金属液体的成分均匀、偏析小的特征，故可得到成分均匀、组织细小的坯锭。(5)多样性。喷射沉积工艺不仅能够制备各种形状和尺寸的产品，而且可生产金属基复合材料(颗粒增强、短纤维增强、层状复合等)。对不同的产品不须对设备作太大的改进，通用性较好2324。 6.3 条件计算及分析雾化喷射沉积过程是一个复杂的统计过程，许多工作试图把最重要的材料参数: 如合金成分、凝固区间、熔体粘度和纯洁度等和过程参数: 如熔体过热温度、金属和气体的质量流率、沉积距离以及沉积器表面状况等通过一定的模型联系起来, 用以预测颗粒、沉积体的物理及热状态。E.J.Lavernia25经过对雾化液滴的尺寸分布、温度、运动速度和冷速的计算, 提出最佳沉积距离是熔滴撞击沉积表面时所含液相的重量百分数应在1530% 之间。Singer26对临界沉积条件做了专门分析, 把沉积看作是一个统计过程, 认为无论是雾化颗粒的速度, 还是单位体积内颗粒数量都是时间和所处位置的函数, 只有对特定的喷射过程, 可以认为与时间无关。Singer提出的临界条件为:q/V 4 ( T - T1 )h + H其中，q 单位面积的传热速率 喷射流密度, 即单位体积射流中金属的质量 V 沉积颗粒在垂直于沉积表面方向的速率 h 金属的比热 H 熔化潜热 T 颗粒到达沉积表面时的温度 T1 金属固相线温度其中V是代表金属向沉积表面沉积的速率, 维持高的V值对沉积有利。而q值在沉积过程中是不断变化的, 高的q值对提高液态金属转变成预成形坯件和发挥快速凝固的冶金优点有利, 却使沉积向临界条件接近。随着沉积的进行, 虽然q值迅速降低, 但由于沉积表面受较冷的喷射气流的强制对流冷却, 冷速仍可达到104 106 KS-127。 6.4 影响因素 下图3归纳了喷射沉积过程所涉及的主要基本过程及其影响因素。显然这些基本过程各自受不同影响因素的控制，但又相互关联。前一过程的结果往往作为下一过程的初始条件或边界条件，对沉积材料的最终组织和性能有直接或间接的影响30。本文讨论的主要影响参数为：雾化锥流率mmax、雾化锥宽度d、喷射距离h、沉积器半径r、沉积器的旋转角速度及沉积器往复速度V对管坯喷射沉积特性的影响28。 6.4.1 雾化锥流率mmax对于不同的雾化锥流率mmax，管坯沉积模型均呈现出中间凸出，两边边缘部分为平缓的斜面，符合高斯分布。在沉积器轴向某一相同位置点，雾化锥流率mmax与单层沉积厚度之间成正比的关系。但是，过宽的雾化锥流率会引起大量液滴的正向过喷，从而导致低的金属生产率。这里介绍两个经验公式： （1）雾化锥流率mmax反映了雾化锥中的金属液滴的质量分布。喷射沉积过程中，假设雾化锥的主雾化流率独立于时间，主雾化流率m和中心主雾化流率mmax存在以下经验关系：其中，r0.5是雾化锥宽度的一半。 （2）雾化锥雾化流率的空间分布方程：图3 6.4.2 雾化锥宽度d雾化锥宽度d，即螺旋轮廓宽度，也即喷射高度h处的雾化锥直径，其对喷射沉积成形模型及单层沉积厚度均有着直接的影响。当雾化锥宽度d变大时，沉积厚度明显增长。与此同时，雾化锥宽度d 受雾化锥流率mmax与喷射距离h的影响，当雾化锥流率mmax增大，即雾化锥流率空间分布增大时，雾化锥宽度d则会相应增大；当喷射距离h增大时，雾化锥宽度d也会相应增大。 6.4.3 沉积器半径r在其它相关参数不变的情况下，随着沉积器半径r的增加，其喷射沉积形状越平缓；同时，其单层沉积厚度呈现减小的趋势。沉积器半径的增大，其表面积也相应增大，而相同时间内喷射的金属总量是相同的，这些金属分摊给面积较小的沉积器表面时，便会得到较厚的沉积厚度。因而，沉积器半径较小时将得到较厚的沉积层；沉积器半径较大时将会得到较薄的沉积层。 6.4.4 沉积器旋转速度在喷射沉积过程中，当沉积器旋转速度变小时，喷射沉积模型将会变得陡峭，其单层沉积厚度有增大的趋势，当沉积器旋转速度达到某一特定值时，沉积器旋转速度再增大时，其喷射沉积成形模型及单层沉积厚度的变化将不会很明显。 6.4.5 沉积器往复速度v在喷射沉积过程中，随着沉积器往复速度V的增加，喷射沉积模型将会变得平缓，沉积层厚度呈现减小的趋势。当沉积器往复速度较快的情况下，单位时间内雾化锥在沉积器表面扫过的面积大，所以得到的喷射沉积形貌较为平缓，沉积层更薄；与之相反，当沉积器往复速度较慢时，喷射的金属会集中在较小的沉积器表面，所以得到的喷射沉积形貌较为陡峭，沉积层增厚28。7.总结 （1）通过短碳纤维增强镁基复合材料，可以有效地遏制镁及其合金较差的耐腐蚀性、耐氧化性。同时，也能在制备复合材料时有效地减少气泡，提高材料本身的比强度、比刚性、耐高温等性能，并具有热膨胀系数小、化学性能稳定、耐磨损耐疲劳以及优良的阻尼减震性能等诸多性质。 （2）在挤压铸造法下，能够有效地减少材料本身的缺陷，提高机械性能。 （3）通过预前对短碳纤维的表面进行处理，可以很好地解决其润湿性低的不足问题，通过与镁通过喷射沉积，可以得到更加高质量的镁基复合材料。8.致谢感谢向老师能够给我们这次机会，让我们有机会通过查阅大量的中外文献，并结合自己所学习的专业知识，学以致用，不断培养自主创新的精神！最后，感谢向老师对我的工作的细心指导！参考文献：1董群,陈礼清,赵明久,毕敬.镁基复合材料制备技术、性能及应用发展概况J.材料导报.2004,4.18（4）.2李伟,王晓亮,杨绍斌,徐振振.纤维增强镁基复合材料制备工艺的研究现状J.Hot Working Technology.2014.43(12).3阮爱杰,马立群,潘安霞,丁毅.镁基复合材料制备工艺研究进展J.有色金属.2011,5.63（2）.4谷雪花,杨方,齐乐华,周计明.镁基复合材料新型制备工艺及其应用J.塑料工程学报.2011,4.18（2）.5谭娟,马南钢.镁基复合材料的制备方法研究J.材料导报.2006,11.20（7）.6陈晓,傅高升,钱匡武.镁基复合材料的研究现状和发展趋势J.机电技术.2003,12.7田君,李文芳,韩利发,彭继华,刘刚.镁基复合材料的研究现状及发展J.材料导报.2009,9.8杜文博.镁基复合材料的制备方法与新工艺J.稀有金属材料与工程.2009,3.38(3).9赵慧锋.碳纤维增强镁基复合材料的制备研究D.上海交通大学:上海交通大学.2007,2.10任福忠.短碳纤维增强镁基复合材料的制备及其性能的研究D.重庆大学：重庆大学.2011,4.11罗小萍,张敏刚,吕春祥,吕晓轩.炭纤维增强镁基复合材料的制备J.复合材料.2011.31（5）.12王金星,李贺君,齐乐华,王振军.C纤维增强镁基复合材料热成形微观组织模型J.塑性工程学报.2010.17,3.13张修庆,滕新营,王浩伟.镁基复合材料的制备工艺J.Hot Working Technology.2004.3(58-61).14鲁元,荆强征,龚楠,李京京,负柯.挤压铸造法制备Al/AIN陶瓷基复合材料J.中国陶瓷工业.2014,2.21（1）.15宋雷,邵明,游东东.挤压铸造设备的研究进展与发展趋势J.铸造. 2010,10.59（10）.16邓建新,邵明,游东东.挤压铸造设备现状及发展分析J.铸造.2008,7.57（7）.17郭志宏.AZ80镁合金挤压铸造工艺仿真与复合材料制备D.中山大学:中山大学.2014,4.18齐丕骧.挤压铸造技术的最新发展J.特种铸造及有色合金.2007,8.27(9).19陈云.镁合金挤压铸造成形机理及实验研究D.武汉理工大学：武汉理工大学.2013,11.20彭超群,黄伯云.喷射沉积技术J.有色金属.2002,2.54（1）.21傅定发,宁洪龙,陈振华.喷射沉积技术与双金属材料的制备J.兵器材料科学与工程.2001,1.24(1).22徐先懂,宋述稳.喷射沉积技术在高温合金和硅铝合金中的应用J.材新技术新工艺.2002.10.23虞跃生,袁福安,柳桂林,戴勇.喷射沉积技术在快速精密热锻模具上的应用研究J.铸造工程.2010.1.24任芝兰,张蓉.喷射沉积技术的发展及其在合金制造中的应用J.金属铸锻焊技术.2008,8.25E. J. Lav ernia. et al. , Inter.Jou.of Rapid Solidification, 1988; 4: 89.26A. R. E. Singer, et al. , Metal Tech. , Feb. 1983; 10: 61.27米国发,田世藩,曾松岩,李庆春.雾化喷射沉积技术的发展概况及展望J.材料科学与工程.1996.14（4）.28史建军.厚壁非规则管坯近终形喷射沉积技术及工艺参数影响研究D.南京航空航天大学：南京航空航天大学.2009,11.29W.G.Wang, B.L.Xiao,Z.Y.Ma.Evolution of interfacial nanostructures and stress states in Mg matrix composites reinforced with coated continuous carbon fibersJ.Composites Science and Technology.2011,10.72（152158).30袁武华,陈振华.多层喷射沉积技术的研究及进展J.材料导报.2000,1.14（1）.31W.G.Wang, B.L.Xiao, Z.Y.Ma.Interfacial reaction and nanostructures in Mg matrix composites reinforced with carbon fibers modified by sol-gel methodJ.Composites Science and Technology.2013,9.87(69-76).13