金属基复合材料品种繁多,多数制造过程是将制备与成形过程结合在一起,同时完成复合和成形。由于基体金属的熔点及物理和化学性质的不同,以及增强相的形状、物性等有差别,所以应选择不同的制造方法。现有的制造方法有很多,如粉末冶金法、热压法、热等静压法、挤压铸造法、喷射沉积法、液态金属浸渍法、液体金属搅拌法、反应自生成法等。常分为固态法、液态法和反应自生成法三大类。

1.固态法

将金属粉末或金属箔与增强物(纤维、晶须、颗粒等)按设计要求以一定的含量、分布、方向混合排布在一起,再经加热、加压,将金属基体与增强物复合黏结在一起形成复合材料。整个工艺过程处于较低的温度,金属基体与增强物均处于固体状态。金属与增强物之间的界面反应不严重。粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉拔法等均属于固态复合成形方法。

2.液态金属法

金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合在一起的方法。金属在熔融态流动性好,在一定的外界条件下容易进入增强物间隙中。为了克服金属基体与增强物浸润性差,可采用加压浸渗。金属液在超过某一临界压力时,金属液能渗入微小的间隙,形成复合材料。也有通过纤维、颗粒表面涂层处理使金属液与增强物能自发浸润,如制备碳/铝复合材料时用的涂层法。液态法制造金属基复合材料时,制备温度高,易发生严重界面反应,有效控制界面反应,是液态法的关键。液态法可用来直接制造复合材料零件,也可用来制造复合板、复合带、锭坯等作为二次加工成零件的原料。挤压铸造法、真空吸铸、液态金属浸渍法、真空压力浸渍法、搅拌复合法等等均属于液态法。

3.自生成法及其他制备法(www.daowen.com)

在基体金属内部通过加入反应元素,或通入反应气体在液态金属内部反应,产生微小的固态增强相,一般是金属间化合物TiC,TiB2,Al2O3等微粒起增强作用。通过控制工艺参数获得所需的增强物含量和分布。反应自生成法制备的复合材料中的增强物不是外加的而是在高温下金属基体中不同元素反应生成的化合物,与合金有良好的相容性。

其他方法还有复合镀法,将增强物(主要是细颗粒)悬浮于镀液内,通过电镀或化学镀将金属与颗粒同时沉积在基板或零件表面形成复合材料层。也可用等离子热喷镀法将金属与增强物同时喷镀在底板上形成复合材料。复合镀法一般用来在零件表面形成一层复合涂层,起提高耐磨性、耐热性等作用。

金属其复合材料的主要制造方法和适用的范围简要地归纳于表8-1中。

表8-1　金属基复合材料主要制造方法及适用范围