納米增強金屬材料在工程方面具有廣泛應用領域和前景，以下是小編蒐集整理的一篇探究納米相增強金屬材料製備技術的論文範文，供大家閱讀參考。
【摘 要】 目前納米技術應用廣泛，在高強金屬材料應用方面尤爲突出。本文針對現有主要幾種納米增強金屬材料製備工藝方法進行概述並比較，討論其優缺點。最後還探討了納米相增強制備技術未來的發展趨勢和改進方向，並對納米結構材料應用領域和前景進行展望。
【關鍵詞】 納米增強 製備方法 優缺點
隨着科技進步，各個領域對於相關材料的性能要求日益提高。納米增強技術是改善材料性能的重要方法之一，其在金屬材料領域尤其應用廣泛。在電子、汽車、船舶、航天和冶金等行業對高性能複合材料需求迫切， 選用最佳製備方法制備出性能更優良的納米材料是當前複合材料發展的迫切要求。
1 納米增強技術概述
納米相增強金屬材料是由納米相分散在金屬單質或合金基體中而形成的。由於納米彌散相具有較大的表面積和強的介面相互作用，納米相增強金屬複合材料在力學、電學、熱學、光學和磁學性能方面不同於一般複合材料，其強度、導電性、導熱性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。
1.1 機械合金化法
機械合金化法(MA)是一種製備納米顆粒增強金屬複合材料的有效方法。透過長時間在高能球磨機中對不同的金屬粉末和納米彌散顆粒進行球磨，粉末經磨球不斷的碰撞、擠壓、焊合，最後使原料達到原子級的緊密結合的狀態，同時將顆粒增強相嵌入金屬顆粒中。由於在球磨過程中引入了大量晶格畸變、位錯、晶界等缺陷， 互擴散加強，激活能降低，複合過程的熱力學和動力學不同於普通的固態過程，能製備出常規條件下難以製備的新型亞穩態複合材料。
1.2 內氧化法
內氧化法(Internal oxidation)是使合金霧化粉末在高溫氧化氣氛中發生內氧化，使增強顆粒轉化爲氧化物，之後在高溫氫氣氣氛中將氧化的金屬基體還原出來形成金屬基與增強顆粒的混合體，最後在一定的壓力下燒結成型。因將材料進行內氧化處理，氧化物在增強顆粒處形核、長大，提高增強粒子的體積分數及材料的整體強度，這樣可以提高材料的緻密化程度，且可以改善相介面的結合程度，使複合材料的綜合力學性能得到提高。
1.3 大塑性變形法
大塑性變形法(Severe plastic deformation)是一種獨特的納米粒子金屬及金屬合金材料製備工藝。較低的溫度環境中， 大的外部壓力作用下，金屬材料發生嚴重塑性變形， 使材料的晶粒尺寸細化到納米量級。大塑性變形法有兩種方法：等槽角壓法(ECA)和大扭轉塑性變形法(SPTS)。
1.4 粉末冶金法
粉末冶金法(PM)是最早製備金屬基複合材料的方法，技術相對比較成熟。其工藝爲：按一定比例將金屬粉末和納米增強顆粒混和均勻、壓制成型後進行燒結。
1.5 液態金屬原位生成法
原位反應生成技術[2](In-situ synthesis)是近年來作爲一種突破性的金屬基複合材料合成技術而受到國內外學者的普遍重視。其增強的基本原理是在金屬液體中加入或通入能生成第二相的形核素，在一定溫度下在金屬基體中發生原位反應，形成原位複合材料。
除上述幾種常用的.納米增強制備方法外，還有真空混合鑄造法、納米複合鍍法等[3]。
2 納米增強制備工藝優缺點比較
對以上幾種納米增強制備技術在工藝及質量性能方面的優缺點進行分析：
2.1 工藝複雜性及成本和產量方面
機械合金法：製備成本低、產量高、工藝簡單易行，但是能耗高;內氧化法：製備工藝簡單、有利於規模生產，但是生產成本高;大塑性變形法：製備工藝簡單、成本低、不可規模生產;粉末冶金法：製備工藝複雜但成熟、生產成本高、效率低;原位生成法：工藝性差、製備成本高、不適於規模化生產。
2.2 製備材料質量和性能
機械合金法：各項性能良好，硬度提高明顯，能製備常規條件難以製備的亞穩態複合材料，但增強粒子不夠細化，粒徑分佈寬，易混入雜質;內氧化法：提高增強粒子的體積分數，改善相介面結合程度，綜合力學性能得到提高，但內部氧化劑難以消除，易造成裂紋、空洞、夾雜等組織缺陷;大塑性變形法：組織晶粒顯著細化，無殘留孔洞和夾雜，粒度可控性好，但粒度不均勻，增強粒子產生範圍小;粉末冶金法：材料性能好，增強相含量可調，增強相分佈均勻，組織細密，但材料介面易受污染;原位生成法：材料熱力學穩定，力學性能優良，且介面無雜質污染，但增強顆粒限於特定基體中，增強相顆粒大小、形狀受形核、長大過程影響。
上述分析可以得出，粉末冶金法技術最爲成熟，機械合金法工藝最爲簡單易行，內氧化法有利於大規模生產，金屬液態原位生成法最具有發展前景。王自東[4]等人應用金屬液態原位生成納米增強技術，使得金屬材料強度大幅度提高的同時，塑性也能大幅度提高，解決了增強同時增韌或增強同時塑性不下降這一世界難題。以錫青銅爲例：強度從270Mpa提高至535Mpa，延伸率從12%提高至38%，衝擊韌性從14提高至39。這項技術成果獨立於國外，優於國外，爲我國原創。
3 結語
納米增強金屬材料在工程方面具有廣泛應用領域和前景，例如：我國目前建築用鋼約4億噸，如採用該技術，至少可節約10%的用量，在節約資源，節能減排，提高效率等方面意義重大!其它主要應用領域有：鐵路應用的高鐵輸電電纜、高鐵車軸、軌道、車輛走行部分、車鉤等需要滿足強度要求又需滿足如導電性、韌性、耐疲勞性、減輕結構重量等特殊要求的領域。船舶中大量的銅合金泵、閥和管材，材料大幅增強、增韌後可減少用材10%-20%。軋製低於8μm的銅箔用於柔性印刷電路板的覆銅，減少用銅、減輕重量、降低成本等。武器裝備中裝甲用鋼、艦船殼體鋼、飛機起落架用鋼，以及航空、航天等領域都有着廣泛的應用前景。
我們要繼續開發新型的具有高性能價格比、工藝簡單、適於大規模生產且符合我國工業現狀的納米增強制備技術。
參考文獻：
[1]郝保紅，喻強，等.顆粒增強金屬基複合材料的研究(一).北京石油化工學院學報，2003.
[2]王慶平，姚明，陳剛.反應生成金屬基複合材料製備方法的研究進展[J].江蘇大學學報，2003.
[3]時新剛，馮柳，王英，等.納米顆粒增強銅基複合材料的最新研究動態及發展趨勢[J].冶金資訊導刊，2007.
[4]馮在強，王自東，王強鬆，等.新型組早錫青銅合金的微觀組織和性能[J].材料熱處理學報，2011.