金屬基復(fù)合材料是在金屬或合金基體中分散有特殊第二相的多相材料。具有特殊的物理、力學(xué)等性能的第二相極大地增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨、耐熱等性能，由此，這種第二相又被稱為增強(qiáng)相。增強(qiáng)相通常分為顆粒增強(qiáng)相和纖維（晶須）增強(qiáng)相兩種。由于增強(qiáng)體價格和復(fù)合技術(shù)等方面的原因，鑄造法制備的大多是顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。
近年來，顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法在物理外加增強(qiáng)體法不斷進(jìn)步的同時，研發(fā)了原位反應(yīng)合成增強(qiáng)體法。
無論采用何種鑄造復(fù)合方法，要成功制備性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定的復(fù)合材料制品，都必須在技術(shù)上解決好下面幾個問題：①基于材料的不同使用要求選擇合適的基體及增強(qiáng)體，②提高基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性，③控制增強(qiáng)體在基體中合理分布，④解決增強(qiáng)顆粒對基體熔液粘度影響帶來的鑄造成形工藝方面的問題。
本文就上述這些問題對顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料鑄造法制備技術(shù)進(jìn)行綜述，以期推動顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的鑄造生產(chǎn)。
1 增強(qiáng)體的選擇
基體、增強(qiáng)體的性能及增強(qiáng)體與基體的良好結(jié)合決定著復(fù)合材料性能，故應(yīng)根據(jù)基材的種類及復(fù)合材料性能要求合理選擇增強(qiáng)體。選擇增強(qiáng)體時要考慮增強(qiáng)體的彈性模量、抗拉強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)定性、密度、熔點(diǎn)、價格等因素，同時還應(yīng)滿足增強(qiáng)體與基體間的線膨脹系數(shù)和化學(xué)反應(yīng)性相匹配要求。
以鋁為主要組元的基體，常用的增強(qiáng)體有石墨、Al2O3、SiC、TiC、Al3Ti、TiB、Al3Zr等等，以鋼鐵為基體的復(fù)合材料研究不如鋁基復(fù)合材料成熟，常用的增強(qiáng)體較少，主要有WC、VC、TiC、TiN、Al2O3、SiC等。
在增強(qiáng)體種類選定之后，還應(yīng)通過試驗(yàn)來確定增強(qiáng)體尺寸大小及其在基體中的體積分?jǐn)?shù)。
2 提高增強(qiáng)體/基體潤濕性的方法
提高基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性，有助于減輕增強(qiáng)體的團(tuán)聚，有助于基體/增強(qiáng)體界面結(jié)合強(qiáng)度的提高，對整體復(fù)合材料來說，還有助于增強(qiáng)體在基體中的分布均勻。通常采用下面一些措施來提高基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性。
2．1 增強(qiáng)體的表面被覆處理
用化學(xué)鍍或氣相沉積等方法在增強(qiáng)體表面被覆某種金屬或化合物可以有效地改善基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性。
研究表明，在石墨表面被覆銅衣、在Al2O3顆粒表面氣相沉積TiN都有效地改善了基體對增強(qiáng)體顆粒的潤濕性。
何志亮等人還以Al2O3顆粒為對象研究了陶瓷顆粒表面化學(xué)鍍鎳的問題。
2．2 附加表面活性劑
據(jù)介紹，在向鋁熔體加入石墨或二氧化硅粉的同時加入鎂塊可以改善鋁液對增強(qiáng)體的濕潤性。近年研究還表明，除Mg外，Ca、RE、堿金屬元素以及Ⅵ族和Ⅵa族元素都有改善鋁液對Al2O3、SiC等增強(qiáng)體潤濕性的作用。
2．3 加熱處理增強(qiáng)體
通過加熱處理除去增強(qiáng)體顆粒表面的油污、水分等，可以提高增強(qiáng)體表面能，增進(jìn)熔液對增強(qiáng)體的潤濕性。
有人用加熱處理過的無銅衣石墨粉制備了石墨/鋁復(fù)合材料。其加熱處理方法是：將石墨粉加熱到600℃左右保溫8小時以使其表面活化，而后冷卻，在加入鋁液前重新加熱到200℃以去除水分。還有人也采用了加熱處理增強(qiáng)體的方法改善增強(qiáng)體與基體的潤濕性生產(chǎn)了復(fù)合材料。
2．4 高能超聲處理熔體
潘蕾等人用高能超聲處理熔體制備了SiC/ZA27復(fù)合材料。該研究認(rèn)為，高能超聲在熔體中傳播時產(chǎn)生的空化效應(yīng)清潔了增強(qiáng)顆粒表面，使顆粒表面張力增加，同時還降低了熔液的表面張力，顯著改善了SiC顆粒與ZA27熔體間的潤濕性。
2．5 原位反應(yīng)合成增強(qiáng)體
應(yīng)用原位反應(yīng)合成技術(shù)制備含有增強(qiáng)顆粒的中間合金，然后向基體熔液中加入這種中間合金制備復(fù)合材料技術(shù)近年成了復(fù)合材料研究的熱點(diǎn)。
原位反應(yīng)合成法通常是在中間合金中加入某些純金屬、合金、化合物或鹽類物質(zhì)，通過加入物之間或加入物與中間合金組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而獲得增強(qiáng)體。由于增強(qiáng)體是原位反應(yīng)生成，表面清潔無污染，熱穩(wěn)定性好，很好地解決了基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性問題，增強(qiáng)體與基體結(jié)合非常牢固，增強(qiáng)效果較好。
龍春光等將Al、Ti、C粉末按一定比例混合球磨后壓成小塊，將這種小塊在高溫擴(kuò)散爐中真空燒結(jié)得到了TiC/Al中間合金，并用該中間合金制備了TiC/2618復(fù)合材料。
還有人也應(yīng)用原位反應(yīng)合成法成功制備了增強(qiáng)顆粒均勻分布、性能優(yōu)良的復(fù)合材料。
3 增強(qiáng)體分布控制技術(shù)
控制基體中增強(qiáng)體的分布，充分發(fā)揮增強(qiáng)體對基體的有效強(qiáng)化作用，是制備符合一定性能要求復(fù)合材料制品的根本保證。
3．1 增強(qiáng)體非均勻分布的控制方法
對于耐磨/減磨材料，要求其工作面有高的抗磨損性能，而其余部分有較好的綜合機(jī)械性能以保證工作面得到有效的支撐。因此，這類需局部強(qiáng)化的制品，要求增強(qiáng)體分布在制品工作面附近的一定范圍內(nèi)。常用的方法有下面幾種：
3．1．1 預(yù)置增強(qiáng)體法
預(yù)置增強(qiáng)體法是外加法制備表面強(qiáng)化復(fù)合材料的主要方法之一，是鑄滲法表面改性技術(shù)在復(fù)合材料制備中的一個應(yīng)用，這種方法主要適用于制備耐磨復(fù)合材料制品。其具體方法是：將增強(qiáng)體以涂料或粘貼膏塊形式預(yù)先放置在制品需要強(qiáng)化的部位，然后澆入基體合金液，基體合金液借助毛細(xì)管虹吸作用及合金液的壓力滲入增強(qiáng)體間隙中，凝固后即形成增強(qiáng)體與基體緊密結(jié)合的表面強(qiáng)化復(fù)合材料制品。
袁緒華等人對這一技術(shù)做過深入研究，楊貴榮等對此也做過論述，認(rèn)為預(yù)置增強(qiáng)體表面復(fù)合技術(shù)的關(guān)鍵在于：①適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)體粒度及基體熔液對增強(qiáng)體的良好潤濕性，②粘結(jié)劑的選擇及涂料、涂膏的配制和涂刷工藝，③澆注溫度控制及澆注工藝。
預(yù)置增強(qiáng)體法具有工藝簡單、成本低廉、效果優(yōu)良的特點(diǎn)，是目前應(yīng)用較成功的一種表面復(fù)合技術(shù)，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
3．1．2 離心控制法
基于增強(qiáng)體與基體熔液比重不同，借助離心力的作用，使增強(qiáng)體沿徑向呈梯度偏聚分布的方法稱為離心控制法，這種方法現(xiàn)已成為制備梯度復(fù)合材料的一個重要發(fā)展方向。
有人采用離心控制法制備了石墨呈梯度分布的石墨/鋁復(fù)合材料。
上海交通大學(xué)王渠東等人離心鑄造Al-Fe合金，獲得了初生Fe相沿徑向呈梯度分布的自生梯度復(fù)合材料鑄管。覆砂金屬型離心鑄造Al-Fe合金自生梯度復(fù)合材料中指出：①隨著增強(qiáng)體數(shù)量的增加，增強(qiáng)體沿徑向的分布梯度逐漸減小，在徑向的分布范圍逐漸擴(kuò)大；②轉(zhuǎn)速在0～2000r/min范圍內(nèi)，隨轉(zhuǎn)速的增大，增強(qiáng)體沿徑向的分布梯度逐漸增大，而在徑向的分布范圍逐漸縮小。
3．1．3 電磁攪拌控制法
李英民對凝固過程中的（Mg2Si）20Al80合金熔體施加強(qiáng)烈的交流電磁攪拌，制備了外表面富集Mg2Si的梯度復(fù)合材料。據(jù)分析，當(dāng)進(jìn)行電磁攪拌時，金屬熔體在交變磁場中會受到指向軸心的電磁力作用。由于增強(qiáng)體（初生Mg2Si）導(dǎo)電性較低，基本不受指向軸心的電磁力作用，而施加在熔體上的電磁力卻較大，造成在增強(qiáng)體周圍的力場不均衡，增強(qiáng)體受到金屬熔體施加的離開軸心的擠壓力作用而沿徑向向外部遷移，從而獲得了外表面富集增強(qiáng)體的梯度復(fù)合材料。
研究指出，電磁攪拌器所加的三相交流電的電壓越大，液/固界面與熔體之間的剪切力越大，初生Mg2Si顆粒越容易被推到試件的外表面，偏聚層越厚。
3．2增強(qiáng)體均勻分布的控制方法
對于整體強(qiáng)化復(fù)合材料來說，增強(qiáng)體在基體中均勻分布至關(guān)重要，加強(qiáng)對熔體的攪拌是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體均勻化目標(biāo)的根本手段。下面是幾種有效的攪拌方法：
3．2．1 機(jī)械攪拌
機(jī)械攪拌是對熔體實(shí)施攪拌most傳統(tǒng)的方法。由于受攪拌器葉片材料的限制，機(jī)械攪拌法用于鋼鐵合金的實(shí)例較少。
對熔體實(shí)施機(jī)械攪拌應(yīng)注意：①合理選擇攪拌器葉片材質(zhì)及形式：攪拌器葉片直接與熔體接觸，極易對合金造成污染。對非鐵基合金，宜選用非鐵質(zhì)葉片或?qū)︿撊~片進(jìn)行外涂涂層處理（如外涂一層白陶土）。且應(yīng)根據(jù)增強(qiáng)體顆粒密度大小選擇葉片旋向 .②良好的攪拌：攪拌器葉片的浸入深度應(yīng)控制適當(dāng)，以便產(chǎn)生平穩(wěn)的漩渦。攪拌棒的晃動或攪拌器葉片不合適都會增加增強(qiáng)體受熔體排斥的幾率，從而使增強(qiáng)體在基體中的分布情況變壞。③攪拌時間：加入增強(qiáng)體后，攪拌時間要盡量長，停攪后的等待澆注時間應(yīng)盡可能短。
有一項(xiàng)“把固體顆�；烊胍后w的裝置”的美國專利，稱用此裝置生產(chǎn)的復(fù)合材料“克服了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料常出現(xiàn)的缺陷，且攪拌時間短、生產(chǎn)率高、成本低�！�
3.2.2 氣體攪拌
通過外加氣流或熔體反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體攪動熔體也可達(dá)到增強(qiáng)體均勻分布于熔體的目的。
趙玉濤、李忠華等人利用原位反應(yīng)生成的大量氣體對熔體進(jìn)行攪動，分別制備了增強(qiáng)體均勻分布的Al3Zr（p）.Al2O3（p）/A356和 （TiB2+TiAl3）/AlSi6Cu4復(fù)合材料。
3.2.3 高能超聲處理
潘蕾等人將SiC顆粒加在600℃的ZA27合金熔體表面，用高能超聲處理熔體60～90s，得到熔體-顆粒懸浮液，制得了（鑄態(tài)）顆粒分布總體較為均勻的SiCp/ZA27復(fù)合材料。該研究認(rèn)為，高能超聲在熔體中的有限振幅衰減使熔體內(nèi)形成一定的聲壓梯度，從而形成一個流體的噴射，此噴射流直接離開超聲變幅桿的端面，在整個熔體中形成環(huán)流（即聲流效應(yīng)），聲流的流速可達(dá)熔體對流速度的10～103倍。在聲流將雜質(zhì)排離增強(qiáng)顆粒表面的同時，也將顆粒送入熔體深處，并使之分散均勻。
4 復(fù)合熔體性能特點(diǎn)及成形工藝要點(diǎn)
復(fù)合熔體與普通熔體most大的不同就在于引入了增強(qiáng)體固相粒子。由于固相粒子的引入，復(fù)合熔體粘度將突然顯著增加微量TiC、TiB2引起鋁熔體粘度的突變現(xiàn)象。李慶春教授指出鑄件形成理論，液態(tài)金屬的粘滯性對于金屬在鑄型中的流動特性，對于鑄型的充填，對于液態(tài)金屬中的氣體上浮，以至于對金屬的補(bǔ)縮，均有明顯的影響。
為了獲得健全的制品，粘度突然增加的復(fù)合熔體的成形工藝必須處理好以下兩個問題：
�、俑纳迫垠w的流動性，提高其充型能力；②防止熔體吸氣并加強(qiáng)熔體中氣體的排除。
桂滿昌等人開發(fā)了由過濾網(wǎng)和直澆道組成的真空壓差澆注工藝。復(fù)合熔體經(jīng)過過濾網(wǎng)后直接充填鑄型。由于金屬液充型后，直澆道始終存在壓力作用，而且是most后凝固，因此能對鑄件起補(bǔ)縮作用。這種鑄造過程特點(diǎn)具體表現(xiàn)在：
�、購谋举|(zhì)上消除了氣體的來源，基本上消除了澆注過程中產(chǎn)生的氣孔缺陷；②簡化了澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)重量和鑄件重量比從非真空自由澆注的（5～10）：1降到（0.5～1.5）：1；③克服了復(fù)合熔體流動性差的缺點(diǎn)，可澆注復(fù)雜薄壁的復(fù)合材料鑄件。
5 展望
鑄造法是most有發(fā)展前途的復(fù)合材料制備方法之一，將來的研究重點(diǎn)應(yīng)放在下面幾個方面：
① 針對黑色金屬基體，根據(jù)復(fù)合材料的使用性能要求優(yōu)選增強(qiáng)體；② 開發(fā)出更易實(shí)現(xiàn)更易運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)的制備方法；③ 大幅降低復(fù)合材料制品的材料和制造成本；④ 研究復(fù)合材料廢料的回收再利用技術(shù)。
所以，可以相信，鑄造法在耐磨、耐熱復(fù)合材料制品生產(chǎn)方面將大有作為�！ 〗饘倩鶑�(fù)合材料是在金屬或合金基體中分散有特殊第二相的多相材料。具有特殊的物理、力學(xué)等性能的第二相極大地增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨、耐熱等性能，由此，這種第二相又被稱為增強(qiáng)相。增強(qiáng)相通常分為顆粒增強(qiáng)相和纖維（晶須）增強(qiáng)相兩種。由于增強(qiáng)體價格和復(fù)合技術(shù)等方面的原因，鑄造法制備的大多是顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。
近年來，顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法在物理外加增強(qiáng)體法不斷進(jìn)步的同時，研發(fā)了原位反應(yīng)合成增強(qiáng)體法。
無論采用何種鑄造復(fù)合方法，要成功制備性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定的復(fù)合材料制品，都必須在技術(shù)上解決好下面幾個問題：①基于材料的不同使用要求選擇合適的基體及增強(qiáng)體，②提高基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性，③控制增強(qiáng)體在基體中合理分布，④解決增強(qiáng)顆粒對基體熔液粘度影響帶來的鑄造成形工藝方面的問題。
本文就上述這些問題對顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料鑄造法制備技術(shù)進(jìn)行綜述，以期推動顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的鑄造生產(chǎn)。
1 增強(qiáng)體的選擇
基體、增強(qiáng)體的性能及增強(qiáng)體與基體的良好結(jié)合決定著復(fù)合材料性能，故應(yīng)根據(jù)基材的種類及復(fù)合材料性能要求合理選擇增強(qiáng)體。選擇增強(qiáng)體時要考慮增強(qiáng)體的彈性模量、抗拉強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)定性、密度、熔點(diǎn)、價格等因素，同時還應(yīng)滿足增強(qiáng)體與基體間的線膨脹系數(shù)和化學(xué)反應(yīng)性相匹配要求。
以鋁為主要組元的基體，常用的增強(qiáng)體有石墨、Al2O3、SiC、TiC、Al3Ti、TiB、Al3Zr等等，以鋼鐵為基體的復(fù)合材料研究不如鋁基復(fù)合材料成熟，常用的增強(qiáng)體較少，主要有WC、VC、TiC、TiN、Al2O3、SiC等。
在增強(qiáng)體種類選定之后，還應(yīng)通過試驗(yàn)來確定增強(qiáng)體尺寸大小及其在基體中的體積分?jǐn)?shù)。
2 提高增強(qiáng)體/基體潤濕性的方法
提高基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性，有助于減輕增強(qiáng)體的團(tuán)聚，有助于基體/增強(qiáng)體界面結(jié)合強(qiáng)度的提高，對整體復(fù)合材料來說，還有助于增強(qiáng)體在基體中的分布均勻。通常采用下面一些措施來提高基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性。
2．1 增強(qiáng)體的表面被覆處理
用化學(xué)鍍或氣相沉積等方法在增強(qiáng)體表面被覆某種金屬或化合物可以有效地改善基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性。
研究表明，在石墨表面被覆銅衣、在Al2O3顆粒表面氣相沉積TiN都有效地改善了基體對增強(qiáng)體顆粒的潤濕性。
何志亮等人還以Al2O3顆粒為對象研究了陶瓷顆粒表面化學(xué)鍍鎳的問題。
2．2 附加表面活性劑
據(jù)介紹，在向鋁熔體加入石墨或二氧化硅粉的同時加入鎂塊可以改善鋁液對增強(qiáng)體的濕潤性。近年研究還表明，除Mg外，Ca、RE、堿金屬元素以及Ⅵ族和Ⅵa族元素都有改善鋁液對Al2O3、SiC等增強(qiáng)體潤濕性的作用。
2．3 加熱處理增強(qiáng)體
通過加熱處理除去增強(qiáng)體顆粒表面的油污、水分等，可以提高增強(qiáng)體表面能，增進(jìn)熔液對增強(qiáng)體的潤濕性。
有人用加熱處理過的無銅衣石墨粉制備了石墨/鋁復(fù)合材料。其加熱處理方法是：將石墨粉加熱到600℃左右保溫8小時以使其表面活化，而后冷卻，在加入鋁液前重新加熱到200℃以去除水分。還有人也采用了加熱處理增強(qiáng)體的方法改善增強(qiáng)體與基體的潤濕性生產(chǎn)了復(fù)合材料。
2．4 高能超聲處理熔體
潘蕾等人用高能超聲處理熔體制備了SiC/ZA27復(fù)合材料。該研究認(rèn)為，高能超聲在熔體中傳播時產(chǎn)生的空化效應(yīng)清潔了增強(qiáng)顆粒表面，使顆粒表面張力增加，同時還降低了熔液的表面張力，顯著改善了SiC顆粒與ZA27熔體間的潤濕性。
2．5 原位反應(yīng)合成增強(qiáng)體
應(yīng)用原位反應(yīng)合成技術(shù)制備含有增強(qiáng)顆粒的中間合金，然后向基體熔液中加入這種中間合金制備復(fù)合材料技術(shù)近年成了復(fù)合材料研究的熱點(diǎn)。
原位反應(yīng)合成法通常是在中間合金中加入某些純金屬、合金、化合物或鹽類物質(zhì)，通過加入物之間或加入物與中間合金組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而獲得增強(qiáng)體。由于增強(qiáng)體是原位反應(yīng)生成，表面清潔無污染，熱穩(wěn)定性好，很好地解決了基體熔液對增強(qiáng)體的潤濕性問題，增強(qiáng)體與基體結(jié)合非常牢固，增強(qiáng)效果較好。
龍春光等將Al、Ti、C粉末按一定比例混合球磨后壓成小塊，將這種小塊在高溫擴(kuò)散爐中真空燒結(jié)得到了TiC/Al中間合金，并用該中間合金制備了TiC/2618復(fù)合材料。
還有人也應(yīng)用原位反應(yīng)合成法成功制備了增強(qiáng)顆粒均勻分布、性能優(yōu)良的復(fù)合材料。
3 增強(qiáng)體分布控制技術(shù)
控制基體中增強(qiáng)體的分布，充分發(fā)揮增強(qiáng)體對基體的有效強(qiáng)化作用，是制備符合一定性能要求復(fù)合材料制品的根本保證。
3．1 增強(qiáng)體非均勻分布的控制方法
對于耐磨/減磨材料，要求其工作面有高的抗磨損性能，而其余部分有較好的綜合機(jī)械性能以保證工作面得到有效的支撐。因此，這類需局部強(qiáng)化的制品，要求增強(qiáng)體分布在制品工作面附近的一定范圍內(nèi)。常用的方法有下面幾種：
3．1．1 預(yù)置增強(qiáng)體法
預(yù)置增強(qiáng)體法是外加法制備表面強(qiáng)化復(fù)合材料的主要方法之一，是鑄滲法表面改性技術(shù)在復(fù)合材料制備中的一個應(yīng)用，這種方法主要適用于制備耐磨復(fù)合材料制品。其具體方法是：將增強(qiáng)體以涂料或粘貼膏塊形式預(yù)先放置在制品需要強(qiáng)化的部位，然后澆入基體合金液，基體合金液借助毛細(xì)管虹吸作用及合金液的壓力滲入增強(qiáng)體間隙中，凝固后即形成增強(qiáng)體與基體緊密結(jié)合的表面強(qiáng)化復(fù)合材料制品。
袁緒華等人對這一技術(shù)做過深入研究，楊貴榮等對此也做過論述，認(rèn)為預(yù)置增強(qiáng)體表面復(fù)合技術(shù)的關(guān)鍵在于：①適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)體粒度及基體熔液對增強(qiáng)體的良好潤濕性，②粘結(jié)劑的選擇及涂料、涂膏的配制和涂刷工藝，③澆注溫度控制及澆注工藝。
預(yù)置增強(qiáng)體法具有工藝簡單、成本低廉、效果優(yōu)良的特點(diǎn)，是目前應(yīng)用較成功的一種表面復(fù)合技術(shù)，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
3．1．2 離心控制法
基于增強(qiáng)體與基體熔液比重不同，借助離心力的作用，使增強(qiáng)體沿徑向呈梯度偏聚分布的方法稱為離心控制法，這種方法現(xiàn)已成為制備梯度復(fù)合材料的一個重要發(fā)展方向。
有人采用離心控制法制備了石墨呈梯度分布的石墨/鋁復(fù)合材料。
上海交通大學(xué)王渠東等人離心鑄造Al-Fe合金，獲得了初生Fe相沿徑向呈梯度分布的自生梯度復(fù)合材料鑄管。覆砂金屬型離心鑄造Al-Fe合金自生梯度復(fù)合材料中指出：①隨著增強(qiáng)體數(shù)量的增加，增強(qiáng)體沿徑向的分布梯度逐漸減小，在徑向的分布范圍逐漸擴(kuò)大；②轉(zhuǎn)速在0～2000r/min范圍內(nèi)，隨轉(zhuǎn)速的增大，增強(qiáng)體沿徑向的分布梯度逐漸增大，而在徑向的分布范圍逐漸縮小。
3．1．3 電磁攪拌控制法
李英民對凝固過程中的（Mg2Si）20Al80合金熔體施加強(qiáng)烈的交流電磁攪拌，制備了外表面富集Mg2Si的梯度復(fù)合材料。據(jù)分析，當(dāng)進(jìn)行電磁攪拌時，金屬熔體在交變磁場中會受到指向軸心的電磁力作用。由于增強(qiáng)體（初生Mg2Si）導(dǎo)電性較低，基本不受指向軸心的電磁力作用，而施加在熔體上的電磁力卻較大，造成在增強(qiáng)體周圍的力場不均衡，增強(qiáng)體受到金屬熔體施加的離開軸心的擠壓力作用而沿徑向向外部遷移，從而獲得了外表面富集增強(qiáng)體的梯度復(fù)合材料。
研究指出，電磁攪拌器所加的三相交流電的電壓越大，液/固界面與熔體之間的剪切力越大，初生Mg2Si顆粒越容易被推到試件的外表面，偏聚層越厚。
3．2增強(qiáng)體均勻分布的控制方法
對于整體強(qiáng)化復(fù)合材料來說，增強(qiáng)體在基體中均勻分布至關(guān)重要，加強(qiáng)對熔體的攪拌是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體均勻化目標(biāo)的根本手段。下面是幾種有效的攪拌方法：
3．2．1 機(jī)械攪拌
機(jī)械攪拌是對熔體實(shí)施攪拌most傳統(tǒng)的方法。由于受攪拌器葉片材料的限制，機(jī)械攪拌法用于鋼鐵合金的實(shí)例較少。
對熔體實(shí)施機(jī)械攪拌應(yīng)注意：①合理選擇攪拌器葉片材質(zhì)及形式：攪拌器葉片直接與熔體接觸，極易對合金造成污染。對非鐵基合金，宜選用非鐵質(zhì)葉片或?qū)︿撊~片進(jìn)行外涂涂層處理（如外涂一層白陶土）。且應(yīng)根據(jù)增強(qiáng)體顆粒密度大小選擇葉片旋向 .②良好的攪拌：攪拌器葉片的浸入深度應(yīng)控制適當(dāng)，以便產(chǎn)生平穩(wěn)的漩渦。攪拌棒的晃動或攪拌器葉片不合適都會增加增強(qiáng)體受熔體排斥的幾率，從而使增強(qiáng)體在基體中的分布情況變壞。③攪拌時間：加入增強(qiáng)體后，攪拌時間要盡量長，停攪后的等待澆注時間應(yīng)盡可能短。
有一項(xiàng)“把固體顆粒混入液體的裝置”的美國專利，稱用此裝置生產(chǎn)的復(fù)合材料“克服了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料常出現(xiàn)的缺陷，且攪拌時間短、生產(chǎn)率高、成本低。”
3.2.2 氣體攪拌
通過外加氣流或熔體反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體攪動熔體也可達(dá)到增強(qiáng)體均勻分布于熔體的目的。
趙玉濤、李忠華等人利用原位反應(yīng)生成的大量氣體對熔體進(jìn)行攪動，分別制備了增強(qiáng)體均勻分布的Al3Zr（p）.Al2O3（p）/A356和 （TiB2+TiAl3）/AlSi6Cu4復(fù)合材料。
3.2.3 高能超聲處理
潘蕾等人將SiC顆粒加在600℃的ZA27合金熔體表面，用高能超聲處理熔體60～90s，得到熔體-顆粒懸浮液，制得了（鑄態(tài)）顆粒分布總體較為均勻的SiCp/ZA27復(fù)合材料。該研究認(rèn)為，高能超聲在熔體中的有限振幅衰減使熔體內(nèi)形成一定的聲壓梯度，從而形成一個流體的噴射，此噴射流直接離開超聲變幅桿的端面，在整個熔體中形成環(huán)流（即聲流效應(yīng)），聲流的流速可達(dá)熔體對流速度的10～103倍。在聲流將雜質(zhì)排離增強(qiáng)顆粒表面的同時，也將顆粒送入熔體深處，并使之分散均勻。
4 復(fù)合熔體性能特點(diǎn)及成形工藝要點(diǎn)
復(fù)合熔體與普通熔體most大的不同就在于引入了增強(qiáng)體固相粒子。由于固相粒子的引入，復(fù)合熔體粘度將突然顯著增加微量TiC、TiB2引起鋁熔體粘度的突變現(xiàn)象。李慶春教授指出鑄件形成理論，液態(tài)金屬的粘滯性對于金屬在鑄型中的流動特性，對于鑄型的充填，對于液態(tài)金屬中的氣體上浮，以至于對金屬的補(bǔ)縮，均有明顯的影響。
為了獲得健全的制品，粘度突然增加的復(fù)合熔體的成形工藝必須處理好以下兩個問題：
①改善熔體的流動性，提高其充型能力；②防止熔體吸氣并加強(qiáng)熔體中氣體的排除。
桂滿昌等人開發(fā)了由過濾網(wǎng)和直澆道組成的真空壓差澆注工藝。復(fù)合熔體經(jīng)過過濾網(wǎng)后直接充填鑄型。由于金屬液充型后，直澆道始終存在壓力作用，而且是most后凝固，因此能對鑄件起補(bǔ)縮作用。這種鑄造過程特點(diǎn)具體表現(xiàn)在：
①從本質(zhì)上消除了氣體的來源，基本上消除了澆注過程中產(chǎn)生的氣孔缺陷；②簡化了澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)重量和鑄件重量比從非真空自由澆注的（5～10）：1降到（0.5～1.5）：1；③克服了復(fù)合熔體流動性差的缺點(diǎn)，可澆注復(fù)雜薄壁的復(fù)合材料鑄件。
5 展望
鑄造法是most有發(fā)展前途的復(fù)合材料制備方法之一，將來的研究重點(diǎn)應(yīng)放在下面幾個方面：
① 針對黑色金屬基體，根據(jù)復(fù)合材料的使用性能要求優(yōu)選增強(qiáng)體；② 開發(fā)出更易實(shí)現(xiàn)更易運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)的制備方法；③ 大幅降低復(fù)合材料制品的材料和制造成本；④ 研究復(fù)合材料廢料的回收再利用技術(shù)。
所以，可以相信，鑄造法在耐磨、耐熱復(fù)合材料制品生產(chǎn)方面將大有作為。
