Металлы и металлокерамические композиты с функционально-градиентной структурой: часть 1 — получение

Получение, механический анализ и эксплуатационные характеристики функционально-градиентных материалов, содержащих металлическую фазу, рассматриваются в двух частях. Настоящая первая часть посвящена получению материалов и выделяет два основных класса процессов производства градиентных материалов. Первый класс, называемый конструктивными процессами, формирует градиенты путем послойного размещения двух или более выбранных исходных материалов, обеспечивая полный и потенциально автоматизированный контроль градиентов состава. Второй класс, называемый процессами, основанными на переносе, использует естественные явления переноса для создания градиентов состава и микроструктуры в процессе изготовления компонента. Характерные времена соответствующих явлений переноса оцениваются и сопоставляются с обычной продолжительностью технологических процессов для определения их роли и значимости в обоих классах процессов получения функционально-градиентных материалов. Конструктивные процессы включают главным образом процессы консолидации порошков, такие как твердофазная порошковая металлургия и реакционное спекание, а также процессы нанесения покрытий, например плазменное напыление и осаждение из паровой фазы. Процессы, основанные на переносе, включают процессы, использующие перенос тепла, массы или жидкости. Их примеры встречаются как в производстве передовых материалов, так и в хорошо освоенных технологических процессах, наиболее известным из которых является поверхностное упрочнение стали. Каждый тип процесса описывается последовательно; примеры взяты из современных исследований передовых функционально-градиентных материалов, а также из инженерной практики производства стали. Обзор посвящен основополагающим принципам и критическим аспектам каждого процесса; для объяснения некоторых наблюдений при получении градиентных материалов используются современные теоретические представления или простой анализ характерных времен. Обсуждаются также относительные преимущества каждого класса процессов. Делается вывод, что процессы, основанные на переносе, имеют ограничения по сравнению с конструктивными процессами, однако во многих случаях могут обеспечивать экономичный и гибкий способ получения градиентных материалов при условии их достаточно глубокого понимания с точки зрения моделирования.