快速凝固(2014)

1、快速凝固技術(shù)快速凝固技術(shù) 前前 言言u(píng)快速凝固快速凝固1960年開始出現(xiàn)年開始出現(xiàn)u快速凝固是一項(xiàng)新型材料制備技術(shù)，既是一種生產(chǎn)手段快速凝固是一項(xiàng)新型材料制備技術(shù)，既是一種生產(chǎn)手段,又又是一種探索新材料的研究方法，受到了普遍的重視是一種探索新材料的研究方法，受到了普遍的重視u對(duì)現(xiàn)有牌號(hào)合金，可以顯著地改善其組織結(jié)構(gòu)，充分挖掘?qū)ΜF(xiàn)有牌號(hào)合金，可以顯著地改善其組織結(jié)構(gòu)，充分挖掘其性能潛力，也可以研制在常規(guī)鑄造條件下無(wú)法得到的、具其性能潛力，也可以研制在常規(guī)鑄造條件下無(wú)法得到的、具有優(yōu)異性能的新型材料有優(yōu)異性能的新型材料u快速凝固技術(shù)和快速凝固合金的研究已成為了材料科學(xué)的快速凝固技術(shù)和快速凝固合金的

2、研究已成為了材料科學(xué)的一個(gè)重要分支，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，具有廣一個(gè)重要分支，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景闊的應(yīng)用前景u近年來(lái)，不但開拓了一個(gè)嶄新的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，而且向市場(chǎng)提近年來(lái)，不但開拓了一個(gè)嶄新的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，而且向市場(chǎng)提供了具有特殊性能的新材料供了具有特殊性能的新材料內(nèi)容快速凝固概論快速凝固概論快速凝固的起源及發(fā)展快速凝固的起源及發(fā)展快速凝固基本原理及分類快速凝固基本原理及分類快速凝固工藝、設(shè)備與產(chǎn)品特征快速凝固工藝、設(shè)備與產(chǎn)品特征快速凝固粉末致密化工藝快速凝固粉末致密化工藝快速凝固的亞穩(wěn)效應(yīng)快速凝固的亞穩(wěn)效應(yīng)快速凝固在晶態(tài)材料的研制開發(fā)中的應(yīng)用快速凝固在晶態(tài)材

3、料的研制開發(fā)中的應(yīng)用l“動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)”法法 實(shí)現(xiàn)快速凝固的途徑l“靜力學(xué)靜力學(xué)”法法 急冷凝固技術(shù)（急冷凝固技術(shù)（Rapidly Quenching Technology, RQT） （或稱（或稱 熔體淬火技術(shù)（熔體淬火技術(shù)（Melt Quenching Technology, MQT）提高熔體凝固時(shí)傳熱速度，來(lái)增大冷速，從而提高過(guò)冷度和凝固速率，使熔體形提高熔體凝固時(shí)傳熱速度，來(lái)增大冷速，從而提高過(guò)冷度和凝固速率，使熔體形核時(shí)間短，來(lái)不及在熔點(diǎn)附近凝固，而在遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)的較低溫度凝固，實(shí)現(xiàn)快冷核時(shí)間短，來(lái)不及在熔點(diǎn)附近凝固，而在遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)的較低溫度凝固，實(shí)現(xiàn)快冷和快凝和快凝大過(guò)冷技術(shù)（大過(guò)冷技

4、術(shù)（Large Undercooling Technology, LUT）針對(duì)鑄造合金都是在非均勻形核條件下凝固的，過(guò)冷度小，故創(chuàng)造近似均勻形核針對(duì)鑄造合金都是在非均勻形核條件下凝固的，過(guò)冷度小，故創(chuàng)造近似均勻形核的條件，這時(shí)冷速雖小，但凝固過(guò)冷度大，亦可實(shí)現(xiàn)快速凝固的條件，這時(shí)冷速雖小，但凝固過(guò)冷度大，亦可實(shí)現(xiàn)快速凝固隨產(chǎn)品尺寸（至少一維）減小，冷速增大，產(chǎn)品中枝晶壁間距縮短，第二相（雜質(zhì)和孔洞）細(xì)化，分布均勻化，獲得組織均勻的合金l工業(yè)冷卻速率范圍10-310/s（大鑄錠10-2/s ，中、小等的1 /s） 冷卻速率與產(chǎn)品特征的關(guān)系但是從液態(tài)到固態(tài)，到底以什么樣的冷速冷卻，才算達(dá)到快速凝固

5、，尚不確定l薄型鑄錠102/s，普通氣體霧化粉末103/s ，水霧化粉末104/s l快速凝固冷速可能需更高（如基體表面淬冷法106/s ，甚至更高） 有人認(rèn)為 有人認(rèn)為l對(duì)于急冷凝固技術(shù)（冷卻速率大小是重要標(biāo)志，關(guān)系到產(chǎn)對(duì)于急冷凝固技術(shù)（冷卻速率大小是重要標(biāo)志，關(guān)系到產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)和均勻性），但是對(duì)于如何從冷卻速率來(lái)界定品的顯微結(jié)構(gòu)和均勻性），但是對(duì)于如何從冷卻速率來(lái)界定急冷凝固和常規(guī)凝固，尚未統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)急冷凝固和常規(guī)凝固，尚未統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)skT/101042skT/105然而，幾乎所有有關(guān)冷速的數(shù)據(jù)都十分相近，原因在于：很少直接測(cè)量，然而，幾乎所有有關(guān)冷速的數(shù)據(jù)都十分相近，原因在于：很少直接

6、測(cè)量，都是通過(guò)測(cè)凝固后枝晶臂間距后估算出來(lái)的都是通過(guò)測(cè)凝固后枝晶臂間距后估算出來(lái)的因此，有人將快速凝固定義為因此，有人將快速凝固定義為: l由液相到固相的冷卻速率相當(dāng)快，從而獲得了傳統(tǒng)鑄件或由液相到固相的冷卻速率相當(dāng)快，從而獲得了傳統(tǒng)鑄件或鑄錠冷卻條件下所不能獲得的成分、相結(jié)構(gòu)或顯微結(jié)構(gòu)鑄錠冷卻條件下所不能獲得的成分、相結(jié)構(gòu)或顯微結(jié)構(gòu) 快速凝固的定義提高冷卻速率是細(xì)化組織，消除成分偏析的有效手段提高冷卻速率是細(xì)化組織，消除成分偏析的有效手段（1）成分偏析：存在于枝晶范圍）成分偏析：存在于枝晶范圍（0.10.0001cm數(shù)量級(jí)）的微觀偏析數(shù)量級(jí)）的微觀偏析和存在于整個(gè)鑄件或鑄錠范圍和存在于整個(gè)鑄

7、件或鑄錠范圍（1cm, 乃至乃至1m）的宏觀偏析）的宏觀偏析 常規(guī)鑄造工藝存在的主要問(wèn)題（2）晶粒粗大，大小不一，析出相）晶粒粗大，大小不一，析出相顆粒粗大，形狀各異顆粒粗大，形狀各異 （3）在合金設(shè)計(jì)時(shí)，受極限平衡固）在合金設(shè)計(jì)時(shí)，受極限平衡固溶度制約溶度制約 （4）存在鑄造缺陷，集中縮孔大）存在鑄造缺陷，集中縮孔大 追溯快速凝固發(fā)展，其原始動(dòng)力源于解決鑄件（錠）偏析的追溯快速凝固發(fā)展，其原始動(dòng)力源于解決鑄件（錠）偏析的需要。因此，雖然有的技術(shù)需要。因此，雖然有的技術(shù)DUWEZDUWEZ的的“槍槍”以前就已發(fā)明，早以前就已發(fā)明，早可視為快速凝固技術(shù)的前身。然而，目前大家公認(rèn)的是，快可視為快速

8、凝固技術(shù)的前身。然而，目前大家公認(rèn)的是，快速凝固起源于速凝固起源于DUWEZDUWEZ的的“槍槍”技術(shù)技術(shù)19601960年年DUWEZDUWEZ的的“槍槍”技術(shù)開創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元技術(shù)開創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元快速凝固發(fā)展的由來(lái)冷速可達(dá)冷速可達(dá)10106 6k/sk/s首次系統(tǒng)報(bào)道快凝組織結(jié)構(gòu)、形貌、大小的變化規(guī)律首次系統(tǒng)報(bào)道快凝組織結(jié)構(gòu)、形貌、大小的變化規(guī)律自此，快速凝固亞穩(wěn)效應(yīng)被有目的地用來(lái)制備高性能材料自此，快速凝固亞穩(wěn)效應(yīng)被有目的地用來(lái)制備高性能材料快速凝固技術(shù)的分類及基本原理快快速速凝凝固固技技術(shù)術(shù)急急冷冷凝凝固固技技術(shù)術(shù)大大過(guò)過(guò)冷冷技技術(shù)術(shù)在細(xì)小熔滴中達(dá)到的凝固過(guò)冷度的（熔滴彌散）方法：在細(xì)小

9、熔滴中達(dá)到的凝固過(guò)冷度的（熔滴彌散）方法： 乳化法、熔滴乳化法、熔滴基底法、落管法等基底法、落管法等在較大體積熔體中獲得大凝固過(guò)冷度的（熔滴彌散）方法：在較大體積熔體中獲得大凝固過(guò)冷度的（熔滴彌散）方法： 玻璃體包裹法、嵌入熔體法（二相區(qū)法）、電磁懸浮熔體法玻璃體包裹法、嵌入熔體法（二相區(qū)法）、電磁懸浮熔體法不同學(xué)者對(duì)快速凝固方法作了不同的分類，不同學(xué)者對(duì)快速凝固方法作了不同的分類， Jones(1982)Jones(1982)根據(jù)熔體分離與冷卻方式不同而分成三類：根據(jù)熔體分離與冷卻方式不同而分成三類： （i i） 熔體急冷前破碎成液滴的噴射方法熔體急冷前破碎成液滴的噴射方法霧化技術(shù)霧化技術(shù)；

10、 （iiii） 熔體急冷時(shí)保持其連續(xù)性的急冷方法熔體急冷時(shí)保持其連續(xù)性的急冷方法模冷技術(shù)模冷技術(shù)； （iiiiii）在相對(duì)很厚的材料表面熔化有限深度的金屬并凝固的表面方法）在相對(duì)很厚的材料表面熔化有限深度的金屬并凝固的表面方法（材料即為冷卻器）（材料即為冷卻器）表面熔化與沉積技術(shù)表面熔化與沉積技術(shù)。 SavageSavage和和FroesFroes（19841984）根據(jù)熔體液流是否霧化成滴而分成兩類：）根據(jù)熔體液流是否霧化成滴而分成兩類：霧化法和非霧化法霧化法和非霧化法快速凝固技術(shù)的分類亞穩(wěn)程度，即偏離平衡態(tài)的程度，受限于冷卻速度亞穩(wěn)程度，即偏離平衡態(tài)的程度，受限于冷卻速度 急冷凝固技術(shù)急冷

11、凝固技術(shù)（Rapidly Quenching Technology, RQT）快速凝固技術(shù)的基本原理欲獲高的冷速，需滿足兩個(gè)基本條件欲獲高的冷速，需滿足兩個(gè)基本條件減少單位時(shí)間內(nèi)金屬凝固時(shí)產(chǎn)生的熔化潛熱減少單位時(shí)間內(nèi)金屬凝固時(shí)產(chǎn)生的熔化潛熱必須有能帶走熱的冷卻介質(zhì)，提高凝固過(guò)程中傳熱速率必須有能帶走熱的冷卻介質(zhì)，提高凝固過(guò)程中傳熱速率而冷卻速度取決于對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)等的導(dǎo)熱速率而冷卻速度取決于對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)等的導(dǎo)熱速率在理想冷卻過(guò)程中在理想冷卻過(guò)程中 ， dT/dtdT/dt=10=104 4z z 式中式中dT/dtdT/dt凝固速度，凝固速度，z z截面厚度截面厚度故熔化金屬必須被分散，

12、至少一維方向上足夠小，具有大比表面積，而且最大故熔化金屬必須被分散，至少一維方向上足夠小，具有大比表面積，而且最大程度地增加熔體與冷卻介質(zhì)之間的接觸，以減小熱阻，利于散熱程度地增加熔體與冷卻介質(zhì)之間的接觸，以減小熱阻，利于散熱急冷凝固技術(shù)中獲得高冷速的基本原則設(shè)法減少同一時(shí)刻凝固的熔體體積設(shè)法減少同一時(shí)刻凝固的熔體體積設(shè)法增大熔體散熱表面積與體積之比設(shè)法增大熔體散熱表面積與體積之比設(shè)法減少熔體與熱傳導(dǎo)性能好的冷卻介質(zhì)的界面熱阻設(shè)法減少熔體與熱傳導(dǎo)性能好的冷卻介質(zhì)的界面熱阻盡可能主要以傳導(dǎo)方式散熱盡可能主要以傳導(dǎo)方式散熱急冷凝固技術(shù)的基本原理急冷凝固技術(shù)的基本原理或改變?nèi)垠w形狀，或分散熔體，避免

13、大量熔化潛熱集中釋放，并改善熔體與冷卻或改變?nèi)垠w形狀，或分散熔體，避免大量熔化潛熱集中釋放，并改善熔體與冷卻介質(zhì)的熱接觸狀況，實(shí)現(xiàn)快速熱交換，并散熱，達(dá)到介質(zhì)的熱接觸狀況，實(shí)現(xiàn)快速熱交換，并散熱，達(dá)到快冷和快凝的目的快冷和快凝的目的 急冷凝固技術(shù)的設(shè)備組成急冷凝固技術(shù)的設(shè)備組成熔化合金熔化合金傳出熔體熱量傳出熔體熱量熔化裝置熔化裝置冷卻裝置冷卻裝置分離裝置分離裝置在時(shí)間或空間上在時(shí)間或空間上“分割分割”熔體熔體冶煉爐冶煉爐鑄模鑄模急冷急冷 凝固凝固常規(guī)常規(guī) 鑄造鑄造B是急冷設(shè)備的核心，對(duì)冷速起關(guān)鍵作用是急冷設(shè)備的核心，對(duì)冷速起關(guān)鍵作用在時(shí)間上有時(shí)也在時(shí)間上有時(shí)也“分割分割”熔體，但熔體，但“分

14、割分割”不強(qiáng)烈，熔化潛熱多集中釋不強(qiáng)烈，熔化潛熱多集中釋放放在不同的急冷方法中，在不同的急冷方法中，B可與可與A和和C組合（離心霧化法、熔體旋轉(zhuǎn)法），也可僅與組合（離心霧化法、熔體旋轉(zhuǎn)法），也可僅與C組合（熔體提取法）組合（熔體提取法）ABC熔體液流與冷卻介質(zhì)的組合形式，以及相應(yīng)的工藝過(guò)程熔體液流與冷卻介質(zhì)的組合形式，以及相應(yīng)的工藝過(guò)程選擇不同的熔體液流形式與冷卻介質(zhì)，可組合成不同的急冷凝固方法；選擇不同的熔體液流形式與冷卻介質(zhì)，可組合成不同的急冷凝固方法； 不同的急冷凝固方法可得到不同形狀和尺寸的產(chǎn)物，或球形或片狀粉末、纖不同的急冷凝固方法可得到不同形狀和尺寸的產(chǎn)物，或球形或片狀粉末、纖維、

15、絲線、條帶、固態(tài)沉積體等等，其內(nèi)部組織因冷速不同而異，主要取決維、絲線、條帶、固態(tài)沉積體等等，其內(nèi)部組織因冷速不同而異，主要取決于金屬液流凝固前的相變于金屬液流凝固前的相變 熔體液流與冷卻介質(zhì)各采用三個(gè)選擇：熔體液流與冷卻介質(zhì)各采用三個(gè)選擇： 分離熔體選擇分離熔體選擇細(xì)小液滴、近圓斷面的細(xì)流、極薄矩形斷面液流細(xì)小液滴、近圓斷面的細(xì)流、極薄矩形斷面液流 散熱介質(zhì)選擇散熱介質(zhì)選擇氣體、液體、固體氣體、液體、固體快速凝固技術(shù)與設(shè)備l霧化技術(shù)霧化技術(shù) 流體霧化流體霧化 離心霧化技術(shù)離心霧化技術(shù) 機(jī)械霧化技術(shù)機(jī)械霧化技術(shù) 其它霧化技術(shù)其它霧化技術(shù) l模冷技術(shù)模冷技術(shù) l激光表面處理激光表面處理 基本原理

16、：基本原理：將連續(xù)的金屬熔體在離心力、機(jī)械力或高速流體將連續(xù)的金屬熔體在離心力、機(jī)械力或高速流體( (氣體或液體氣體或液體) )沖擊沖擊力等外力作用下分散破碎成尺寸極細(xì)小的霧化熔滴，并使熔滴在與流體或冷模接力等外力作用下分散破碎成尺寸極細(xì)小的霧化熔滴，并使熔滴在與流體或冷模接觸中迅速冷卻凝固，凝固后成呈粉末觸中迅速冷卻凝固，凝固后成呈粉末氣體霧化法氣體霧化法;水霧化法水霧化法;超聲氣體霧化法超聲氣體霧化法;緊偶合氣體霧化法緊偶合氣體霧化法;高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法;滾筒霧化法滾筒霧化法;穿孔旋轉(zhuǎn)杯法穿孔旋轉(zhuǎn)杯法;旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)離心霧化法離心霧化法;快速凝固霧化法快速凝固霧化法;真空霧化法真空

17、霧化法;旋轉(zhuǎn)電極霧化法旋轉(zhuǎn)電極霧化法;雙軋輥霧化法雙軋輥霧化法;電電流體力學(xué)霧化法流體力學(xué)霧化法;火花電蝕霧化法火花電蝕霧化法產(chǎn)品形式：產(chǎn)品形式：粉末、碎片、箔片粉末、碎片、箔片霧化法不是一個(gè)很新穎的技術(shù)，但卻是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的快凝方法霧化法不是一個(gè)很新穎的技術(shù)，但卻是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的快凝方法 不同霧化技術(shù)，霧化機(jī)制不盡相同不同霧化技術(shù)，霧化機(jī)制不盡相同,可以大致分為幾類可以大致分為幾類: 雙流霧化、旋轉(zhuǎn)離心霧化、機(jī)械霧化等雙流霧化、旋轉(zhuǎn)離心霧化、機(jī)械霧化等l霧化技術(shù)主要工藝方法：主要工藝方法：（根據(jù)熔煉方法、分離方式、冷卻介質(zhì)和冷卻形式不盡相同）（根據(jù)熔煉方法、分離方式、冷卻介質(zhì)和冷卻形

18、式不盡相同） 氣體霧化法氣體霧化法過(guò)程：過(guò)程：兩束或多束氣體射流介質(zhì)傳遞兩束或多束氣體射流介質(zhì)傳遞動(dòng)能，將金屬液流破碎，細(xì)小的液滴在動(dòng)能，將金屬液流破碎，細(xì)小的液滴在飛行中通過(guò)對(duì)流或輻射散熱凝固成粉飛行中通過(guò)對(duì)流或輻射散熱凝固成粉流體霧化流體霧化（Fluid AtomizationFluid Atomization）工藝參數(shù)：工藝參數(shù)：射流距離、射流壓力、噴射流距離、射流壓力、噴嘴結(jié)構(gòu)、氣體和金屬流速和質(zhì)量流率、嘴結(jié)構(gòu)、氣體和金屬流速和質(zhì)量流率、金屬過(guò)熱度、氣液交匯角、金屬表面張金屬過(guò)熱度、氣液交匯角、金屬表面張力和金屬融化溫度范圍力和金屬融化溫度范圍應(yīng)用：應(yīng)用：高合金鋼、鋁合金、超合金、高合

19、金鋼、鋁合金、超合金、鈦合金等（活潑金屬粉末采用惰性氣體鈦合金等（活潑金屬粉末采用惰性氣體霧化）霧化）粉末多成球形。凝固冷速取決于顆粒尺粉末多成球形。凝固冷速取決于顆粒尺寸和霧化介質(zhì)的類型，通常，尺寸愈小，寸和霧化介質(zhì)的類型，通常，尺寸愈小，氣體愈輕，冷速愈高氣體愈輕，冷速愈高水霧化法（水霧化法（Water Atomization）以水射流代替氣體射流外，以水射流代替氣體射流外，其余與氣體霧化相似其余與氣體霧化相似 顆粒多呈不規(guī)則形，但冷速顆粒多呈不規(guī)則形，但冷速可達(dá)可達(dá)10102 2-10-104 4K/sK/s 已被大規(guī)模應(yīng)用于工具鋼、已被大規(guī)模應(yīng)用于工具鋼、低合金鋼、銅、錫、鐵粉等等低合

20、金鋼、銅、錫、鐵粉等等（水霧化鋼和超合金（水霧化鋼和超合金, ,活潑元活潑元素易氧化，素易氧化，O%1000ppmO%1000ppm，而，而氣體霧化，氣體霧化，O%O%100ppm100ppm）有時(shí)，）有時(shí)，也可以油代水，以降也可以油代水，以降O%O% 超聲氣體霧化法（超聲氣體霧化法（Ultra-sonic Gas Atomization）是氣體霧化法之一，方法類似于普通是氣體霧化法之一，方法類似于普通氣體霧化，只不過(guò)是霧化氣體射流速度氣體霧化，只不過(guò)是霧化氣體射流速度高，最高達(dá)高，最高達(dá)2.52.5馬赫，而且聲波頻率高，馬赫，而且聲波頻率高，達(dá)達(dá)8080100kHz100kHz；( (常規(guī)氣

21、體霧化射流以連常規(guī)氣體霧化射流以連續(xù)方式流動(dòng)，而超聲霧化射流則以續(xù)方式流動(dòng)，而超聲霧化射流則以8080100Hz100Hz的頻率振動(dòng)。的頻率振動(dòng)。) ) 高速高頻氣流由裝配在霧化噴嘴上的高速高頻氣流由裝配在霧化噴嘴上的激波管產(chǎn)生激波管產(chǎn)生 可有效破碎液流，粉末更細(xì)（平均約可有效破碎液流，粉末更細(xì)（平均約20m20m），粒度均勻（尺寸分布窄），），粒度均勻（尺寸分布窄），平均冷速可達(dá)平均冷速可達(dá)105 K/s 105 K/s 可以成功地用于生產(chǎn)鋁、超合金、可以成功地用于生產(chǎn)鋁、超合金、Ti-AlTi-Al粉粉 離心霧化技術(shù)離心霧化技術(shù)液態(tài)金屬在高速旋轉(zhuǎn)的容器（盤、杯、坩堝、平板或凹板）的邊緣上破

22、碎、霧化的液態(tài)金屬在高速旋轉(zhuǎn)的容器（盤、杯、坩堝、平板或凹板）的邊緣上破碎、霧化的技術(shù)。液態(tài)金屬?gòu)嫩釄寤驈娜刍哪负辖鸢舳藵沧⒌叫D(zhuǎn)器上，在離心力的作用下，技術(shù)。液態(tài)金屬?gòu)嫩釄寤驈娜刍哪负辖鸢舳藵沧⒌叫D(zhuǎn)器上，在離心力的作用下，熔融金屬被甩向容器邊緣霧化，噴射出金屬霧滴，霧滴在飛行過(guò)程中球化并凝固。熔融金屬被甩向容器邊緣霧化，噴射出金屬霧滴，霧滴在飛行過(guò)程中球化并凝固。整個(gè)過(guò)程（熔化、霧化、凝固）在惰性氣體環(huán)境中完成整個(gè)過(guò)程（熔化、霧化、凝固）在惰性氣體環(huán)境中完成快速凝固霧化法快速凝固霧化法液流自坩堝底澆至高速旋轉(zhuǎn)的水冷液流自坩堝底澆至高速旋轉(zhuǎn)的水冷水平盤，液態(tài)金屬被機(jī)械打碎、霧化，水平盤，

23、液態(tài)金屬被機(jī)械打碎、霧化，從旋轉(zhuǎn)盤邊緣甩出，液滴在飛行過(guò)程從旋轉(zhuǎn)盤邊緣甩出，液滴在飛行過(guò)程中凝固中凝固 旋轉(zhuǎn)離心霧化的一種，又稱旋轉(zhuǎn)離心霧化的一種，又稱可加氦氣流噴吹，加速冷卻，（水可加氦氣流噴吹，加速冷卻，（水流等亦然），也防氧化。也有人已螺流等亦然），也防氧化。也有人已螺旋槳代平盤旋槳代平盤 粉末多呈球形，尺寸約粉末多呈球形，尺寸約20-80m20-80m，冷速冷速10104 4-10-106 6K/sK/s 已用于制備鎳、鋁、鈦和超合金粉已用于制備鎳、鋁、鈦和超合金粉 離心霧化法離心霧化法靜止電極和帶電旋轉(zhuǎn)坩堝靜止電極和帶電旋轉(zhuǎn)坩堝之間產(chǎn)生電弧，熔化金屬之間產(chǎn)生電弧，熔化金屬 在離心力作

24、用下，熔融在離心力作用下，熔融金屬被甩出坩堝邊緣霧化，金屬被甩出坩堝邊緣霧化，并噴射出金屬液態(tài)顆粒并噴射出金屬液態(tài)顆粒 激光自旋霧化激光自旋霧化與與Pratt & Whitney工藝相似，只是采用高能激光束熔化快工藝相似，只是采用高能激光束熔化快速轉(zhuǎn)動(dòng)的料棒，靠離心力甩出的在碰到容器壁之前被氦氣流速轉(zhuǎn)動(dòng)的料棒，靠離心力甩出的在碰到容器壁之前被氦氣流冷卻。通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)速率和氣流，可得不同直徑、冷速的粉冷卻。通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)速率和氣流，可得不同直徑、冷速的粉末末 液滴多凝固成球形顆粒，也會(huì)有以針狀物形式存在。液滴多凝固成球形顆粒，也會(huì)有以針狀物形式存在。m粉冷速達(dá)粉冷速達(dá) 已用于生產(chǎn)鈦合金粉已用于生產(chǎn)

25、鈦合金粉 優(yōu)點(diǎn)在于：高能激光束產(chǎn)生高過(guò)熱度，可使第二相顆粒充分優(yōu)點(diǎn)在于：高能激光束產(chǎn)生高過(guò)熱度，可使第二相顆粒充分溶解；區(qū)域性熔化，霧化中的污染可限制到最低水平溶解；區(qū)域性熔化，霧化中的污染可限制到最低水平 旋轉(zhuǎn)電極霧化法旋轉(zhuǎn)電極霧化法欲被霧化的棒料快速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)棒料一欲被霧化的棒料快速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)棒料一端被一個(gè)非自耗鎢電極產(chǎn)生的電弧熔化，端被一個(gè)非自耗鎢電極產(chǎn)生的電弧熔化，融化的金屬?gòu)男羯纤Τ?，在與惰性氣融化的金屬?gòu)男羯纤Τ觯谂c惰性氣體室室壁碰撞之前凝固，成粉體室室壁碰撞之前凝固，成粉 粉末多呈球形，表面質(zhì)量好，尺寸大，粉末多呈球形，表面質(zhì)量好，尺寸大，大于大于200m200m，冷速，冷

26、速1010 已用于霧化活潑的金屬，如高純、低氧已用于霧化活潑的金屬，如高純、低氧的、等金屬的、等金屬及其合金，以及和的超合金。及其合金，以及和的超合金。易出現(xiàn)鎢污染，可用鈦陰極或等離子體易出現(xiàn)鎢污染，可用鈦陰極或等離子體弧、激光、電子束來(lái)熔化棒料弧、激光、電子束來(lái)熔化棒料 穿孔旋轉(zhuǎn)杯法穿孔旋轉(zhuǎn)杯法熔融金屬澆至一個(gè)旋轉(zhuǎn)深熔融金屬澆至一個(gè)旋轉(zhuǎn)深杯中，杯四周穿孔，離心力杯中，杯四周穿孔，離心力使熔融金屬穿過(guò)孔洞流出，使熔融金屬穿過(guò)孔洞流出，在飛行中破碎，凝固在飛行中破碎，凝固 粉末多呈米粒形，針狀，粉末多呈米粒形，針狀，冷速低，只有冷速低，只有 已可連續(xù)生產(chǎn)板材，多用已可連續(xù)生產(chǎn)板材，多用于生產(chǎn)低熔

27、點(diǎn)合金板，如鋁、于生產(chǎn)低熔點(diǎn)合金板，如鋁、鉛、鋅等鉛、鋅等 雙軋輥霧化法雙軋輥霧化法 利用兩個(gè)反向高速旋轉(zhuǎn)輥輪將利用兩個(gè)反向高速旋轉(zhuǎn)輥輪將金屬液流霧化。經(jīng)過(guò)雙輥時(shí)需金屬液流霧化。經(jīng)過(guò)雙輥時(shí)需防凝固（用碳涂層包裹兩輥），防凝固（用碳涂層包裹兩輥），液態(tài)金屬?gòu)妮佅路脚懦?，形成液態(tài)金屬?gòu)妮佅路脚懦?，形成渦凹，并以液滴形式甩出，并渦凹，并以液滴形式甩出，并迅速落入水浴，凝固迅速落入水浴，凝固 將熔體液流在兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)熱軋輥之間軋制，熔體液流垂直下落在兩輥之間，將熔體液流在兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)熱軋輥之間軋制，熔體液流垂直下落在兩輥之間，可制備可制備mm的薄片，冷速達(dá)的薄片，冷速達(dá)。精控工藝參數(shù)，可制備非

28、。精控工藝參數(shù)，可制備非常長(zhǎng)的薄帶常長(zhǎng)的薄帶機(jī)械霧化技術(shù)機(jī)械霧化技術(shù) 冷速達(dá)冷速達(dá)，可制備金屬薄片、箔以及不規(guī)可制備金屬薄片、箔以及不規(guī)則或球形顆粒。效率低則或球形顆粒。效率低 真空霧化法真空霧化法 （Vacuum Atomization）:又稱可溶氣體霧化又稱可溶氣體霧化坩堝內(nèi)液態(tài)金屬在壓力下過(guò)飽和溶坩堝內(nèi)液態(tài)金屬在壓力下過(guò)飽和溶解氣體（氮、氬、氫等），突然向真解氣體（氮、氬、氫等），突然向真空開放，氣體膨脹，脫溶，金屬霧化空開放，氣體膨脹，脫溶，金屬霧化 其它霧化技術(shù)其它霧化技術(shù) 用氫霧化、用氫霧化、o o、和基合金，粉末多呈球形，表面和基合金，粉末多呈球形，表面潔凈，純度高，但冷速低，潔

29、凈，純度高，但冷速低， 電子束急冷法（）電子束急冷法（）慢速旋轉(zhuǎn)的柱狀棒料由幾束電子束逐滴熔化，液滴滴慢速旋轉(zhuǎn)的柱狀棒料由幾束電子束逐滴熔化，液滴滴入旋轉(zhuǎn)盤中央，甩出，撞水冷銅模，急冷，折射入旋轉(zhuǎn)盤中央，甩出，撞水冷銅模，急冷，折射有時(shí)也稱電子束旋轉(zhuǎn)盤法，把歸屬于霧化技術(shù)有時(shí)也稱電子束旋轉(zhuǎn)盤法，把歸屬于霧化技術(shù)電子束急冷法，控制基底角度和旋轉(zhuǎn)速度，使液滴落入電子束急冷法，控制基底角度和旋轉(zhuǎn)速度，使液滴落入旋轉(zhuǎn)盤后，在高角速度和離心力的作用下，拉長(zhǎng)成薄片旋轉(zhuǎn)盤后，在高角速度和離心力的作用下，拉長(zhǎng)成薄片電子束急冷法不需要任何形式的坩堝，是在真空條件下用電子束急冷法不需要任何形式的坩堝，是在真空條件

30、下用電子束聚焦后加熱垂直懸掛的合金棒下端，被加熱的部分熔電子束聚焦后加熱垂直懸掛的合金棒下端，被加熱的部分熔化后在重力作用下滴到沿合金棒為軸心的高速旋轉(zhuǎn)的銅盤上化后在重力作用下滴到沿合金棒為軸心的高速旋轉(zhuǎn)的銅盤上冷凝成箔片，并在離心力作用下甩出?？杀苊夂辖鹞廴纠淠刹?，并在離心力作用下甩出?？杀苊夂辖鹞廴静穸扰c冷速主要由銅盤旋轉(zhuǎn)速率決定。片厚和冷速可通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)控制，典型冷速可達(dá)箔片厚度與冷速主要由銅盤旋轉(zhuǎn)速率決定。片厚和冷速可通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)控制，典型冷速可達(dá)，甚至達(dá)，甚至達(dá)10107 7 /s /s 對(duì)于某些活性金屬，如鈦、鋯等及其合金，熔化后，高溫下，易與石英管或陶瓷管發(fā)生對(duì)于某些活性金屬

31、，如鈦、鋯等及其合金，熔化后，高溫下，易與石英管或陶瓷管發(fā)生發(fā)生反應(yīng)，而受到污染，另外石英管噴嘴小，易堵塞。可制高活性金屬粉末。顆粒多呈發(fā)生反應(yīng)，而受到污染，另外石英管噴嘴小，易堵塞。可制高活性金屬粉末。顆粒多呈球形或碎片，表面干凈，尺寸約球形或碎片，表面干凈，尺寸約303050m50m高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法（高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法（Rapidly Spinning Cup, RSC）又稱快速自旋杯法又稱快速自旋杯法熔融金屬顆粒落入裝了旋轉(zhuǎn)液體（水）的杯中，液體在內(nèi)壁成液體層，熔融金屬顆粒落入裝了旋轉(zhuǎn)液體（水）的杯中，液體在內(nèi)壁成液體層，提高冷速，兼霧化器作用提高冷速，兼霧化器作用粉末尺寸分布范圍窄，細(xì)粉

32、多，呈球形，表面質(zhì)量好。冷速可達(dá)粉末尺寸分布范圍窄，細(xì)粉多，呈球形，表面質(zhì)量好。冷速可達(dá)-高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法已用來(lái)制備了鋼、超合金、已用來(lái)制備了鋼、超合金、鋁、銅等粉末鋁、銅等粉末 熔融金屬也可靠熔化棒料熔融金屬也可靠熔化棒料端部以液滴形式滴入，而端部以液滴形式滴入，而形成懸滴快速自旋杯法形成懸滴快速自旋杯法（）（） FeCrPBAl-18SiFeNiBFe-3.7C-2.0Sil模冷技術(shù)模冷技術(shù)將熔體分離成連續(xù)或半連續(xù)的、截面尺寸很小的熔體流，然而使熔體流與將熔體分離成連續(xù)或半連續(xù)的、截面尺寸很小的熔體流，然而使熔體流與旋轉(zhuǎn)或固定的、導(dǎo)熱良好的冷模（或稱基底，旋轉(zhuǎn)或固定的、導(dǎo)熱

33、良好的冷模（或稱基底，SubstrateSubstrate）迅速接觸，而）迅速接觸，而冷卻凝固冷卻凝固產(chǎn)品形式：產(chǎn)品形式：箔片、纖維、薄帶、細(xì)絲（線）箔片、纖維、薄帶、細(xì)絲（線）主要工藝方法：主要工藝方法：（根據(jù)熔煉方法、分離方式和冷卻形式不盡相同）（根據(jù)熔煉方法、分離方式和冷卻形式不盡相同）快速凝固是通過(guò)熔體與急冷基體之間的接觸傳熱獲得的。或?qū)⑷垠w射入?？焖倌淌峭ㄟ^(guò)熔體與急冷基體之間的接觸傳熱獲得的?；?qū)⑷垠w射入模具空腔內(nèi)；或?qū)⑷垠w在錘砧或活塞砧之間鍛造成薄片；或?qū)⑷垠w擠壓在一具空腔內(nèi)；或?qū)⑷垠w在錘砧或活塞砧之間鍛造成薄片；或?qū)⑷垠w擠壓在一個(gè)急冷面上，或用旋轉(zhuǎn)盤提取熔體。個(gè)急冷面上，或用旋

34、轉(zhuǎn)盤提取熔體。Duwetz “槍槍”法法;雙活塞法雙活塞法;熔體旋轉(zhuǎn)法熔體旋轉(zhuǎn)法;平面流鑄造法平面流鑄造法;熔體拖拉法熔體拖拉法;熔體提取法熔體提取法;熔體溢出法熔體溢出法;電子束急冷法電子束急冷法;急冷模法急冷模法“槍槍”法（法（Gun Method）是一個(gè)簡(jiǎn)單、精密和多用途的制備是一個(gè)簡(jiǎn)單、精密和多用途的制備微量（）快速凝固金屬和合金的微量（）快速凝固金屬和合金的實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)微量（微量（）金屬或合金）金屬或合金在石墨坩堝用感應(yīng)或電阻加熱熔化，在石墨坩堝用感應(yīng)或電阻加熱熔化，坩堝底有一個(gè)的漏嘴，熔融金坩堝底有一個(gè)的漏嘴，熔融金屬靠沖擊波從漏嘴射出，霧化，并通屬靠沖擊波從漏嘴射出，霧化，并

35、通過(guò)與銅基底接觸，迅速冷卻，凝固成過(guò)與銅基底接觸，迅速冷卻，凝固成極薄的箔材（最大厚度極薄的箔材（最大厚度mm）急冷箔片的冷速可高達(dá)急冷箔片的冷速可高達(dá)，厚度不均勻，且有孔洞，厚度不均勻，且有孔洞，最大尺寸不過(guò)幾個(gè)厘米，適合于最大尺寸不過(guò)幾個(gè)厘米，適合于或分析，而無(wú)法測(cè)定和評(píng)價(jià)或分析，而無(wú)法測(cè)定和評(píng)價(jià)其物理和力學(xué)性能其物理和力學(xué)性能雙活塞法（雙活塞法（Twin Piston Method）過(guò)程如圖所示，冷速可達(dá)過(guò)程如圖所示，冷速可達(dá)104106 /s廣泛用于科研工作廣泛用于科研工作其它形式其它形式活塞活塞-砧法砧法:在固定砧和運(yùn)動(dòng)活塞之間將熔滴在固定砧和運(yùn)動(dòng)活塞之間將熔滴擠壓成箔片擠壓成箔片

36、相比之下，雙活塞法更好，熔滴與兩活相比之下，雙活塞法更好，熔滴與兩活塞表面同時(shí)接觸，散熱均勻、迅速，冷塞表面同時(shí)接觸，散熱均勻、迅速，冷卻快，且厚度均勻卻快，且厚度均勻錘砧法錘砧法:粒狀合金置于砧中心，用電弧或電子粒狀合金置于砧中心，用電弧或電子束熔化后，砧上方落錘快速落下，擊扁熔滴束熔化后，砧上方落錘快速落下，擊扁熔滴 ，使之快凝成箔片使之快凝成箔片熔體自旋法熔體自旋法是制備連續(xù)長(zhǎng)帶最常見的方法是制備連續(xù)長(zhǎng)帶最常見的方法 類似與生產(chǎn)合成紡織纖維。通過(guò)擠壓熔體制備細(xì)小纖維類似與生產(chǎn)合成紡織纖維。通過(guò)擠壓熔體制備細(xì)小纖維 分為兩類：自由飛行熔體自旋法；急冷塊熔體自旋法分為兩類：自由飛行熔體自旋法

37、；急冷塊熔體自旋法可生產(chǎn)連續(xù)微晶絲，可生產(chǎn)連續(xù)微晶絲，非晶絲等，直接使用非晶絲等，直接使用 可生產(chǎn)薄帶，可生產(chǎn)薄帶，亦可產(chǎn)絲線亦可產(chǎn)絲線熔體自旋法熔體自旋法 從噴嘴噴射形成穩(wěn)定液態(tài)射流和在穿過(guò)氣體或液體急冷介質(zhì)時(shí)凝固。防止射從噴嘴噴射形成穩(wěn)定液態(tài)射流和在穿過(guò)氣體或液體急冷介質(zhì)時(shí)凝固。防止射流在凝固前破碎成液滴流在凝固前破碎成液滴急冷塊熔體自旋法（急冷塊熔體自旋法（CBMS）將熔融金屬射流噴射到低溫運(yùn)動(dòng)的散熱器上，射流發(fā)生變形，并凝固。射流將熔融金屬射流噴射到低溫運(yùn)動(dòng)的散熱器上，射流發(fā)生變形，并凝固。射流與旋轉(zhuǎn)盤撞擊形成熔池，凝固開始，從轉(zhuǎn)輪表面甩出薄帶。射流距離可減小與旋轉(zhuǎn)盤撞擊形成熔池，凝固

38、開始，從轉(zhuǎn)輪表面甩出薄帶。射流距離可減小到最小，使射流穩(wěn)定性變得不如到最小，使射流穩(wěn)定性變得不如FFMS那樣關(guān)鍵那樣關(guān)鍵熔體旋轉(zhuǎn)法（熔體旋轉(zhuǎn)法（Melt SpinningMelt Spinning）在實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用，也已在實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用，也已實(shí)際應(yīng)用于急冷合金的生實(shí)際應(yīng)用于急冷合金的生產(chǎn)產(chǎn)包括單輥包括單輥 可生產(chǎn)薄帶，亦可產(chǎn)絲可生產(chǎn)薄帶，亦可產(chǎn)絲線線熔體旋轉(zhuǎn)法熔體旋轉(zhuǎn)法熔體旋轉(zhuǎn)法的其它形式熔體旋轉(zhuǎn)法的其它形式又稱雙輥急冷法又稱雙輥急冷法將熔體液流在兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)熱軋輥之間軋將熔體液流在兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)熱軋輥之間軋制，熔體液流垂直下落在兩輥之間，可制備制，熔體液流垂直下落在兩輥之間，可制備mm

39、的薄片，冷速達(dá)的薄片，冷速達(dá)。精控工藝參數(shù)，可制備非常長(zhǎng)的薄帶精控工藝參數(shù)，可制備非常長(zhǎng)的薄帶薄帶容易變形薄帶容易變形熔體旋轉(zhuǎn)法的其它形式熔體旋轉(zhuǎn)法的其它形式熔體在離心力作用下噴射到高速相熔體在離心力作用下噴射到高速相對(duì)旋轉(zhuǎn)的筒形輥輪內(nèi)側(cè)，快速凝固對(duì)旋轉(zhuǎn)的筒形輥輪內(nèi)側(cè)，快速凝固成薄帶。這樣，可提高熔體流觸輥成薄帶。這樣，可提高熔體流觸輥時(shí)的相對(duì)速率或從熔體中拖拉熔體時(shí)的相對(duì)速率或從熔體中拖拉熔體的速率，提高冷速。的速率，提高冷速。冷速可達(dá)冷速可達(dá)108 /s 108 /s 在置于真空或保護(hù)性氣體氛圍的高在置于真空或保護(hù)性氣體氛圍的高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上安裝兩個(gè)銅合金翼速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上安裝兩個(gè)銅合金翼片

40、，熔體細(xì)小液滴噴射到翼片上迅片，熔體細(xì)小液滴噴射到翼片上迅速凝固成箔片，冷速可達(dá)速凝固成箔片，冷速可達(dá)108 /s 108 /s 離心式熔體旋轉(zhuǎn)法離心式熔體旋轉(zhuǎn)法平面流鑄造法（平面流鑄造法（Planar Flow Casting）急冷塊熔體自旋法的一急冷塊熔體自旋法的一種，但將圓嘴改成矩形嘴，種，但將圓嘴改成矩形嘴，可制備更寬且均勻橫截面可制備更寬且均勻橫截面的薄帶的薄帶 熔融金屬?gòu)囊粋€(gè)非常接熔融金屬?gòu)囊粋€(gè)非常接近旋轉(zhuǎn)急冷基底的槽形噴近旋轉(zhuǎn)急冷基底的槽形噴嘴中流出。熔體熔池被噴嘴中流出。熔體熔池被噴嘴和基底約束成穩(wěn)定的矩嘴和基底約束成穩(wěn)定的矩形。流體基本上靠壓力控形。流體基本上靠壓力控制，它也

41、取決于基底表面制，它也取決于基底表面速度、噴嘴寬度（平行于速度、噴嘴寬度（平行于薄帶運(yùn)動(dòng)方向）和噴嘴與薄帶運(yùn)動(dòng)方向）和噴嘴與基底之間的縫隙基底之間的縫隙 可測(cè)量性可測(cè)量性 優(yōu)于優(yōu)于CBMSCBMS 熔體拖拉法（熔體拖拉法（Melt drag）又稱熔體拉曳法又稱熔體拉曳法熔體提取法（熔體提取法（Melt Extraction）熔體溢出法（熔體溢出法（Melt Overflow）急冷模法（急冷模法（Die Method）一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)技術(shù)一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)技術(shù)靠真空、重力或壓力加重力的綜合靠真空、重力或壓力加重力的綜合作用，將金屬擠壓進(jìn)入急冷銅模中作用，將金屬擠壓進(jìn)入急冷銅模中的小截面空腔內(nèi)的小截面空腔內(nèi)

42、可獲預(yù)定截面的線材，采用圓錐形可獲預(yù)定截面的線材，采用圓錐形或楔形可控制截面變化，即冷速變或楔形可控制截面變化，即冷速變化化冷速可達(dá)冷速可達(dá)104107泰勒拉絲法泰勒拉絲法原理如圖所示，金屬在玻璃管內(nèi)逐步熔化，熔化端玻璃受熱變軟，熔體與玻璃原理如圖所示，金屬在玻璃管內(nèi)逐步熔化，熔化端玻璃受熱變軟，熔體與玻璃管拉長(zhǎng)變細(xì)，冷卻，形成包殼金屬絲管拉長(zhǎng)變細(xì)，冷卻，形成包殼金屬絲選擇玻璃材料是關(guān)鍵，（選擇玻璃材料是關(guān)鍵，（1）不與金屬反應(yīng)，（）不與金屬反應(yīng)，（2）軟化點(diǎn)與金屬熔點(diǎn)相當(dāng)）軟化點(diǎn)與金屬熔點(diǎn)相當(dāng)可生產(chǎn)直徑可生產(chǎn)直徑250m，冷速可達(dá)，冷速可達(dá)104106 K/sl激光表面處理激光表面處理又稱自

43、淬火、激光玻璃化，是一種用快速凝固原理取得表面處理效果的方法又稱自淬火、激光玻璃化，是一種用快速凝固原理取得表面處理效果的方法激光表面處理方法的基本原理如圖激光表面處理方法的基本原理如圖 除了用激光外，還可以用電子束、離子束等除了用激光外，還可以用電子束、離子束等主要用途包括表面重熔、表面合金化、噴粉引入強(qiáng)化相、表面涂層、激光層焊主要用途包括表面重熔、表面合金化、噴粉引入強(qiáng)化相、表面涂層、激光層焊表面層可小于表面層可小于1m，冷速可達(dá)，冷速可達(dá)10101013 K/s。激光束將高密度能量施于金屬表面有限激光束將高密度能量施于金屬表面有限的區(qū)域上，該區(qū)表面快速熔化（根據(jù)處理的區(qū)域上，該區(qū)表面快速

44、熔化（根據(jù)處理工藝要求，熔化層厚度可從幾十微米到上工藝要求，熔化層厚度可從幾十微米到上千微米不等），然后熔化微區(qū)快速凝固，千微米不等），然后熔化微區(qū)快速凝固，（固態(tài)）冷卻（固態(tài)）冷卻 過(guò)程是一個(gè)快速熔化過(guò)程是一個(gè)快速熔化快速凝固的程序快速凝固的程序 l偏析傾向減小，成分均勻化偏析傾向減小，成分均勻化快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征在快速凝固合金中成分均勻化或偏析減少表現(xiàn)在兩個(gè)方面在快速凝固合金中成分均勻化或偏析減少表現(xiàn)在兩個(gè)方面 溶質(zhì)原子不均勻分布或偏析的范圍減小溶質(zhì)原子不均勻分布或偏析的范圍減小出現(xiàn)非平衡溶質(zhì)分配或溶質(zhì)捕獲現(xiàn)象，溶質(zhì)原子不均

45、勻分布或偏析程度減小出現(xiàn)非平衡溶質(zhì)分配或溶質(zhì)捕獲現(xiàn)象，溶質(zhì)原子不均勻分布或偏析程度減小快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征通常，用樹枝狀晶偏析的二次枝晶臂間距來(lái)表征成分偏析的范圍或距離通常，用樹枝狀晶偏析的二次枝晶臂間距來(lái)表征成分偏析的范圍或距離顯然顯然 ，快速凝固合金晶粒細(xì)化，枝晶間距減小，偏析范圍呈數(shù)量級(jí)減小，快速凝固合金晶粒細(xì)化，枝晶間距減小，偏析范圍呈數(shù)量級(jí)減小l超過(guò)飽和固溶體形成超過(guò)飽和固溶體形成固溶區(qū)亞穩(wěn)擴(kuò)展是對(duì)有限固溶體而言，若平衡固溶極限固溶區(qū)亞穩(wěn)擴(kuò)展是對(duì)有限固溶體而言，若平衡固溶極限CSmax，高溫淬火，合金，高溫淬火，合金固溶

46、度可保持固溶度可保持CSmax的水平，而液相快凝的，則可超過(guò)的水平，而液相快凝的，則可超過(guò)CSmax，出現(xiàn)固溶亞穩(wěn)，出現(xiàn)固溶亞穩(wěn) 擴(kuò)展擴(kuò)展產(chǎn)生的原因在于大多數(shù)液態(tài)合金是無(wú)限互溶的（產(chǎn)生的原因在于大多數(shù)液態(tài)合金是無(wú)限互溶的（ CLmax 1 ），而在快速凝固過(guò)），而在快速凝固過(guò)程中，發(fā)生了非平衡或無(wú)溶質(zhì)分配凝固。程中，發(fā)生了非平衡或無(wú)溶質(zhì)分配凝固?？焖倌毯辖鹪谀踢^(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金中的代位式固溶體和間隙式固溶體的溶質(zhì)固溶度快速凝固合金中的代位式固溶體和

47、間隙式固溶體的溶質(zhì)固溶度都會(huì)有較大的亞穩(wěn)擴(kuò)展，而且一般冷速高、擴(kuò)展大都會(huì)有較大的亞穩(wěn)擴(kuò)展，而且一般冷速高、擴(kuò)展大固溶亞穩(wěn)擴(kuò)展為合金設(shè)計(jì)提供了更大的才固溶亞穩(wěn)擴(kuò)展為合金設(shè)計(jì)提供了更大的才“設(shè)計(jì)空間設(shè)計(jì)空間”l組織超細(xì)化、尺寸均勻化組織超細(xì)化、尺寸均勻化晶粒形態(tài)與大小晶粒形態(tài)與大小快速凝固合金晶粒，隨冷速增大，依次可能為樹枝狀晶、胞狀或柱狀晶與等軸晶快速凝固合金晶粒，隨冷速增大，依次可能為樹枝狀晶、胞狀或柱狀晶與等軸晶快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金晶粒尺寸極小，而且大小分布均勻快速凝固合金晶粒尺寸極小，而且大小分布均勻由于凝固形核前

48、熔體過(guò)冷度可達(dá)幾十甚至幾百度，而結(jié)晶形核速率比長(zhǎng)大速度更強(qiáng)烈地依由于凝固形核前熔體過(guò)冷度可達(dá)幾十甚至幾百度，而結(jié)晶形核速率比長(zhǎng)大速度更強(qiáng)烈地依賴于過(guò)冷度，大大地提高了凝固形核速率，同時(shí)，在極短的凝固時(shí)間晶粒難以充分長(zhǎng)大賴于過(guò)冷度，大大地提高了凝固形核速率，同時(shí)，在極短的凝固時(shí)間晶粒難以充分長(zhǎng)大 通常，快速凝固晶態(tài)合金被稱為微晶合金，甚至有人根據(jù)凝固速度很高的合金中通常，快速凝固晶態(tài)合金被稱為微晶合金，甚至有人根據(jù)凝固速度很高的合金中晶粒可小達(dá)納米量級(jí)，而把快速凝固晶態(tài)合金分為微（米）晶合金和納（米）晶合晶粒可小達(dá)納米量級(jí)，而把快速凝固晶態(tài)合金分為微（米）晶合金和納（米）晶合金金快速凝固合金的晶

49、粒形態(tài)與大小快速凝固合金的晶粒形態(tài)與大小樹枝狀的生成與大小樹枝狀的生成與大小l組織超細(xì)化、尺寸均勻化組織超細(xì)化、尺寸均勻化快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金的樹枝狀的生成與大小快速凝固合金的樹枝狀的生成與大小共晶組織形成、大小與生長(zhǎng)模式共晶組織形成、大小與生長(zhǎng)模式快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征l組織超細(xì)化、尺寸均勻化組織超細(xì)化、尺寸均勻化快速凝固快速凝固AlFeX中胞狀枝晶結(jié)構(gòu)和片狀共晶凝固組織中胞狀枝晶結(jié)構(gòu)和片狀共晶凝固組織l晶體缺陷增加晶體缺陷增加與鑄態(tài)合金相比，快速凝固合金中的空位、位錯(cuò)等缺陷密度有較大增加原因與鑄態(tài)合金相比，快速凝固合金中的空位、位錯(cuò)等缺陷密度有較大增加原因快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征快速凝固合金在凝固過(guò)程中的微觀組織結(jié)構(gòu)特征與鑄態(tài)合金相比，快速凝固合金中的層錯(cuò)密度也有較大增加與鑄態(tài)合金相比，快速凝固合金中的層錯(cuò)密度也有較大增加（1）液態(tài)合金中空位形成能（液態(tài)合金中空位形成能（0.11eV）比固態(tài)合金中的（）比固態(tài)合金中的（