快速凝固鋁合金的組織與性能

Word版本，下載可自由編輯快速凝固鋁合金的組織與性能速凝固技術，過去對凝固過程的模擬只考慮在熔融狀態(tài)下的熱傳導和凝固過程中潛熱的釋放，很少考慮金屬熔體在型腔內(nèi)必定存在的流淌以及金屬熔體在凝固過程中存在的流淌。目前，迅速凝固技術作為一種研制新型合金材料的技術一開頭討論合金在凝固時的各種組織形態(tài)的變化以及如何控制才干到符合實際生活，生產(chǎn)要求的合金著重討論高的溫度梯度和快的凝固速度的迅速凝固技術正在走向逐步完美階段。

迅速凝固原理及凝固組織，迅速凝固是指利用對合金熔體的迅速冷卻(≥104-106k/s)，或非均質(zhì)形核備遏制，是合金在很大過冷度下，發(fā)生高生長速率(≥1-100cm/s)凝固。因為凝固過程的快冷，起始形核過冷度大，生長速率高是古冶界面偏離平衡，因而展現(xiàn)出一系列于常規(guī)合金不同的組織和結構特征，加快冷卻速度和凝固速率所應起的組織及結構特征可以近似用表來表示。本試驗通過真空系統(tǒng)下的金屬熔液迅速凝固裝置，獲得高真空后，充入一定壓力的惰性氣體，熔煉鋁合金在熔融狀態(tài)下以細直徑金屬液柱方式噴射到銅模具中，液流發(fā)生橫向鋪展并在純銅模具中迅速凝固。因為囫圇過程的澆注時光在很大程度上被簇擁、延遲，熱耗散可以迅速、充分舉行，從而可獲得層狀鋁合金。

非晶材料簡介

非晶合金具有長程無序、短程有序的結構，與晶態(tài)合金相比，具備許多特有些性能，如高硬度、高強度、高電阻、耐蝕及耐磨等，為材料科研工開發(fā)高性能的功能材料和結構材料提供了巨大的潛力。

塊體非晶合金形成的成分和結構條件影響非晶形成能力的因素有，合金中原子的鍵合特征、電子結構、原子尺寸的相對大小、各組元的相對含量、合金的熱力學性質(zhì)以及相應的晶態(tài)結構等。普通狀況，假如某種物質(zhì)對應的晶體結構很復雜，原子之間的鍵合較強，并且有特定的指向，其形成非晶結構在動力學上要簡單一些。

對非晶形成的可能性Inoue總結了3條試驗邏輯：(1)合金由3種以上組元構成、(2)各組元原子尺寸差別較大?普通大于12%、(3)3個組元具有負的混合熱。從液態(tài)到形成非晶態(tài)，原子結構幾乎不發(fā)生變化，各組成元素之間普通具有大于12%的原子尺寸差異和負的混合熱，這樣能夠形成緊密隨機堆垛結構，能夠增大固液界面能，抑制結晶形核，也增大了長程范圍內(nèi)原子的重排困難性，抑制了晶體的生長，從而形成非晶態(tài)結構。塊體非晶合金材料的制備辦法在早期，非晶材料的制備，首先采納迅速凝固法制備非晶粉末，然后用粉末冶金辦法將粉末壓制或粘結成型。20世紀90年月初發(fā)覺了具有極低臨界冷卻速率的合金系列，可以直接從液相獲得塊體非晶固體。目前，塊體非晶合金的制備辦法基本可劃分為直接凝固法和粉末固結成形法。形成能力和寬的過冷液相區(qū)ΔTx，并且形成一種與傳統(tǒng)非晶合金不同的新型非晶態(tài)組織，其特點為，原子呈高度密堆羅列，產(chǎn)生新的區(qū)域原子組構，存在互相吸引的長程勻稱性。Takeuchi等計算了351種三元非晶態(tài)合金系及其二元子系統(tǒng)的混合焓(ΔH)和錯配熵(ΔS/KB)，進一步完美了Inoue準則。Inoue準則被普遍接受，并依據(jù)它發(fā)覺了許多能形成大塊非晶的合金系，如Mg基、Al基、Fe基、Zr基、La基、Ti基、Cu基等。直接凝固法詳細包括，水淬法、銅模鑄造法、吸入鑄造法、高壓鑄造、磁懸浮熔煉、單向熔化法等。粉末固結成形法該辦法是通過非晶合金特有些在過冷液相區(qū)間的超塑成形能力，將非晶粉末加壓固結成形。粉末固結成形法只需制備低維外形的非晶粉末，因此可以在一定程度上突破塊體非晶合金尺寸上的限制，是一種極有前途的塊體非晶合金的制備辦法[6]。舉行非晶粉末固結成形的粉末冶金技術通常有熱壓燒結(HP)、熱等靜壓燒結(HIP)等。除傳統(tǒng)的粉末冶金技術外?最近有報道通過放電等離子燒結(SparkPlasmaSintering,SPS)技術將非晶粉末致密化制備塊體非晶合金材料。

SPS技術是通過外加脈沖強電流形成的電場清潔粉末顆粒表面氧化物和吸附的氣體，并活化粉末顆粒表面，提升顆粒表面的蔓延能力，再在外加壓力下通過強電流短時加熱粉體舉行迅速燒結致密化。其消耗的電能僅為傳統(tǒng)燒結工藝的1/5~1/3。SPS技術具有如下優(yōu)點:燒結溫度低(比HP和HIP低200~300℃)、燒結時光短(只需3~10min)?而HP和HIP需要120~300min)、單件能耗低，燒結機理特別?給予材料新的結構與性能，燒結體密度高，顯微組織勻稱是一種近凈成形技術操作容易。SPS技術作為一種近年來快速進展的新興迅速燒結技術，是一種很有前途的非晶粉末固結技術。因為其具有燒結溫度低、燒結時光短、能夠迅速固結粉末制備致密的塊體材料。

因此，SPS技術可以應用于制備需要抑制晶化形核的非晶塊體材料。其燒結機理是在極短的時光內(nèi)，粉末間放電，迅速熔化，在壓力作用下非晶粉末還沒來得及晶化就已經(jīng)發(fā)生燒結。而后利用很快的冷卻速度，非晶態(tài)結構被保存下來?從而得到致密的塊體非晶態(tài)合金。Shen和Inoue通過SPS技術制備出了直徑為20m