CN101476053A - 一种具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于偏晶合金丝(棒)材制备技术，具体地说是一种具有复合组织偏晶型合金丝(棒)材的快速定向凝固制备方法。采用快速定向凝固技术，凝固速度在2－100mm/s，通过选取偏晶合金和坩埚材料(如：石墨、陶瓷等或连铸时的保护熔渣)，制备具有复合组织的偏晶合金丝或棒材。本发明通过选取适当的偏晶型合金(如Al－Pb、Al－Bi、Cu－Co等)及坩埚材料(如：石墨、陶瓷或连铸时的保护熔渣等)，抑制偏晶合金液－液相变过程中弥散相液滴在坩埚(熔渣)表面的异质形核行为，控制定向凝固偏晶合金的凝固动力学，制备具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材，满足工业需求。

Description

一种具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法

技术领域

本发明属于偏晶合金丝(棒)材制备技术，具体地说是一种具有复合组织偏晶型合金丝(棒)材的快速定向凝固制备方法。

背景技术

如图1所示，偏晶型合金的示意相图。该类合金在液态存在着组元不混溶温度区间(L₁+L₂)。当均一的合金熔体冷却到L₁+L₂区内时，它将发生液-液相变(L→L₁+L₂)。该类合金十分广泛，其中许多具有特殊的力学和物理性能，在工业上具有很好的应用前景，因此，其研究吸引了越来越多人的注意。为了深入认识该类合金的凝固特性，国内外材料科学工作者做了大量的实验研究工作，并开展了广泛的理论模拟，发现在偏晶合金凝固后经常呈现分层组织。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有复合组织偏晶合金丝(棒)材的制备方法，提出通过适当地选取合金系、合金成分和坩埚材料(或连铸保护熔渣)，抑制偏晶合金液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚(保护熔渣)表面的异质形核行为，控制偏晶合金的快速定向凝固动力学，获得具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材。

本发明的技术方案是：

一种具有复合组织偏晶合金丝(棒)材的制备方法，采用快速定向凝固技术，凝固速度在2-100mm/s(优选为2-20mm/s)，通过选取偏晶合金，坩埚材料可为石墨、陶瓷、刚玉等或连铸时的保护熔渣，制备具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材。

所述合金选用偏晶型合金，如Al-Pb、Cu-Co、Al-Bi或Al-In等。

所述Al-Pb偏晶合金为Al-(5-15)wt％Pb。

所述偏晶合金丝(棒)直径为2-20mm。

本发明的原理如下：

本发明通过选取适当的偏晶合金(如Al-Pb、Al-Bi等)及坩埚材料(如：石墨、刚玉等)或连铸保护熔渣，当基体液相和坩埚(熔渣)间的界面张力

、弥散液相和坩埚间的界面张力

及两液相间的界面张力

满足 ${\mathrm{\σ}}_{L_{2}C}>{\mathrm{\σ}}_{L_{1}C}+{\mathrm{\σ}}_{L_1{L}_2}$ 时，合金凝固过程中弥散相液滴不能在坩埚(熔渣)表面发生异质形核，而只能在熔体内部形核，形成的液滴在熔体内温度梯度作用下向试样内部迁移。因此，可以制备表面具有一层基体相的偏晶合金丝(棒)材。为了制备具复合组织的偏晶合金丝(棒)材，首先要选取合适的合金系和坩埚材料(或保护熔渣)，以避免偏晶合金快速定向凝固过程中弥散相液滴在坩埚(或熔渣)表面发生异质形核。

本发明的有益效果是：

1、本发明首先选取合适的偏晶型合金系及合金成分(如Al-Pb、Al-Bi、Cu-Co等)，使用快速定向凝固技术，进而根据所确定的合金选取合适的坩埚材料(石墨、陶瓷、刚玉等)或连铸保护熔渣，抑制偏晶合金液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚(熔渣)表面的异质形核行为，控制偏晶合金的快速定向凝固动力学，获得具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材，满足工业需求。

2、本发明尤其适合于液-液相变过程两液相间的比重差较小或弥散相体积分数较低、丝(棒)尺寸较小的情况。

附图说明

图1为偏晶型合金的示意相图。

图2(a)-图2(d)为具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材的金相；其中，图2(a)：Al-5wt％Pb合金，凝固速度为15mm/s，图中白色相为Al基体，黑色相为Pb粒子；图2(b)：Al-5wt％Pb合金，凝固速度为5mm/s，图中白色相为Al基体，黑色相为Pb粒子；图2(c)：Al-3.5wt％Pb合金，凝固速度为5mm/s，图中白色相为Al基体，黑色相为Pb粒子；图2(d)：Al-9wt％Bi，凝固速度为4mm/s，图中灰色相为Al基体，白色相为Bi粒子。

具体实施方式

研究表明偏晶合金凝固后样品经常呈现分层组织。近来我们对Al-Pb、Al-Bi等合金的凝固行为进行了研究，发现液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚表面的异质形核行为决定着分层组织的形成。当弥散相液滴不能在坩埚表面发生异质形核时，易于在试样表面形成基体相富集层。据此，我们通过选用合适的偏晶合金及坩埚材料，利用快速定向凝固技术，控制偏晶合金凝固动力学，获得了具有复合组织的丝(棒)试样，如图2(a)-(d)所示。

实施例1

如图2(a)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-5wt％Pb合金，用石墨为坩埚材料，定向凝固速度为15mm/s，制备出表面具有Al富集层的Al-Pb合金棒，其直径为8mm。

其制备过程如下：

用电阻炉熔炼偏晶合金熔体，通过在1223K保温30分钟后获得均一熔体；开始向冷却介质(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)中抽拉试样，进行定向凝固。

实施例2

如图2(b)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-5wt％Pb合金，用石墨为坩埚材料，定向凝固速度为5mm/s，制备出表面具有Al富集层的Al-Pb合金棒，其直径为5-10mm。

其制备过程如下：

用电阻炉熔炼偏晶合金熔体，通过在1223K保温30分钟后获得均一熔体；开始向冷却介质(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)中抽拉试样，进行定向凝固。

实施例3

如图2(c)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-3.5wt％Pb合金，用石墨为坩埚材料，定向凝固速度为5mm/s，制备出表面具有Al富集层的Al-Bi合金棒，其直径为8mm。

其制备过程如下：

用电阻炉熔炼偏晶合金熔体，通过在1223K保温30分钟后获得均一熔体；开始向冷却介质中(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)抽拉试样，进行定向凝固。

实施例4

如图2(d)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-9wt％Bi合金，用石墨为坩埚材料，定向凝固速度为4mm/s，制备出表面具有Al富集层的Al-Bi合金棒，其直径为8mm。

其制备过程如下：

用电阻炉熔炼偏晶合金熔体，通过在1106K保温30分钟后获得均一熔体；开始向冷却介质中(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)抽拉试样，进行定向凝固。

Claims (3)

1、一种具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法，其特征在于：采用快速定向凝固技术，凝固速度在2-100mm/s，通过选取偏晶合金，坩埚材料为石墨、陶瓷、刚玉或连铸时的保护熔渣，制备具有复合组织的偏晶合金丝或棒材。

2、按照权利要求1所述具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法，其特征在于：选用偏晶型合金，Al-Pb、Cu-Co、Al-Bi或Al-In合金。

3、按照权利要求1所述具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法，其特征在于：所述偏晶合金丝或棒材直径为2-20mm。

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