CN1048759C - 一种双液双喷共沉积制备合金的方法及设备 - Google Patents
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本发明提供了一种双液双喷共沉积制备合金的方法及设备，其特征在于：将两种金属或合金分别置于两个坩埚之中加热熔化，分别超过各自熔点的150-200℃之后，同时向雾化室中喷射雾化成液滴，共同沉积在一块沉积载体上，雾化使用惰性气体(He.N2)，气体压力为0.5～2MPa。可制备难混合金和梯度材料。
Description
本发明涉及合金的制备技术，特别提供了一种双液双喷共沉积制备合金的工艺方法。
人类使用金属材料和掌握冶金铸造技术已有几千年的历史，但由于地球引力场的作用，合金元素的比重相差较大时，重力引起的沉浮和偏聚导致合金组织和性能的不均匀性，目前有几百种难溶合金，如锂-钠、铝-铅、铝-铟、铝-铋、铁-锡、铜-铅、锰铅等等，在很大成分范围内是不相溶的。
Al-Pb合金做为优质的自润滑铀承材料在汽车、航空工业中日益得到重视，然而制备Al-Pb合金是很困难的，这是因为Al和Pb在很宽的温度范围内是偏晶至不相溶的合金，由于Pb和Al比重差别很大，(Pb比重11.34，Al比重2.7)。熔铸过程中产生严重的重力偏析，制备上的困难大大地防碍了它们的应用。
为了解决铝基偏晶难混合金的制备难关，人们想出了许多方法，如在微重力条件下熔炼和铸造铝基偏晶合金(空间冶金)就是近年来出现的新技术。此外对Al-Pb等熔液进行超声处理，磁场处理，粉末烧结，粉末冶金以及快速凝固技术等等，也可以部分的减轻偏析问题。
随着我国航天事业的发展，航天部兰州物理所在空间微重力条件实验了Pb-Al和Al-Pb合金。然而空间冶金成本太高，很难工业化生产。目前还处于实验科学阶段。而且在大多数合金中都观察到了Marangoni对流引起的相迁移和Ostwald长大等现象，使得空间加工的偏晶合金不均匀。
其它的制备方法以粉末冶金法应用较广，规模校大。如我国在“七五”期间北京有色金属研究院投入较大力量研制粉末冶金Al-Pb-Cu合金做自润滑材料，取得较大进展，但粉末冶金法工艺复杂，成本较高，组织致密度差，因此寻求一种新的工业化直接由熔体生产Al基偏晶合金的新方法，在保证产品质量的前提下又降低了生产成本无疑是有极大的经济和社会效益的。
喷射成形工艺是英国Siger教授于1972年提出的一种制备新材料工艺(GB1262471)，其原理是将雾化的合金或金属液滴喷在冷却沉积载体上，形成沉积坯料，接着这种沉积坯料直接热轧或冷轧成为板材，成功的喷射成形所需要的条件是雾化液滴喷射到沉积载体时设有完全凝固，但与载体接触时，其温度已降至液相线与固相线之间，处于半固液态，与沉积载体接触后由于气流和沉积载体的导热，快速凝固成致密的产品。1980年Siger教授又提出一种向雾化液滴中喷入固态颗粒制备材料的共沉积专利技术(GB 1605035)，见附图1所示，其初宗是用固态颗粒对形成的沉积合金表面进行冲击以达到强化的目的，这种工艺原理已被广泛的应用，发展了以英国Osprey公司为代表的Osprey工艺(R.G.Brooks.C.Moore，A.G.Leatham.andJ.S.Coombs：Powder Metallurgy 1977.(2)100；A.Leatham A，Ogilvy.P.Chesney and J.V.Wood：Metals and Materiols.1989.5(3)P14-143).以麻省理工学院N.J.Grant教授为代表的LDC工艺等等(E.J.Lcverria and N.J.Grant.Inter.J.of Rapid Solidification 1986.2(2)93；E.J.Lavernia and N.J.Grant：Materiel Sci and Eng.1988.98：381)。最近美国加州大学E.J.Lavernic教授在向铝合金雾化液滴中喷入固态SiC，Al2O3等颗粒制备铝基复合材料方面做了大量的工作。
本发明的目的在于提供一种可直接由熔体生产难混合金的双液双喷共沉积制备合金技术。
本发明提供了一种双液双喷共沉积制备合金的方法，其特征在于：将两种金属或合金分别置于两个坩锅之中加热熔化，分别超过各自熔点的150-200℃之后，同时向雾化室喷射雾化成液滴，共同沉积在一块沉积载体上，雾化使用惰性气体(He，N2等)，气体压力为0.5～2MPa。
为实现上述双液双喷共沉积制备合金方法，需使用专用设备，包括雾化室(1)，沉积载体(2)，雾化喷嘴(3)等部分，其特征在于：在雾化室(1)，顶端设置两个分别与两个坩锅(4)(5)相连的雾化喷嘴(3)，喷嘴(3)之间相交角α在0-30之间。喷嘴(3)与沉积载体(2)的距离为300-500mm，沉积载体(2)为水冷式，并可往复运动。
本发明与已有技术不同的是，首次提出将两种完全不同的金属分别雾化液滴相互共沉积，这种工艺几乎适用于所有不同类金属，但最有价值的是制备难混合金，如Al-Pb、Al-Bi、Al-In、Cu-Pb等，比重相差很大，两者在熔化后不能完全溶解，凝固后形成偏析很大的偏晶合金。本发明也可用于制备梯度材料。下面通过实施例，结合附图详述本发明。
附图1为固—液共沉积设备示意图。
附图2为液—液共沉积示意图。
附图3为双液双喷Al-Pb合金相组织，×100倍。
附图4为制备梯度材料时设备示意图。
实施例1
设备如图2所示，α角为10°，喷嘴(3)与沉积载体(2)之间距离为400mm，雾化气压1.5MPa。
将Al和Pb分别放入甲、乙两个坩锅(4)(5)中，甲坩锅(4)升温至820℃，乙坩锅(5)升温至470℃，调整喷嘴(3)大小，使Pb的量占合金量的15重量百分比。所制板材厚度为2～40mm，组织均匀见附图3，通过调整喷嘴大小可实现Pb在1-60重量百分比，Al-Pb合金。
实施例2
设备如图4，α角为0°，使两喷嘴(3)的幅射面相交而不相互覆益，其它同实施例1。
将Al和Pb分别放入甲、乙坩锅，两喷嘴大小相同，中心相交区域可实现Pb量由0-100°梯度变化。
实施例3
设备条件同实施例1
将Al、Cu、按89∶1比例放入甲钳锅(4)，Pb放入乙坩锅(5)，甲820℃，乙：470℃，调整喷嘴大小，得到89Al 10Pb Cu合金。板材厚2-40mm，组织均匀。
实施例4
设备条件同实施例1
甲坩锅Al.820℃，乙坩锅Bi 420℃，可制成板材厚度5-30mm，组织均匀，成分在Bi 1-50重量百分比可调。
实施例5
雾化气压1.0MPa，其它同实施例1.甲坩锅Al 820℃，乙坩锅In300℃成份在In1-40重量百分比可调。
实施例6
甲坩锅Cu 1180℃ 乙坩锅Pb 470℃ 成分在Pb1-30％可调。
Claims (2)
1.一种双液双喷共沉积制备合金的方法，其特征在于：将两种金属或合金分别置于两个坩锅之中加热熔化，分别超过各自熔点的150-200℃之后，同时向雾化室中喷射雾化成液滴，共同沉积在一块沉积载体上，雾化使用情性气体(He，N2)，气体压力为0.5～2MPa。
2.一种专用于权利要求1所述双液双喷共沉积制备合金方法的设备，包括雾化室(1)，沉积载体(2)，雾化喷嘴(3)部分，其特征在于：在雾化室(1)，顶端设置两个分别与两个坩锅(4)(5)相连的雾化喷嘴(3)，喷嘴(3)之间相交角α在0-30°之间；喷嘴(3)与沉积载体(2)的距离为300-500mm，沉积载体(2)为水冷式，并可往复运动。
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