快速凝固技术在铝合金中的应用

（3 ） 低 密 度 铝 锂 合 金 铝锂合金具有低密度、高比强度、比刚度、良好的耐腐蚀性和卓越 的超塑成型性能等特点的新型铝合金材料，国内外一直认为是航空航 天工业的理想结构材料非 Al-Li 合金莫属。 但是 Al-Li 合金在采用常 规铸造工艺生产时，其延展性和韧性都比较差。 合金固溶热处理后直 接进行时效时，存在明显的合金强度达到峰值时间长、强度相对不高 的问题。 通过快速凝固技术制备的 Al-Li 合金，基体晶粒与 Al3Li 沉淀 作用产生细化，外力作用下位错的滑移距离缩短，应力集中减小，因此 可 有 效 抑 制 裂 纹 形 核 ，合 金 性 能 得 以 改 善 [15]。
随着近年来国内外这些方面研究的不断深入， 一系列快速凝固耐 热铝合金相继问世。 如：俄罗斯研究开发的 AK4-1 合金[12]，而国内的研 究很多是在 AK4-1 合金的基础上，通过严格控制杂质元素 Mn、 Si 等含 量，调整合金元素 Cu、Fe、Ni 含量，使得合金的综合性能得到了改善[13]。
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速凝固技术而得到显著地提高，在 Al-Si 二元合金系的基础上 可 以 加 入其它合金元素(例如 Mn、Li 等)，材料需 要 的 某 些 性 能 可 以 获 得 相 应 的 提 高 [14]。
（2 ） 耐 磨 铝 硅 合 金 Al-Si 合金具有优异的耐磨性、优良的铸造性能、低的热膨胀系数 以及焊接性能，广泛地被应用于国内外内燃机活塞合金中。 但在常规 铸造中存在着较大硅相严重割裂基体的连续性，导致过共晶铝硅合金 的塑性、强度等力学性能不佳。 硅含量超过 14wt％的过共晶铝硅合金， 硅相的不利影响在变质处理的情况下也无法消除。 广泛地说，过共晶 铝硅合金中硅的尺寸、形态及分布状态是影响其性能的关键因素。 快速凝固技术的存在，为 Al-Si 合金熔体提供 了 较 大 的 过 冷 度 和 极高的冷却速度。 在凝固时，合金熔体中在短时间内能产生大量的晶 核且极快得生长，从而使硅相来不及长大，硅相尺寸细小并使其分布 状况明显改观，性能也得到了大幅提高。 同时，合金元素的固溶度因快
获得了一定程度的增加 ，可使 Al 基体形成高度弥散、具有热稳定性的 金属间化合物粒子。 在高温下，这些弥散相是相对稳定的，位错需要克 服更大的阻力才能摆脱这些第二相粒子继续移动，材料中位错运动被 抑制。 正是这些高度弥散、热力学稳定、与基体共格或者半共格的第二 相粒子的存在，才使得快凝耐热铝合金具有了较好的抗腐蚀、抗疲劳 性能，优秀的室温和高温力学性能和出色的热稳定性 [11]。
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快 速 凝 固 粉 末 冶 金 法 （RS/PM）：RS/PM 方 法 主 要 是 利 用 由
Hartmann 管产生高速、高频的 超 音 速 脉 冲 气 流 冲 击 金 属 液 ，并 把 金 属 液吹散成均匀细小的液滴， 产生的强大气体对流将液滴急速冷却，继 而凝固成细小粉末。 快速凝固粉末冶金法最常用的是超音速雾化法， 通过这种方法获得的快速凝固的金属粉末表面更为光滑，尺寸更为细 小，球化效果最佳。 而通过热挤压或热锻的方法获取快速凝固的合金 时，表面容易产生较多的缺陷，效果不理想。
4 结语
近些年来快速凝固技术日臻完善， 生产出许多有益的合金材料， 但是我们也应该看到， 快速凝固技术也存在诸多阻碍其发展的顽疾。 一是目前急需走出实验室，实现工业化生产；二是成本太高，优化工 艺，降低成本；三是加强多元系合金凝固过程理论的研究，合理控制工 艺参数。 相信随着快速凝固制备工艺和理论研究得到一步完善，快速 凝固制取高性能合金的前景一定是广阔的。 科
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邓延波 赵荣涛 冯 骥 孔令均 韩正乾 李士海 （山东兖矿轻合金有限公司 山东 邹城 273515）
【摘 要】介绍了快速凝固技术的技术特点及性能特征，综述了快速凝固铝合金材料的制备工艺并分析了快速凝固制备耐热铝合金、耐磨 铝硅合金、低密度铝锂合金的发展历程、结构特点、制备理论及工艺，最后点明了快速凝固技术的不足之处和其发展前景。
3 快速凝固铝Leabharlann 金材料的发展（1 ） 耐 热 铝 合 金 自 20 世 纪 70 年 代 以 来 ，快 速 凝 固 技 术 取 得 了 较 快 的 发 展 ，扩 大 了元素在合金中的过饱和固溶度，并为研制新型弥散强化型耐热铝合 金起到了向导的作用。 近年来，随着航空、国防工业的快速发展，耐热 铝合金性能急需从各方面得到提高。 过渡族金属元素在铝中的过饱和固溶度由于快速凝固技术从而
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快速凝固工艺和材料的研究在国际上目前处于研究热点，在我国 上世纪 90 年代已引起人们的注意， 并且开始了这方面的研究。 经过 20 多年的不断创新与改进，已成为一种挖掘新材料、开 发 材 料 潜 能 的 重 要 手 段 之 一 [1]。
快速凝固技术是一种非平衡的凝固过程，以大于 103-105K/s 的 冷 却速率直接将液态瞬间冷凝成固态，一般生成非晶、准晶、微晶和纳米 晶等亚稳相，得到一种具有特殊的性能和用途的材料 [2,3]。 快速凝固技 术关键是使凝固过程中熔体的冷却速度得到有效提高，可以减少单位 时间内金属凝固时产生的熔化潜热，并同时增加凝固过程中介质的传 热速度。 快速凝固技术的特点是尽可能在熔体液固相前沿形成类似均 质形核的凝固条件，凝固前获得大的过冷度，以获得更细小优异的凝 固组织。 实际操作中，利用快速凝固技术得到的产品一般尺寸较小，通 常需要利用其它技术手段进行辅助加工才可以进一步使用。
快 速 凝 固 喷 射 沉 积 法 （SF）：在 雾 化 法 的 基 础 上 产 生 了 快 速 凝 固 喷 射沉积法，可以直接制备大尺寸快速凝固材料及产品的新技术，由冷 金属基底上喷射沉积去多雾化后的液滴，在底部由于急速的热传导导 致液滴快速凝固，在基底便形成了高度致密的快凝坯。 喷射沉积法最 突出的特点是把液体金属的雾化制粉过程和固结成型结合起来，直接 从液态金属制取整体致密、接近零件实际形状的大块高性能材料[4]。 这 种方法能比较有效地避免粉末受到污染，同时能够避免传统工艺制备 高性能材料时出现的成分偏析、组织粗大等缺点，工序得到了简化，降 低了生产成本。 与常规铸造方法相比，它能显著提高合金的溶解度、细 化晶粒、消除宏观偏析，从而大幅度提高材料的力学性能[5]。 喷射沉积 铝镁 合 金 的 研 究 主 要 是 对 5083 铝 镁 合 金 和 ZL301 铝 镁 合 金 的 研 究 ， 而对于镁的质量分数大于 12%的铝镁合金的研究很少有报道[6-10]。