一種雙液雙噴共沉積製備合金的方法

2023-05-30 00:54:51

專利名稱：一種雙液雙噴共沉積製備合金的方法
技術領域：
本發明涉及合金的製備技術，特別提供了一種雙液雙噴共沉積製備合金的工藝方法。
人類使用金屬材料和掌握冶金鑄造技術已有幾千年的歷史，但由於地球引力場的作用，合金元素的比重相差較大時，重力引起的沉浮和偏聚導致合金組織和性能的不均勻性，目前有幾百種難溶合金，如鋰-鈉、鋁-鉛、鋁-銦、鋁-鉍、鐵-錫、銅-鉛、錳鉛等等，在很大成分範圍內是不相溶的。
Al-Pb合金做為優質的自潤滑鈾承材料在汽車、航空工業中日益得到重視，然而製備Al-Pb合金是很困難的，這是因為Al和Pb在很寬的溫度範圍內是偏晶至不相溶的合金，由於Pb和Al比重差別很大，(Pb比重11.34，Al比重2.7)。熔鑄過程中產生嚴重的重力偏析，製備上的困難大大地防礙了它們的應用。
為了解決鋁基偏晶難混合金的製備難關，人們想出了許多方法，如在微重力條件下熔煉和鑄造鋁基偏晶合金(空間冶金)就是近年來出現的新技術。此外對Al-Pb等熔液進行超聲處理，磁場處理，粉末燒結，粉末冶金以及快速凝固技術等等，也可以部分的減輕偏析問題。
隨著我國航天事業的發展，航天部蘭州物理所在空間微重力條件實驗了Pb-Al和Al-Pb合金。然而空間冶金成本太高，很難工業化生產。目前還處於實驗科學階段。而且在大多數合金中都觀察到了Marangoni對流引起的相遷移和Ostwald長大等現象，使得空間加工的偏晶合金不均勻。
其它的製備方法以粉末冶金法應用較廣，規模校大。如我國在「七五」期間北京有色金屬研究院投入較大力量研製粉末冶金Al-Pb-Cu合金做自潤滑材料，取得較大進展，但粉末冶金法工藝複雜，成本較高，組織緻密度差，因此尋求一種新的工業化直接由熔體生產Al基偏晶合金的新方法，在保證產品質量的前提下又降低了生產成本無疑是有極大的經濟和社會效益的。
噴射成形工藝是英國Siger教援於1972年提出的一種製備新材料工藝(GB1262471)，其原理是將霧化的合金或金屬液滴噴在冷卻沉積載體上，形成沉積坯料，接著這種沉積坯料直接熱軋或冷軋成為板材，成功的噴射成形所需要的條件是霧化液滴噴射到沉積載體時設有完全凝固，但與載體接觸時，其溫度已降至液相線與固相線之間，處於半固液態，與沉積載體接觸後由於氣流和沉積載體的導熱，快速凝固成緻密的產品。1980年Siger教授又提出一種向霧化液滴中噴入固態顆粒製備材料的共沉積專利技術(GB 1605035)，見附

圖1所示，其初宗是用固態顆粒對形成的沉積合金表面進行衝擊以達到強化的目的，這種工藝原理已被廣泛的應用，發展了以英國Osprey公司為代表的Osprey工藝(R.G.Brooks.C.Moore，A.G.Leatham.andJ.S.CoombsPowderMetallurgy 1977.(2)100；A.Leatham A，Ogilvy.P.Chesney and J.V.WoodMetals and Materiols.1989.5(3)P14-143).以麻省理工學院N.J.Grant教授為代表的LDC工藝等等(E.J.Lcverria and N.J.Grant.Inter.J.of Rapid Solidification 1986.2(2)93；E.J.Laverniaand N.J.GrantMateriel Sci and Eng.1988.98381)。最近美國加州大學E.J.Lavernic教授在向鋁合金霧化液滴中噴入固態SiC，Al2O3等顆粒製備鋁基複合材料方面做了大量的工作。
本發明的目的在於提供一種可直接由熔體生產難混合金的雙液雙噴共沉積製備合金技術。
本發明提供了一種雙液雙噴共沉積製備合金的方法，其特徵在於將兩種金屬或合金分別置於兩個坩鍋之中加熱熔化，分別超過各自熔點的150-200℃之後，同時向霧化室噴射霧化成液滴，共同沉積在一塊沉積載體上，霧化使用隋性氣體(He.N2等)，氣體壓力為5-20個大氣壓。
為實現上述雙液雙噴共沉積製備合金方法，需使用專用設備，包括霧化室(1)，沉積載體(2)，霧化噴嘴(3)等部分，其特徵在於在霧化室(1)，頂端設置兩個分別與兩個坩鍋(4)(5)相連的霧化噴嘴(3)，噴嘴(3)之間相交角α在0-30之間。噴嘴(3)與沉積載體(2)的距離為300-500mm，沉積載體(2)為水冷式，並可往復運動。
本發明與已有技術不同的是，首次提出將兩種完全不同的金屬分別霧化液滴相互共沉積，這種工藝幾乎適用於所有不同類金屬，但最有價值的是製備難混合金，如Al-Pb.Al-Bi.Al-In.Cu-Pb等，比重相差很大，兩者在熔化後不能完全溶解，凝固後形成偏析很大的偏晶合金。本發明也可用於製備梯度材料。下面通過實施例，結合附圖詳述本發明。
附圖1為固一液共沉積設備示意圖附圖2為液一液共沉積示意圖附圖3為雙液雙噴Al-Pb合金相組織，×100倍附圖4為製備梯度材料時設備示意圖實施例1設備如圖2所示，α角為10°，噴嘴(3)與沉積載體(2)之間距離為400mm，霧化氣壓15個大氣壓將Al和Pb分別放入甲、乙兩個坩鍋(4)(5)中，甲坩鍋(4)升溫至820℃，乙坩鍋(5)升溫至470℃，調整噴嘴(3)大小，使Pb的量佔合金量的15wt％。所制板材厚度為2-40mm，組織均勻見附圖3，通過調整噴嘴大小可實現Pb在1-60wt％，Al-Pb合金。實施例2.
設備如圖4，α角為0°，使兩噴嘴(3)的幅射面相交而不相互覆益，其它同實施例1.
將Al和Pb分別放入甲、乙坩鍋，兩噴嘴大小相同，中心相交區域可實現Pb量由0-100°梯度變化。實施例3.
設備條件同實施例1將Al、Cu、按89∶1比例放入甲鉗鍋(4)，Pb放入乙坩鍋(5)，甲820℃，乙470℃，調整噴嘴大小，得到89Al 10Pb Cu合金。板材厚2-40mm，組織均勻。實施例4設備條件同實施例1甲坩鍋Al.820℃，乙坩鍋Bi 420℃，可製成板材厚度5-30mm，組織均勻，成分在Bi 1-50wt％可調。實施例5霧化氣壓10個大氣壓，其它同實施例1.甲坩鍋Al 820℃，乙坩鍋In300℃成份在In 1-40wt％可調。實施例6甲坩鍋Cu 1180℃乙坩鍋Pb 470℃成分在Pb1-30％可調。
權利要求
1.一種雙液雙噴共沉積製備合金的方法，其特徵在於將兩種金屬或合金分別置於兩個坩鍋之中加熱熔化，分別超過各自熔點的150-200℃之後，同時向霧化室中噴射霧化成液滴，共同沉積在一塊沉積載體上，霧化使用隋性氣體(He.N2等)，氣體壓力為5-20個大氣壓。
2.一種專用於權利要求1所述雙液雙噴共沉積製備合金方法的設備，包括霧化室(1)，沉積載體(2)，霧化噴嘴(3)等部分，其特徵在於在霧化室(1)，頂端設置兩個分別與兩個坩鍋(4)(5)相連的霧化噴嘴(3)，噴嘴(3)之間相交角α在0-30°之間。
3.按權利要求2所述雙液雙噴共沉積製備合金設備。其特徵在於噴嘴(3)與沉積載體(2)的距離為300-500mm，沉積載體(2)為水冷式，並可往復運動。
4.權利要求1所述雙液雙噴共沉積製備合金工藝，，特別適用於製備難混合金，如Al-Pb.Al-Bi.Al-In.Cu-Pb等。
5.權利要求1所述雙液雙噴共沉積製備合金工藝，可用於製備梯度材料。
全文摘要
本發明提供了一種雙液雙噴共沉積製備合金的方法，其特徵在於將兩種金屬或合金分別置於兩個坩鍋之中加熱熔化，分別超過各自熔點的150-200℃之後，同時向霧化室中噴射霧化成液滴，共同沉積在一塊沉積載體上，霧化使用惰性氣體(He.N
文檔編號C22C1/00GK1144276SQ95111948
公開日1997年3月5日 申請日期1995年8月25日 優先權日1995年8月25日
發明者張永昌, 謝贊華 申請人:中國科學院金屬研究所