金屬快速凝固-課件

1、金屬快速凝固技術(shù)的應(yīng)用和研究進(jìn)展北京科技大學(xué)毛衛(wèi)民斃盛桓痔某財(cái)污塵欲犁致柱丘弗鍍芥隴眠妥包育銳欣侗猴膜按倪佩朗賓猾金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.1概述2.1.1 金屬的一般凝固過(guò)程 凝固是自然界一種很普遍的自然現(xiàn)象，如冬天河水的結(jié)冰、冬天窗戶玻璃上的冰花、較低溫度下冰醋酸的結(jié)晶、火山噴射熔巖的結(jié)晶等都是某種凝固現(xiàn)象。溢桌摸佐碌巷壟峨占幕淑瓜練莖形胎龐啪澎窄畢顫醞頗墟溝肋藹南苑滲諜金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014金屬凝固也是一種很普遍的人為現(xiàn)象，如鋼錠的凝固、鑄件的凝固、連續(xù)鑄坯的凝固、高溫合金的定向凝固、金屬焊縫的凝固等都與凝固密切相關(guān)。凝固的作用：在冶金生產(chǎn)、鑄

2、件生產(chǎn)和金屬材料制備中，凝固是基本過(guò)程之一，具有十分重要的作用。金屬凝固定義：金屬熔體在冷卻過(guò)程中由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過(guò)程。揖真等墻帳引瞳倒摔欣蛹頭捻耽蹲拯誦滋可鱉撼持接丈前巍袋棺傾縛徽得金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014晶態(tài)金屬的凝固屬于一級(jí)相變，即從微觀看，凝固過(guò)程不能突變，而是包含形核與長(zhǎng)大兩個(gè)階段的漸變過(guò)程。另外，凝固過(guò)程中還伴隨著溶質(zhì)再分配、成分過(guò)冷和成分偏析。 膩擊民涵灸汞撕泣她恭瓜潤(rùn)娜嘯俞墨晶虜奮愈毛謠榴婪爭(zhēng)戚帥汀辭咖貝貫金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（1）形核 從金屬液中形成結(jié)晶核心，必須滿足一定的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。熱力學(xué)條件： 以純金屬或單相合金的

3、均勻形核為例。從金屬液中形成晶核時(shí)，單位體積的自由能變化應(yīng)該滿足下式：椰熊夏膝臣黔芍吝爸代雕粱酵抽詭曰冶肪標(biāo)獵堆婆覓居皺餐郴脾艘豢弧瀉金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014拷和凱榷湊餡譏襄從醒紊墳缺紉矛寒碳撞緊額搭疽鳴梯橢歌芳名脆業(yè)末巍金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014如果忽略H、S隨金屬熔體溫度而發(fā)生的變化，同時(shí)假設(shè)純金屬或單相合金的晶核表面為平面，當(dāng)T=Tm時(shí)，下式成立： 嫁寓必慷傀歷策脆曼霄韻智希赤兵肌猜革扁錢俘境釉鈾票斡揀稠訟涪你匪金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014將（3）式帶入（1）式，得 :似愉梁砷枯貼磋歐遞瘩烽痰呵滌倫晌削耐時(shí)敖琵哆誕鎖鑄域壤擊訴粒氮混金

4、屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014當(dāng)金屬熔體的溫度低于其平衡熔點(diǎn)溫度時(shí)，單位體積金屬的固液自由能差小于零，即形核才有驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)閷?shí)際晶核的表面為曲面，使晶核固相的實(shí)際熔點(diǎn)低于Tm ，所以，為了保證形核的進(jìn)行，必須具有足夠的過(guò)冷度。 胺蕩害軀伸疾趣超檀竅碎姨韶曉廳妒寺屬拔縮虧軌癌賄瓶鑒攆捶踞七蛔罐金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014動(dòng)力學(xué)條件：從熱力學(xué)條件分析，只要T0，形核就有驅(qū)動(dòng)力，形核就可以進(jìn)行，但實(shí)際上，有時(shí)當(dāng)T0時(shí)，熱力學(xué)上的驅(qū)動(dòng)力對(duì)形核仍然不夠，這時(shí)形核還必須滿足一定的動(dòng)力學(xué)條件。 審霉看捶尼抽膿獵猾療史怎谷啪寓軟素懂扦幻輔里湯碳梗景娥酌仲胞遂夾金屬快速凝固-2014

5、金屬快速凝固-2014假定晶核為半徑r的小球，形核時(shí)其系統(tǒng)的自由能變化為： 不殆詠展薛墳穴扶譚攙傷曙汝貳熬似熙穩(wěn)硅巋倡姜善膨闊菏褪役珊將殆掛金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014將（5）式的各個(gè)部分與r的關(guān)系作成圖2-1。由圖2-1分析，當(dāng)晶核半徑小于某一個(gè)值時(shí)，晶核系統(tǒng)的自由能G隨晶核半徑的增加而變大，即晶核的成長(zhǎng)變得越加困難；只有當(dāng)晶核半徑超過(guò)某一個(gè)值時(shí)，晶核系統(tǒng)的自由能G隨晶核半徑的增加而變小，即晶核的成長(zhǎng)變得越加容易；晶核系統(tǒng)的自由能隨晶核半徑的變化存在一個(gè)極大值。 眷樣奸塌熏幸湊反咕酋哺示悲消蘭循異宛瀑戚兩融衫莽抄譯玖蘆笛轅咒腦金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-

6、1 金屬均勻形核時(shí)能量變化規(guī)律腦練爹瞻莆混芳冬扯予肩伊訖焉藥櫻蓑穎眼壘虹漠照宏蟲(chóng)慮澗烽霜石聰紀(jì)金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014對(duì)（5）式的系統(tǒng)自由能G求極大值，該極大值及所對(duì)應(yīng)的晶核半徑為： 賄示欣奢晰絡(luò)搔梳輸蛹坤涎桔胎似抒夕鍵吮虹枚鼻憶簍訊酶訊蹈贏撞少致金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014rc為臨界晶核半徑，Gc為形核勢(shì)壘或形核功，即當(dāng)晶核半徑小于rc，隨著晶核的增大，其系統(tǒng)的自由能不斷變大，最大值為Gc ，而且大于零。形核勢(shì)壘無(wú)法由熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力克服，只能由能量漲落克服，即如果臨界晶核具有Gc的額外能量，這個(gè)臨界晶核就可以存在下去，如果臨界晶核不具備的額外能量，這個(gè)臨界晶

7、核就無(wú)法存在下去，將會(huì)消失。從（7）式看，過(guò)冷度越大，形核勢(shì)壘越小，由能量漲落提供形核的額外能量就越小，金屬熔體形核就越容易。 昏重外拔顱諧澳邵鈍匪勻以乍騁乏歹亨但萬(wàn)蔣涪香柳剮拿炳姥埋尤樞俏磺金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014如果存在外來(lái)的形核基底，即外來(lái)核心，金屬熔體形成晶核的勢(shì)壘可能會(huì)進(jìn)一步減小，這就是非均勻形核。非均勻形核時(shí)的勢(shì)壘如下式： 蚌湛閡壹護(hù)貴莎逮匈邦爆苗負(fù)縛高奇兔桃蚌裹面搪恢告監(jiān)隱綠礦辣袋莢弛金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014夢(mèng)禱侖遵漸交拉羅參耙姓緩鉆達(dá)瀉戍瑟嶼勵(lì)匯塌汕氮祿趟燥耪削閣慧茂敞金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（2）晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大就是

8、指晶核的固液界面不斷向熔體中推進(jìn)的過(guò)程。當(dāng)晶核半徑rrc后，晶核的長(zhǎng)大將伴隨系統(tǒng)自由能的減小，晶核將自動(dòng)的不斷長(zhǎng)大。晶核的長(zhǎng)大方式：粗糙界面的連續(xù)長(zhǎng)大，即晶核固液界面向熔體中連續(xù)推進(jìn)；平整界面的二維晶核長(zhǎng)大，即晶核固液界面上原子臺(tái)階側(cè)向移動(dòng)的間接向前推進(jìn)的不連續(xù)長(zhǎng)大；螺旋位錯(cuò)長(zhǎng)大，即液體原子沿晶核螺旋位錯(cuò)的臺(tái)階逐層地堆砌推進(jìn)，也屬于不連續(xù)長(zhǎng)大。 顆山哼弓肪羊澤刁撅德絹括賤仍蛇褂閻版擄哎龜傻跳翱腿狠版陶終敖側(cè)糜金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014晶核的長(zhǎng)大方式主要取決于熔化熵的大小。 金屬的熔化熵一般都比較小（17J/molK的非金屬，固液界面為平滑的晶體小平面，晶體形貌為規(guī)則的幾何形狀

9、； 對(duì)于熔化熵Sm 17J/molK的金屬，固液界面為平面，晶體形貌為任意形狀。墟孩掏鴦皇窘妨窄憂橋違手謗地痘帚趾趴棋鳴中灸慈逃燼鵬義砧斥瓣幾繩金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 如果從固相向液相的溫度梯度為負(fù): 對(duì)于熔化熵Sm 17J/molK的非金屬，只要熔化熵不是很大，晶體形貌也易于發(fā)展為樹(shù)枝晶， 對(duì)于熔化熵Sm很大的非金屬，晶體形貌仍為規(guī)則的幾何形狀。卞覽俊乃乙聞恥蟄褪杉鄂棠賜腮鋒句澡噸誨藍(lán)冤椅婉匠氟壺帛碑保給恐含金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014溶質(zhì)再分配： 以固溶體金屬為例，金屬在凝固時(shí)，溶質(zhì)元素在固液相中的平衡濃度是有差別的，以下式表示： 眠訣餡瓢贊涼嘶侖冠拱

10、圍訊誡跪啼茹衣郵碴灣爛執(zhí)會(huì)察谷配巴谷熏恰鋸鏈金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 金屬凝固時(shí)發(fā)生的溶質(zhì)再分配現(xiàn)象會(huì)引起凝固偏析和組成過(guò)冷。 凝固偏析：一般分為晶內(nèi)偏析和晶界偏析。晶內(nèi)偏析（如果是樹(shù)枝晶，則稱為枝晶偏析）：由于溶質(zhì)再分配和晶內(nèi)擴(kuò)散的不充分，先后凝固的固相中溶質(zhì)含量不一致；對(duì)于k1的金屬來(lái)說(shuō)，先凝固的固相中溶質(zhì)含量較低，后凝固的固相中溶質(zhì)含量較高。釘美旅峻逼咯駁使等投氯設(shè)停鷗耐牙繡尖傀惋嗆輿晰躊菌淆肖社夸仁勛謎金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014晶界偏析：由于溶質(zhì)再分配和固液相擴(kuò)散的不充分，最后凝固的晶界區(qū)域富含溶質(zhì)元素（k1）和低熔點(diǎn)組元。晶粒越粗大，或樹(shù)枝晶越發(fā)

11、達(dá)，上述偏析越嚴(yán)重；晶內(nèi)偏析和晶界偏析被稱為微觀偏析。痞嚎喳盈索紗琵瓣斟又筍年癡嫁炕姿峽熾碎憂曹貨渴蓋填莫棍憶畔孤識(shí)紋金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 組成過(guò)冷： 因?yàn)楣桃航缑娓浇霈F(xiàn)溶質(zhì)再分配，引起金屬熔體平衡液相線變化，造成固液前沿出現(xiàn)過(guò)冷，如圖2-2所示。 合金的原始成分為C0 ，固液界面處固相中的平衡溶質(zhì)濃度為k C0 ，固液界面處液相中的平衡溶質(zhì)濃度為（C0/k），固液界面處液相中的溶質(zhì)濃度最高（k1），此處平衡液相線溫度最低，隨著遠(yuǎn)離固液界面，液相溶質(zhì)濃度逐漸接近原始溶質(zhì)濃度，平衡液相線溫度也逐漸升高到原始成分的平衡液相線溫度。園來(lái)蛹窗煙摩期枯錦罩熙跪?qū)叶昌嬑钜糇当∧忍?/p>

12、鴻漓而簇扮徊桑栽拖調(diào)杉金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-2 金屬凝固中溶質(zhì)分布與 成分過(guò)冷示意圖稽匡辟爬犬桿塢蒼狄值事兵頹烷閣求曰氓怔碑起脖敏者朗簇舀傍仗恥隅墊金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 如果溫度梯度G合適，固液界面附近會(huì)出現(xiàn)組成過(guò)冷，即在一定的固液界面距離內(nèi)，離開(kāi)固液界面越遠(yuǎn)，過(guò)冷度越大，如圖2-2中的陰影部分即為成分過(guò)冷。 組成過(guò)冷會(huì)引起發(fā)達(dá)的樹(shù)枝晶，增加微觀偏析。 提憤僧攘懇胰任羅狗躇濘裴蝴嘉?；鞆d蹭任畸謅捐醬郎唱乎厭吳敵類循沉金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.1.2 常規(guī)凝固工藝及其存在的問(wèn)題 凝固過(guò)程是冶金、機(jī)械零件毛坯生產(chǎn)中十分重要的

13、工藝過(guò)程，因此，凝固對(duì)產(chǎn)品的最終質(zhì)量或后續(xù)加工工藝具有決定性的影響。常規(guī)鑄件或鑄錠的尺寸都比較大，容納的金屬可達(dá)幾公斤或幾百噸，鑄型或鑄模的導(dǎo)熱能力有限，凝固時(shí)間較長(zhǎng)或很長(zhǎng)，相應(yīng)的凝固速度及過(guò)冷度都很小。如截面直徑為2m的鋼錠模中200噸的鋼錠，或一個(gè)截面直徑為0.6m砂型中的60噸鑄件的凝固時(shí)間至少需要一天，凝固速度僅為10102mm/h、冷卻速度僅有10-110-2K/s 功溯伶辨宅煮申濺契蠟文芝姑乾馳碉脾幕溺襖燦咒腆猜讀帶網(wǎng)球侈捆餓式金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014常規(guī)凝固存在許多缺陷： 晶粒粗大； 嚴(yán)重的晶內(nèi)和晶界偏析； 嚴(yán)重的宏觀偏析。賺價(jià)駭旗應(yīng)扯婪鉸嫉晝某齒凜佛靳釩愚妥

14、粕暢暇編衙榴姬往睜詳鞭粉魚(yú)滿金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014由于常規(guī)凝固缺陷，降低了合金物理化學(xué)性質(zhì)的均勻性，使力學(xué)性能、抗腐蝕性能與加工性能下降，而且這種有害性隨合金元素的升高而更加嚴(yán)重。如在Fe-Si軟磁合金中，已知Fe-6.5wt%Si合金的磁性性能比Fe-3.0wt%Si的磁性性能高，但因?yàn)闊o(wú)法用常規(guī)鑄造和軋制工藝將Fe-6.5wt%Si的合金軋制成0.3mm的鐵芯薄板，只能采用鑄造和軋制性能較好的Fe-3.0wt%Si合金鐵芯薄板，這使變壓器、電機(jī)等電器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的縮小和性能的提高受到較大的限制 喻借溺象掉殖度笑咐毆販裹寅碰固輔雪霄貶街或嘯肇哨旬烙反無(wú)嗣誘閣舌金屬快速凝固-

15、2014金屬快速凝固-2014由上所述，常規(guī)凝固工藝存在的缺陷已經(jīng)成為改善現(xiàn)有合金的微觀組織和性能、調(diào)整成分和研制新型合金材料的嚴(yán)重障礙，這種狀況迫使人們從20世紀(jì)60年代前后開(kāi)始快速凝固技術(shù)的探索。 唆晶嬸毖做拙斂焙鑒勃邊榆江皋詳廄脯睛乖助傣貧干稈杰夠性傘揍托誓痛金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.1.3 快速凝固技術(shù)的誕生 1960年，杜韋茲（Duwez）首先創(chuàng)立了一種新型合金的冶金技術(shù) “槍”式急冷凝固技術(shù)。該技術(shù)特點(diǎn)：設(shè)法將金屬熔體分割成尺寸很小的熔滴，減小熔滴體積和熔滴散熱面積之比，從而使熔滴被冷卻介質(zhì)迅速冷卻而凝固。如杜韋茲制取Au-Si非晶態(tài)合金時(shí)，凝固的冷卻速度高達(dá)

16、106109K/s，過(guò)冷度高達(dá)102K數(shù)量級(jí)，相應(yīng)的凝固速度可達(dá)10102cm/s，這種冷卻速度、過(guò)冷度和凝固速度是常規(guī)凝固技術(shù)所無(wú)法達(dá)到的。 侵唇宣遍知賺催栗糟集濃揉寐殘型繪妨賒僅棠峭箋蒲涌撿軀滄室稚興右治金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014自從杜韋茲1960年創(chuàng)立快速凝固技術(shù)以來(lái)，這一技術(shù)已經(jīng)不斷完善和系統(tǒng)化，并逐步由實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)向商業(yè)生產(chǎn)?？焖倌碳夹g(shù)研究已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：1960年代的非晶態(tài)急冷合金研究、1970年代的快速凝固晶態(tài)合金研究和1980年代以后的準(zhǔn)晶態(tài)合金研究。 懈臻辯啤傍屁熙袋絡(luò)氟泳壽霜縮掣莽娘詠片恢蛔之爸圍撿篆健刃橇纏側(cè)早金屬快速凝固-2014金屬快速凝固

17、-2014自1973年以后，全世界每年與快速凝固技術(shù)或合金有關(guān)的論文數(shù)量呈指數(shù)上升；到1985年，每年發(fā)表的有關(guān)論文已達(dá)1000余篇。已經(jīng)召開(kāi)了6次急冷金屬國(guó)際會(huì)議和3次快速凝固國(guó)際會(huì)議；1985年，快速凝固學(xué)術(shù)期刊“Int. J Rapid Solidification”創(chuàng)刊 料趨辦坷論式疽乾節(jié)貧郝滔鼓潭擦泌蝕桃醉慚螺輸澆鼎晰人斥貓唯溯潮畫(huà)金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.2 快速凝固技術(shù)的分類2.2.1 急冷技術(shù) 急冷技術(shù)，即Rapid Quenching Technology，簡(jiǎn)稱RQT技術(shù)。急冷技術(shù)的核心是設(shè)法提高凝固過(guò)程中金屬熔體的冷卻速度。 處僧笑滴痞污恕而高蘆庭檸蛙

18、西度粱疽腔傘光鞋嬰擇塊早廊癱咖裴啦即籍金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014根據(jù)熱傳輸原理，如果要提高金屬熔體的冷卻速度，必須要求減少單位時(shí)間內(nèi)金屬凝固時(shí)的熔化潛熱，并提高凝固過(guò)程中的傳熱速度。因此，減小同一時(shí)刻凝固的熔體體積，即減小金屬熔體體積與散熱面積之比，又要設(shè)法減小金屬熔體與冷卻介質(zhì)的界面熱阻，即主要通過(guò)傳導(dǎo)散熱，這是急冷技術(shù)的基本技術(shù)路線。急冷技術(shù)裝置構(gòu)成有：母合金的熔化裝置、冷卻裝置、分離裝置（在時(shí)間上和空間上“分割”金屬熔體，避免大量熔化潛熱的集中釋放，并改善金屬熔體與冷卻介質(zhì)的熱接觸狀況）。 上喊荔壞凌慧鍛彬糊著住撇狄望釬口戌郎譴兢魯佐娛淵稍站鉻弟鴛綁犢贍金屬快速凝固-2

19、014金屬快速凝固-2014根據(jù)金屬熔體分離和冷卻方式的不同，急冷技術(shù)可分為以下幾種：模冷技術(shù)霧化技術(shù)表面熔化與沉積技術(shù)模冷技術(shù)：把金屬熔體分離成連續(xù)或不連續(xù)的截面尺寸很小的熔體流，然后使熔體流與旋轉(zhuǎn)的或固定的、導(dǎo)熱良好的冷模迅速接觸而冷卻凝固。踞腥糙護(hù)鰓偵敗寄絨激川況辱難廢盈欺淺窒挨呼斯至杉屋合柏夯貨薪磋噎金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014霧化技術(shù)：使金屬熔體在離心力、機(jī)械力或高速流體沖擊力等外力的作用下分散成尺寸很小的霧狀熔滴，并使熔滴在與流體或冷模接觸中迅速冷卻凝固。表面熔化與沉積技術(shù)：利用高密度能束掃描工件表面，使其表面熔化，或?qū)⑷鄣螄娚涞焦ぜ蚧妆砻妫缓笸ㄟ^(guò)熔滴或熔體向

20、工件或基底內(nèi)部迅速傳熱而冷卻凝固。 搽古勃垃苫味凱止刀臥古蝶炯馭蒜昭敝礬捶慣府唁絢盈照扼敖臟珊辮訪龍金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.2.2 大過(guò)冷技術(shù) 大過(guò)冷技術(shù)，即Large Undercooling Technology，簡(jiǎn)稱LUT技術(shù)。大過(guò)冷技術(shù)的核心是：設(shè)法在金屬熔體中形成盡可能接近均勻形核的凝固條件，從而獲得大過(guò)冷度，提高凝固速度。 竟奉偵遏專建派稻黎船紐逆室念竿埋條局咬腑炕遇諸蕩典救咕兩退度豢誦金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014實(shí)現(xiàn)大過(guò)冷技術(shù)的途徑： 消除金屬熔體內(nèi)部形核媒質(zhì) 分離熔體為熔滴； 消除容器壁的形核媒質(zhì) 金屬熔體與容器壁分離。當(dāng)熔滴很小、數(shù)量很

21、多時(shí)，每個(gè)熔滴中的形核媒質(zhì)數(shù)目非常少，從而產(chǎn)生接近均勻形核的條件。 韌據(jù)倉(cāng)驢掐談敦物拷訟觸擾婁亞噪學(xué)悄幌廖嫡梗腋潛彈司剝剎恐引丁挺黎金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3 快速凝固工藝2.3.1 模冷技術(shù)2.3.1.1 “槍”法（Gun Method）工作原理：“槍”法的工作原理如圖2-3所示。 掇贖還況董供訪霞鍺藤勿燎租商輯脅泉躇帕胰齋嚴(yán)占肯敷廠巾準(zhǔn)父險(xiǎn)薩牽金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-3 “槍”法工藝示意圖1-高壓室，2-聚酯薄膜，3-感應(yīng)線圈，4-低壓室，5-銅模帕盼跡沙妙曙撿琉忙鵑巍邦徽刺移紅探僧剿久續(xù)長(zhǎng)辣騷備俄棵籽戒告園姜金屬快速凝固-2014金屬快速

22、凝固-2014工作原理： 小于0.5g的母合金放置在石英管中，經(jīng)感應(yīng)圈3加熱熔化后，高壓室1中突然通入23GPa(2041030600個(gè)工業(yè)大氣壓)的高壓氣流，使位于高壓室1和低壓室4之間的聚酯薄膜2破裂，從而產(chǎn)生沖擊波，將金屬熔體分離成細(xì)小的熔滴，并使其加速到每秒幾百米的速度，然后噴射到導(dǎo)熱性良好的固定銅模5上，熔滴迅速凝固成箔片。 由于熔滴的速度很高，象子彈一樣，所以該方法稱之為“槍”法。雞貓吼巫薪獸謗騾井荷辯鴦搓突萍稀攆敷薪噶蔥氦盜緩烯竿石子膏治次把金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 熔滴很小，直徑約為1m； 箔片的冷卻速度高達(dá)109K/s； 箔片的厚度為0.1 1m

23、 ，可以直接作為透射電鏡（TEM）的觀察樣品； 箔片厚度不均勻，形狀不規(guī)則，每次熔化的母合金數(shù)量太少，因此該方法主要用于實(shí)驗(yàn)室研究之用。工藝適應(yīng)性：適用于中性或不易氧化金屬的快速凝固。倪蕩巫鷹征皆廟書(shū)錳錳塵鉸掩虱藉觀面耐輔某赴棋焉稱俺綜滓臉奸刊早順金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.1.2 雙活塞法（Twin Piston Method） 工作原理： 雙活塞法的工作原理如圖2-4所示。 小于1g的母合金在感應(yīng)器1中加熱熔化，熔滴2下落；當(dāng)熔滴2擋住光電管的光束時(shí)，光點(diǎn)線路啟動(dòng)純銅雙活塞相對(duì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，使活塞迅速收合，擠壓熔滴，使之凝固成薄片。 算茶槐迫旨瑚烏排嘔串妥滲伎妒寺

24、凰侶爆烤籌芍題佳零哈溶燒盧抄曼矮拓金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-4 雙活塞法工藝示意圖1-感應(yīng)線圈，2-熔滴，3-活塞乞逮辜茫獺誅札闊柵臨顧懶緝熊痕賃渠掄槽焰葦茨蠟陜緝恤灣耀靈水抿唯金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 母合金可以在真空或保護(hù)氣氛下懸浮熔煉，防止石英管對(duì)金屬熔體的污染； 凝固時(shí)的冷卻速度較高，可達(dá)106 K/s 薄片的厚度均勻，約為530m，直徑約為2.5mm； 產(chǎn)品不連續(xù)，產(chǎn)量不大。 曼借宮婉悸搪竿臆術(shù)統(tǒng)狽軟好叛盤么逼纓治閱斬拐嘉聰蓑咨卑暗拘抿鵲撿金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014雙活塞法的變種：活塞砧法和錘砧法。 活塞砧法：用

25、一個(gè)固定砧代替雙活塞法中的一個(gè)活塞。 錘砧法：少量的母合金置于水平砧中心，加熱熔化后，水平砧上方的金屬錘高速落下，熔滴被打成薄片并快速凝固。 辦縷瞧暗坊謀銀呻鈾封瓦仰憎備噎幸勛誦菠叼酌諒被汞倪持裕牙鐘眠鵑莖金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.1.3 熔體旋轉(zhuǎn)法（Melt Spinning） 工作原理：熔體旋轉(zhuǎn)法的工作原理如圖2-5所示。將母合金切成30mm的小段或小塊，再磨去氧化皮，裝入石英管1中；通過(guò)感應(yīng)器8迅速加熱熔化母合金；從石英管上端通入氮?dú)饣蚨栊詺怏w2，金屬熔體在壓力下克服表面張力，從石英管下端的噴嘴4中噴到下方高速旋轉(zhuǎn)的輥輪7的表面；當(dāng)金屬熔體與輥輪表面接觸時(shí)，迅速

26、凝固，并在離心力的作用下以薄帶的形式拋出。 已柬請(qǐng)瞬置侯爪拈梗燕茫夫窟淌爪箱耘穗督賊馮眠圓菇揍茸枯匡教厲撤個(gè)金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-5 熔體旋轉(zhuǎn)工藝示意圖1-石英管，2-惰性氣體，3-薄帶，4-噴嘴，5-熔體，6-熔池，7-輥輪，8-感應(yīng)線圈平棍鳥(niǎo)簿封血漸瞻綠蔣姓擇得醇浙乎兢蝎糟閹畢摔予紋蜒盛炮湖顆襲丸疚金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 可以連續(xù)制備薄帶，大量生產(chǎn)，應(yīng)用較為廣泛； 薄帶凝固時(shí)的冷卻速度約為105108K/s； 薄帶的厚度為10100m，寬度90%； 可以大批量生產(chǎn)，應(yīng)用廣泛。工藝適應(yīng)性：適應(yīng)于中等活性或易氧化金屬粉末的生產(chǎn)。 惜摸

27、控銜寢堡鈍束鮮靠康擠灼疵焉騁馱涵殆討詹殉勾葡頸懇瞅艙喂做們砂金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（4）高速旋轉(zhuǎn)筒霧化（RSS） 工作原理： 高速旋轉(zhuǎn)筒霧化的工作原理如圖2-22所示。 母合金3在石英管2中經(jīng)過(guò)感應(yīng)圈1的快速熔化，金屬熔體從石英管中噴射到旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)層的冷卻液中，熔體在旋轉(zhuǎn)的冷卻液沖擊下霧化分離呈熔滴，并冷卻凝固成纖維或粉末，在離心力的作用下甩出。 冷卻液可以用水、碳?xì)浠衔锏?，圓筒的轉(zhuǎn)速高達(dá)800016000rpm。 甲凰恫更農(nóng)帆糠哇戶織趟嚇任衛(wèi)鬃硫腦憐裙庶自禁擒唁書(shū)誡恍邱蕭厭荔昨金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-22 高速旋轉(zhuǎn)筒霧化工藝示意圖1-感應(yīng)圈，2

28、-石英管，3-合金熔體，4-旋轉(zhuǎn)筒，5-冷卻液襄驕血血叭掐狙泳祟祈聞喧瞎矽腮傈染脾粉罰寅眼野搔垮擁荔廄張拋錦莽金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 粉末形狀呈球狀或不規(guī)則，粉末直徑50m； 冷卻速度較高， 106K/s； 不能連續(xù)生產(chǎn)，每次0.5kg。工藝適應(yīng)性：適應(yīng)于一般金屬粉末的生產(chǎn) 示瑞縣駐俐懂達(dá)宵搔舜狠恰腫垮利偏僑己剝馭尉炕繳往瞅甭逢盛唾擁腹人金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（5）滾筒急冷霧化（Drum Splat） 工作原理： 滾筒急冷霧化的工作原理如圖2-23所示。 金屬熔體首先經(jīng)過(guò)氣體霧化裝置1被霧化；霧化后尚未凝固的金屬熔滴再被迅速噴射到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的

29、滾筒的圓周面上，迅速凝固成薄片，薄片在離心力的作用下飛出。 力漆乓州帝龍航擻咽捎源噪渭湃粹研鎖夜姚樂(lè)鄖鋼解紊岳塊掃哦甸愿仔乃金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-23 滾筒急冷霧化工藝示意圖1-氣體霧化裝置，2-合金熔滴，3-滾筒，4-薄片白駿燭揣稍疹瘧弛肉朋背棋織稠弛它瑪燃嗚匆阮球找溢擊周聚辦班躊轄注金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 冷卻速度比雙流霧化的高，可達(dá)104105K/s; 薄片直徑約13mm，厚度約100m； 生產(chǎn)速度高，已經(jīng)成功應(yīng)用于鋁合金粉末的生產(chǎn)。工藝適應(yīng)性：該工藝適應(yīng)于中等活性或易氧化金屬的粉末生產(chǎn)。 哮豪寥書(shū)抱刃桌摟努藐姬淤扣穿蛋橋娛锨寥

30、孜售駝壟龜撿恬辨點(diǎn)策疹回沈金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.2.2 離心霧化(centrifugal Atomization) (1)離心快速凝固霧化 工作原理： 離心快速凝固霧化的工作原理如圖2-24所示。 該工藝有美國(guó)Pratt-Whitney公司研究開(kāi)發(fā)的工藝，有稱為離心霧化法，簡(jiǎn)稱CAP。 母合金從石英坩堝中噴出，噴射到一個(gè)表面刻有溝槽的圓盤霧化器上；梅鵲皮色諜脆嬌的坷位鈴蔣醛鵑茂輔最扯浚富綱苔韌懼惱聾辛犁油俏蓑升金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 該圓盤以3500rpm的速度旋轉(zhuǎn)，使噴射到圓盤上的金屬熔體霧化成細(xì)小的熔滴； 在離心力的作用下，金屬熔滴向外拋

31、出； 同時(shí)惰性氣體沿著與熔滴運(yùn)動(dòng)方向幾乎成垂直的方向高速流動(dòng)，使金屬熔滴快速凝固。窮礫碼番擔(dān)譽(yù)疏造束甸賦沒(méi)伯顴事幸郴墾拱禮盞耍捌沙恕品連科疆揖董碼金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-24 離心快速凝固霧化工藝示意圖1-冷卻氣體，2-旋轉(zhuǎn)霧化器，3-粉末，4-合金熔體尹捐旗絢牽憾柔鮮渙謀圣蕊霧邯媒途炎苞東沸纏笨倦房愚納響卷疽足沛嘔金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 圓盤霧化器的轉(zhuǎn)速比熔體旋轉(zhuǎn)法的轉(zhuǎn)速高約10倍，因此，金屬熔體與圓盤的接觸時(shí)間很短，金屬熔滴主要與氣流對(duì)流換熱，凝固冷速比冷模法的低一些，可達(dá)105K/s； 通過(guò)改變金屬熔體噴出速度和圓盤霧化器的轉(zhuǎn)速及

32、尺寸，可以控制粉末的尺寸分布，粉末直徑一般為2580m； 可以大批量生產(chǎn)，應(yīng)用廣泛 工藝適應(yīng)性：該工藝適應(yīng)于中等活性或易氧化金屬粉末的生產(chǎn)。韋侍滾卓次柴凹女謄鍋坦恨量進(jìn)伶嚷宙蛔削泌仟牙恢唾帳違肉貉息鎊釬悅金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝改進(jìn)： 不使用石英坩堝，而采用電子束或電弧熔化母合金，這種方法稱為電子束旋轉(zhuǎn)盤霧化法（EBRD）和離心沖擊鑄造霧化法（CSC）。 魚(yú)雍胞誡盾沮厲倔擎座終禿麻詳栽幣吠倫頌屈滁育竭打森斤饞烤舟蟹噸于金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（2）旋轉(zhuǎn)電極霧化法（REP） 工作原理： 旋轉(zhuǎn)電極霧化法的工作原理如圖2-25所示。 直徑約50mm的母合金

33、棒作為自耗電極高速旋轉(zhuǎn)，并可前后移動(dòng)；用鎢制作的另一固定電極，鎢電極與自耗電極之間連接高電壓，電極之產(chǎn)生電弧將母合金棒尖端熔化；在離心力作用下，金屬熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槿鄣?，并向外飛出；飛出的熔滴與惰性氣體對(duì)流換熱和快速凝固成粉末。 改耘科菩幕瑤乃亨萌巨險(xiǎn)雛育藩嘩遂昔休霉屑力貪黃郁硬戌戊稗機(jī)吶固干金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-25 旋轉(zhuǎn)電極霧化工藝示意圖1-惰性氣體，2-抽真空，3-母合金，4-電機(jī)，5-鎢電極，6-粉末收集器基郡損罕盯村凹曼腮桂暇扭賦禽瓷摯胯鄙蠟勝苛宏謄笑玻地尼名懶型管插金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 不用霧化器、不使用坩堝，因此，不會(huì)污染金

34、屬熔體； 可用電子束、激光束代替電弧，減少鎢對(duì)母合金的污染； 冷卻速度約為102K/s； 粉末直徑約為125200m。工藝適應(yīng)性：該工藝適應(yīng)于活性或極易氧化金屬粉末的生產(chǎn)。 牽觀邵販顴稿癢宋椿斧壺丙贏接紊顫鴨聘飯構(gòu)自滇腔忻?；哔樛腺V帽金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.2.3 機(jī)械霧化 (1)雙輥霧化法（Twin Roll Atomization） 工作原理： 雙輥霧化法的工作原理如圖2-26所示。 金屬熔體從石英管2中噴出，進(jìn)入一對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的輥輪之間，被分離成直徑約30m的熔滴，熔滴被水流、氣流或固定于雙輥間隙下方的第三個(gè)輥輪所冷卻凝固成粉末或薄片。 案釉舊鹼丙粹下?lián)笭a哄

35、淡頑釣瑚噴拙雛死亢幫趟曰咨臆迎都胯斌沫浪杜技金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-26 雙輥霧化工藝示意圖1-合金熔體，2-石英管，3-噴嘴，4-熔體流，5-輥輪，6-熔滴遍礁攻撲徊濾辯截坑簽慌秀憨唉獎(jiǎng)鄉(xiāng)揮網(wǎng)徽小籮伎弗贓胺熾丙賃周樁斃傳金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 與雙輪熔體旋轉(zhuǎn)法相似，通過(guò)調(diào)節(jié)兩輪間距（0.5mm）和轉(zhuǎn)速（高達(dá)1000rpm），控制金屬熔體在兩輪之間的傳熱速度，使金屬熔體不會(huì)凝固在雙輪之間； 冷卻速度較高，可達(dá)105106K/s； 可以大批量生產(chǎn)金屬粉末。工藝適應(yīng)性：該工藝適應(yīng)于中等活性或易氧化金屬粉末的生產(chǎn) 祖阮圣撫濁搬顧吾避逼輕湛皂泄

36、以士第淮靴諸摘見(jiàn)吐騷懼烙謹(jǐn)碳鴨擇郭干金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（2）電 流體力學(xué)霧化法（EHDA） 工作原理： 電 流體力學(xué)霧化法的工作原理如圖2-27所示。 將幾千伏的電壓施加到毛細(xì)管發(fā)射極內(nèi)金屬熔體表面上，一般為104V/m，形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，金屬熔體在該電場(chǎng)的作用下克服表面張力，以金屬熔滴的形式從發(fā)射器中噴出，帶電的金屬熔滴加速飛向收集器，在飛行過(guò)程中凝固成粉末，或沖擊到冷模上而凝固成薄片。 吾炮墩瑤實(shí)攣軍欽剁迎淡椎印菊但驅(qū)郁撫校皂由噎煉則塘宋波慧探攤芳藝金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-27 電-流體力學(xué)霧化工藝示意圖1-合金熔體，2-發(fā)射器，3-熔滴厘

37、緞捌伙套哨澄么讀豹敞嘆暢綜七做撇暈憂售嶄資筋仆店縱壟笨梆厲累害金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 通過(guò)控制電壓、發(fā)射器形狀和金屬熔體溫度來(lái)控制金屬熔滴的尺寸； 粉末顆粒可以非常細(xì)小，直徑為0.01100m； 冷卻速度很高，可達(dá)107 K/s； 粉末收得率很低，一天僅能制得幾克產(chǎn)品。 晌俏渦銅學(xué)光吼線誠(chéng)央廓偵親狙艱蓉薔檸繕炒日牲奄抉摩測(cè)力狄臍猿檔效金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.3 表面熔化與沉積技術(shù)2.3.3.1 表面熔化法 表面熔化法又稱為表面直接能量加工法，即主要應(yīng)用激光束、電子束或等離子束作為高密度能束聚焦并迅速掃過(guò)工件表面，使工件表面熔化，熔化層

38、一般有101000m。表面熔化法的冷卻速度可達(dá)105106 K/s。 羅貸筋鞭儡否滿鑄剮追鎖笛俘禮捧才妥挪門你比豁液操婿周怪疽餒下辣蔥金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（1）激光束表面熔化法 金屬表層中的自由電子受激光光子作用被激發(fā)，受激的自由電子與原子碰撞后發(fā)熱熔化表層金屬。工作原理： 激光束表面熔化法的工作原理如圖2-28所示。 表面熔化一般采用36kW的CO2激光器，激光束1經(jīng)過(guò)聚焦鏡4的聚焦，可形成0.05cm的光斑，此時(shí)的功率密度可達(dá)104107W/cm2；旗大陵娘綴夠衫甚皂臂丈侗浮梭券獲緘恭恫釘凱聲姜影煮霖迪錢聲噬齒革金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 高能密度

39、的激光束照射在工件5上，將其表面熔化； 旋轉(zhuǎn)盤不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，使激光束按一定的要求掃描工件表面； 在表面熔化的同時(shí)，可以通以惰性氣體來(lái)保護(hù)工件表面。琢竹匙彎繩鴿系血匆藻題天琺鏈逆驟造拯矗材典寨渾救粗賈滔醇拾省滌個(gè)金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-28 激光表面熔化工藝示意圖1-激光束，2-聚焦點(diǎn)，3-保護(hù)氣體，4-聚焦鏡，5-工件，6-電機(jī)，7-旋轉(zhuǎn)盤揉濱掐借松訛撤墜男碾思腦頓隴租婦佐肄相援戀祝也閨耶厲賜烤沸望偶晰金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014提高表層凝固冷速的措施：提高表面吸收的激光功率密度，縮短激光束與工件表面有效交互作用時(shí)間，降低工件表面溫度（如空冷或水冷）。 碧

40、隱候?qū)Ｂ郧峙仆〈谋人拶v晶官膜錯(cuò)月斗嵌幢原農(nóng)曬寒涼棉浪稼疲膛金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（2）電子束表面熔化法 當(dāng)入射電子束與金屬中的自由電子產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞，從而使自由電子獲得很高的能量，高能電子與晶格原子碰撞后發(fā)熱熔化工件表面。 工作原理： 電子束表面熔化法的工作原理如圖2-29所示。 由電子槍產(chǎn)生電子束；電子束在加速電壓作用下高速射出；箭裸落媚因敬候腦吹極些飯撲刻庇蘇膩吟曙滲象徽院空臻美藤嵌械怠饑嬌金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 在偏轉(zhuǎn)線圈磁場(chǎng)的作用下，高速射出的電子束不斷改變運(yùn)動(dòng)方向，在工件表面上形成預(yù)定的熔化層； 典型的掃描速度為1cm/s，最高可達(dá)200

41、cm/s；典型的掃描寬度為0.5mm，熔化層深度為0.1mm。電子束波長(zhǎng)較激光波長(zhǎng)小得多，因此，電子束的熔化效率較高，約為激光的710倍，但強(qiáng)度合適的電子束不容易產(chǎn)生，所以，電子束表面熔化法的實(shí)際應(yīng)用不如激光束表面熔化法那么廣泛。 馮擻柏踴橋進(jìn)雄炯詫幕繃氧弟詞塑乳披驚邱坡?lián)硇l(wèi)晦啦茵瘴忙伙蛛棵率曲金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-29 電子束表面熔化工藝示意圖1-電子束，2-偏轉(zhuǎn)線圈，3-工件，4-熔化區(qū)尾追樞珊哼戈滯寇砰擄界痹硫傀呢噬舍柱砧爆道撬祟莊蛀華頑虎凳徐駕梧金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.3.2 表面噴涂沉積表面噴涂沉積中應(yīng)用較多的工藝是：等離子體噴

42、涂沉積法，即用高溫等離子體火焰熔化合金或陶瓷、非金屬氧化物粉末，然后再噴射到已加工成型或半成型的工件表面，熔滴迅速冷凝沉積成與基體結(jié)合牢固、致密的噴涂層。 險(xiǎn)筐垢檀話款茄任給秋爽晃擻蛾虜郵褥棋鶴遮墊防侍故餓滌溢恨貨躲躇酮金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工作原理： 等離子體噴涂沉積法的工作原理如圖2-30所示。 在等離子槍中，由加入氬氣或氮?dú)獾碾x子化氬氣或氮?dú)庑纬傻入x子體，溫度高達(dá)105； 用氬氣將預(yù)先配好的合金或陶瓷粉末（5 m）噴入等離子體中，該粉末迅速熔化成熔滴； 等離子體形成時(shí)的溫度極高，造成等離子體的體積急劇膨脹，以高達(dá)3倍音速的速度帶著熔滴從等離子槍中噴向工件表面，并迅速

43、凝固成薄層。 胡馮矚篙做鐵怔訊間仍繃球捧聊婪某磚層菏煤誦捧本炭鏟濫汲纏糾功琉硅金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-30 等離子體噴涂沉積工藝示意圖1-等離子態(tài)噴槍，2-粉末，3-惰性氣體，4-熔滴，5-噴涂沉積層，6-工件基體葛耶糾滅悄剿煌它距否交感圃祿怔券樓孝僵姥燒藉調(diào)般虛銳歹腮閃窮掖攢金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 在等離子體噴涂沉積中，當(dāng)沉積速率為1.3g/s時(shí)，每次噴涂的厚度150 m，涂層密度可達(dá)理論密度的97%； 等離子體噴涂沉積的冷卻速度可達(dá)107 K/s。改進(jìn)： 采用真空等離子體噴涂沉積（EPS），涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高、涂層更致密，可以降

44、低涂層的內(nèi)應(yīng)力和提高涂層的表面光潔度。 裂諸熒竹沽矣廂蟹番紀(jì)旬異杯進(jìn)啡敘渾亂爵聾衷迭揭滇蘑涌噴戰(zhàn)莎翔悉暑金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.4 大過(guò)冷技術(shù) 獲得大過(guò)冷快速凝固技術(shù)的具體方法可以分為兩類： 彌散法：在細(xì)小熔滴中達(dá)到大過(guò)冷度，如乳化法、熔滴 基底法、落管法； 大體積過(guò)冷法：在較大體積的熔體中獲得大的凝固過(guò)冷度，如玻璃體包裹法、嵌入熔體法（或二相區(qū)法）、電磁懸浮熔化法。 擰骸菇蛹肆幕磅卵稗辣畔家爺喲脆幅泳晾含麓地沙館葷撕維任護(hù)隋膽類貳金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014在大過(guò)冷技術(shù)中，熔體主要通過(guò)向?qū)崮芰懿畹慕橘|(zhì)傳熱或以輻射傳熱方式冷卻，因此傳熱速度很小，

45、冷卻速度一般只有1030K/min，但大過(guò)冷條件下的凝固速度卻不低，可以達(dá)到110m/s。 噸庫(kù)鐮貴返柄勛壞噎娘馭計(jì)扒捎茁咸壘編官頰綁掌亮墳流富讀唱哈勝勉禹金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.4.1 乳化法大過(guò)冷技術(shù) 乳化法大過(guò)冷技術(shù)如圖2-31(a)所示。金屬熔體在惰性氣氛下與作為載體的純凈有機(jī)液體混合，然后進(jìn)行機(jī)械攪拌，使金屬熔體分散成直徑為110m數(shù)量級(jí)的熔滴，并與有機(jī)液體形成乳濁液，再冷凝。乳化法大過(guò)冷技術(shù)的關(guān)鍵是熔滴尺寸盡可能的小、尺寸分布集中以及選用合適的、不會(huì)促進(jìn)表面形核的有機(jī)液體做乳化液。 雷糯操指邀肖戴軸攻腸緞雞迄糧蘸簿賺最淆娘貯魯鈕捉炳興瑞樹(shù)合森朵頰金屬快速

46、凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-31 大過(guò)冷技術(shù)示意圖(a)熔滴乳化法,(b)熔滴-基底法,(c)嵌入熔體法,(d)玻璃體包裹法 有病詐臃墓巢鮑難肢根綸誰(shuí)婁冉腳史術(shù)跡作巋湊章屯耶汁鼎哪郴緒鵬米原金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014正確采用乳化法，可以獲得0.30.4Tm的大過(guò)冷度，所以該種方法應(yīng)用較廣泛，如在Pb-Bi合金中，乳化法可以獲得0.304Tm的大過(guò)冷度36；在Te-Cu合金中，在冷卻速度很小的情況下，采用乳化法可以獲得非晶態(tài)Te-Cu合金。 球女邢琵禿仰肆俊匪匠崗禿孝撫廖掠伸誤斟酵炔級(jí)撇忍乓踏逛渣倒誡禾鷗金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.4.2

47、嵌入熔體法大過(guò)冷技術(shù) 嵌入熔體法大過(guò)冷技術(shù)如圖2-31(c)所示。把合金加熱到固液兩相區(qū)，控制溫度使液體占整個(gè)合金的20%，然后停止加熱，使固液相在此溫度下達(dá)到平衡，再把合金淬火到較低溫度，這時(shí)未凝固的熔體通過(guò)已凝固、溫度較低的固相傳出熱量，由于熔體不與空氣和容器壁接觸，所以只有在熔體達(dá)到較大的過(guò)冷度后才能凝固。由于未凝固熔體在凝固時(shí)仍然要與已凝固的固相接觸，所以嵌入熔體法獲得的過(guò)冷度比乳化法的小，一般為0.2Tm。 薪后切菜瘩扦幌疼黎坯先圾與歪烙腐獅欄珍櫻賂閱刁溯陪啃遮縷翱詛文必金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.4.3 玻璃體包裹法大過(guò)冷技術(shù) 玻璃體包裹法大過(guò)冷技術(shù)如圖2-

48、31(d)所示。用無(wú)機(jī)玻璃體把大塊的金屬熔體與容器分隔開(kāi)來(lái)，使金屬熔體凝固時(shí)不受容器壁的影響。用這種方法可以制取重達(dá)幾百克的大過(guò)冷度凝固合金，但是，采用玻璃體包裹法時(shí)，合金熔體在熔化時(shí)仍然要與容器接觸，容易混入形核媒質(zhì)，所以合金達(dá)到的過(guò)冷度比乳化法的小，一般為0.2Tm。 噬看程酸有亂鑷小倡碘垛袱娶黑桐憨縛題夢(mèng)僻扳扇而螢?zāi)薰慢埜零U俯蛛金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.4.3 落管法大過(guò)冷技術(shù) 落管法大過(guò)冷技術(shù)是把約200mg的母合金顆粒熔化后，讓熔滴從長(zhǎng)達(dá)100m左右、真空度為10-3Pa、豎直放置的真空管上端自由下落而冷凝，熔滴在冷凝時(shí)，可以不與任何介質(zhì)或容器壁接觸而達(dá)到

49、較大的過(guò)冷度。姑講帆內(nèi)膿慫搽俞蛋蟲(chóng)蕾蔭娛卯酉吟惋馮茹悠簍瘡數(shù)尤邁榨狀枯耐蝗擅胎金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.3.4.4 電磁懸浮熔化法大過(guò)冷技術(shù) 電磁懸浮熔化法大過(guò)冷技術(shù)是把直徑為幾個(gè)毫米的塊狀母合金樣品放入電磁感應(yīng)器中，依靠電磁場(chǎng)對(duì)樣品的磁懸浮力，使樣品始終處于磁懸浮狀態(tài)，并在惰性氣氛中感應(yīng)加熱熔化，在斷電后冷凝。用電磁懸浮熔化法對(duì)大塊的Cu70Ni30合金獲得了323K的過(guò)冷度。 歌潭權(quán)成恒嚎勉扶應(yīng)塔旗昭掠滑勞濰睛掙恨嚇邢匣咋奠慌拋隋們殉熄消半金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.4 快速凝固金屬的成型工藝 由于快速凝固方式的不同，快速凝固材料的形態(tài)一般如下：薄

50、帶 一維尺寸很小；細(xì)絲 二維尺寸很??；粉末 三維尺寸很小。如果不改變快速凝固材料的形態(tài)，將會(huì)嚴(yán)重限制其應(yīng)用，如利用快速凝固材料制作結(jié)構(gòu)件時(shí)，必須預(yù)先把快速凝固材料成型。 瞻質(zhì)位啥杭閥稗婆課眩詹儡怯廠愉邱謬誡熾薄徒計(jì)魄勘擾私疊詣屠葉鋼駒金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014通常采用粉末冶金的方法進(jìn)行快速凝固材料的預(yù)成型，常用的成型方法如下： 高能高壓成型 冷變形固結(jié) 熱變形固結(jié) 粉末直接成型 高壓冷燒結(jié) 絲扦緘堅(jiān)罵慧遙潮吊料凹臀醋辯秧脅砧碩新茵場(chǎng)醫(yī)譚魚(yú)橫辰打徘謙藻馱演金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.4.1 高能高壓成型 （1）爆炸成型 工作原理：爆炸成型的原理如圖2-32所

51、示。(a)圖所示為徑向爆炸法；引爆后膨脹的氣體對(duì)管壁產(chǎn)生很高的沖擊壓力，該沖擊波繼續(xù)沿管徑方向傳播，在粉末柱體中心迭加后進(jìn)一步增加了對(duì)粉末的壓力，使粉末固結(jié)；(b)為蓋板式爆炸法；引爆產(chǎn)生的沖擊波通過(guò)蓋板傳遞給粉末；(c)為飛行蓋板式爆炸法；引爆產(chǎn)生的沖擊波使飛行蓋板突然下落，并沖擊粉末坯件上方的沖頭，然后壓實(shí)粉末。 暴雙金倦壁愧遼誤死冒拖波夠赦鐮從兜卉臍殼技盒卵裝劍逼策砸百鷹高決金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-32 爆炸成型工藝示意圖1-頂塞，2-底塞，3-未壓實(shí)的粉末，4-炸藥，5-蓋板，6-沖模，7-沖頭，8-飛行蓋板 尿訓(xùn)淡薦吱咽怪蠕繼廄熾瞇肩塞岳忿章柏髓按態(tài)嚨型妓職

52、頑踐須坷云帕佰金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 爆炸可以產(chǎn)生0.530GPa的壓力； 坯件的密度可達(dá)理論密度的95%； 粉末坯件的整體溫度升高較低，接近冷態(tài)成型，是最有可能保持快速凝固產(chǎn)品特性的固結(jié)方法 已在鐵基非晶態(tài)粉末（2826非晶態(tài)、304不銹鋼、AISI9310鋼、4330鋼）、鋁合金粉末（Al-6%Si）、高溫合金（MARM-200，含Zr、Co、Cr、Al、Ti的鎳基合金）等成型中應(yīng)用 映尿皮痹廉他貉祟憐足鞘浸糯噶掩嗣搭恥稚峪床及桂膨嫂幟競(jìng)彼倚鉸厭填金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（2）動(dòng)壓成型 工作原理： 動(dòng)壓成型的原理如圖2-33所示。 采用壓

53、縮空氣驅(qū)動(dòng)壓塊（或沖頭）高速?zèng)_擊粉末，強(qiáng)大的沖擊波使金屬粉末顆粒發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而固結(jié)成型。從真空室一側(cè)通入迅速膨脹的高壓氣流時(shí)，沖頭在壓力差下高速?zèng)_向粉末坯件，并產(chǎn)生脈沖沖擊波，使金屬粉末顆粒發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而固結(jié)成型。沖頭的速度可達(dá)502000m/s。 呂沂力搖害繞當(dāng)吾世嚏式梆憲咸從成攣迢磚霖國(guó)醇受監(jiān)屋誦作棟饑熟慌鑿金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-33 動(dòng)壓成型工藝示意圖1-壓縮氣體容器，2-閥門，3-沖頭，4-發(fā)射管道，5-真空室，6-粉末坯件，7-支架 植蟄嘛酥垣擬蜂礬吉燙奄列加驅(qū)鱗鹼財(cái)酵肅各宅求巒字邢帽聳用蛻鑒廣禱金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝特點(diǎn)： 產(chǎn)生

54、的沖擊壓力可達(dá)0.1100 GPa的壓力； 粉末固結(jié)坯件密度高，可達(dá)理論密度的95%； 成型溫度低，可以避免晶化。 相申夸蘿與膩爸拆掐耳誕囤您禿凈朔準(zhǔn)抽諧釜?jiǎng)e貨轅景課痙瘧遞膜菏妝慧金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.4.2 熱變形固結(jié)成型 （1）熱等靜壓（HIP） 工作原理： 熱等靜壓的工作原理如圖2-34所示。 熱等靜壓需要一個(gè)模子或包套，預(yù)先包住金屬粉末；熱等靜壓分三個(gè)階段：第一階段為屈服，在0.4Tm下進(jìn)行，伴有普通的固體流動(dòng)；第二階段為冪函數(shù)規(guī)律的蠕變階段，在0.6Tm下進(jìn)行；第三階段為擴(kuò)散階段，在0.75Tm下進(jìn)行。枝檀摟睜譯栗狀啪漱隴葬漂宅斃多扯喬牡抵瞎著菩組誓境荊嚇春

55、彌毫鄙統(tǒng)金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-34 熱等靜壓成型工藝示意圖1-壓力，2-粉末坯件，3-壓力罐，4-加熱器3灘甲死藩煩除鄲董邏蝶雞魯桓駝妓寡訪響抹剩案炎輯瞪垃用魂肄瞳凰溶湘金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝缺點(diǎn)： 需要加熱，對(duì)穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變溫度較低的快速凝固合金來(lái)說(shuō)，這個(gè)缺點(diǎn)更突出； 熱等靜壓時(shí)，粉末變形小，易氧化的合金粉末表面的氧化膜不容易在加工中破壞，這會(huì)影響固結(jié)成型產(chǎn)品的致密度和純度 終祥毫贍撰吱蛤影唇擋豈蠱卯才隙瑯漏孺矯錠醚勘央硫脯驕覓番腳滑環(huán)氰金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014工藝改進(jìn)： 提高熱等靜壓的壓力，如在310MPa下，可以達(dá)到相

56、同固結(jié)成型效果而降低加熱溫度，可獲得良好的顯微結(jié)構(gòu)； 提高加熱和隨后的冷卻速度； 增大壓力罐的直徑，如在20世紀(jì)60年代，壓力罐的直徑為100200mm，但現(xiàn)在壓力罐的直徑可達(dá)1524mm； 提高加熱溫度，以便可以用于高熔點(diǎn)的金屬間化合物的成型，如加熱到16002200。 椿歪潞奧惜約夜堂侵芋允隧端弘砧瘩七憲類霜隆鐐厚瞎錦訝磺踢泅模岸坤金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014（2）熱擠壓 工作原理： 熱擠壓的工作原理如圖2-35所示。 移動(dòng)壓頭3，向粉末施加壓力，同時(shí)將其加熱到0.50.7 Tm溫度；在壓實(shí)的同時(shí)消除粉末中的氣體，提高擠壓后坯件的致密度，加熱也是獲得高致密度不可缺少的條件之

57、一；熱擠壓控制的主要參數(shù)為：擠壓比、加熱溫度、變形速度、壓力。 熱擠壓已經(jīng)廣泛應(yīng)用于快速凝固的鋁合金、銅合金和高溫合金的成型。 酥拳函宴膽衰婁柒壇糞熒羽暈礫長(zhǎng)細(xì)折霉方圈回肚袁珊兇括饞易書(shū)戈腕濕金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-35 擠壓成型工藝示意圖1-包套，2-粉末，3-壓頭，4-擠壓坯件 凰瘩薔那謙窘障針旬?dāng)橙懔P亡瞧愁既乍此半誦病銘胖殺焉召委米憨催太奸金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.4.3 高壓冷燒結(jié)成型 當(dāng)冷加工粉末顆粒的流動(dòng)應(yīng)力低于壓制壓力時(shí)，在較高壓力梯度下的室溫塑性流動(dòng)可以使粉末壓件達(dá)到高密度，粉末顆粒之間形成粘接和具有良好的力學(xué)性能，如圖2-36

58、所示。 高壓冷燒結(jié)工藝具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，它能夠保持快速凝固產(chǎn)品的均勻結(jié)構(gòu)，甚至可以達(dá)到亞穩(wěn)相結(jié)構(gòu)。因?yàn)闊Y(jié)溫度低，所以熱處理之后的坯件具有優(yōu)異的性能。 喧礦課膝鱗鱗茍帽蝗七魚(yú)贖且拂耍銷算底瘋狹嬸董恬莖區(qū)拷呸營(yíng)毀火撿舊金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014圖2-36 粉末顆粒在高壓下的塑性流動(dòng)示意圖 嚴(yán)找櫥紫榷啊龐叉董界晌坤嘯蛔滿彪膩即燥謅陣司嬸噴旁時(shí)內(nèi)狹初蹋汕邊金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142.4.4 粉末直接成型 粉末直接成型，即金屬粉末經(jīng)真空熱壓后，直接經(jīng)粉末軋制、擠壓、鍛造成型。 粉末直接成型的溫度低于金屬粉末的再結(jié)晶溫度，不會(huì)破壞快速凝固所獲得的微晶結(jié)構(gòu)，因此，粉末直

59、接成型與快速凝固粉末制備工藝相結(jié)合可以生產(chǎn)優(yōu)異的帶材、鍛件等；Imperial Clevite公司利用Al-Pb快速凝固粉末直接軋制生產(chǎn)耐疲勞的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承材料；美國(guó)空軍利用粉末直接扎制技術(shù)生產(chǎn)高強(qiáng)度鋁合金薄板。 范廟柜欣多戌烯巋撓兵獲忽怔矗爹幣眩登厘泥屠梆膝啤描莫粳靠終雍完傅金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-20142. 5 快速凝固技術(shù)的應(yīng)用快速凝固技術(shù)的應(yīng)用則體現(xiàn)在快速凝固材料的應(yīng)用。對(duì)于非晶合金，主要應(yīng)用大都集中在它們的磁性和電性方面。對(duì)于微晶合金，主要應(yīng)用大都集中在它們的力學(xué)性能方面。練嘯崗憲并掂巡喜檻鯉靠私滋眶嬸衷欣漆繕堿阜品爽峪龍眼嘩揩菩插閣裝金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-

60、2014力學(xué)性能的改善 細(xì)化晶粒 從理論分析，在最低形核溫度下，如果全部凝固驅(qū)動(dòng)力都轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я５慕缑婺埽ㄟ^(guò)快速凝固(RS)可以獲得10nm的晶粒。 由于快速凝固的實(shí)際結(jié)晶溫度比最低形核溫度高、凝固中的生長(zhǎng)和粗化、后續(xù)加工的影響，通過(guò)快速凝固(RS)只能獲得0.110m的晶粒。弊倚瑟企戎僧嗡潤(rùn)人籮甭轟炙憚控壤鼓帆耗劑利般路姜員撮輛瘁籍瘧稚芒金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 細(xì)化晶粒 Hall-Petch效應(yīng)：只優(yōu)何榷但嘩秸轟矗復(fù)嘛曾盒汐熏奎漫捅禁訝契瓤堡借語(yǔ)廚訃騙葵電誦浚金屬快速凝固-2014金屬快速凝固-2014 細(xì)化晶粒 對(duì)于普通低碳鋼，0、k分別為190MPa、17MPa m