【摘要】：采用掃描電鏡(SEM)、差熱分析儀(DSC)和X射線衍射儀(XRD),分析快速凝固過共晶Al-Si合金粉末顯微組織和結構特征及其在不同退火溫度和保溫時間條件下過飽和固溶Si元素析出和Si相粗化行為。結果表明:快速凝固Al-Si合金顯微組織中細小的塊狀初晶Si相和針狀共晶Si相均勻分布在α(Al)基體中;氣霧化過程獲得的高過冷度導致Al基體晶格發(fā)生畸變,其在退火過程中得到一定程度的緩解。對快速凝固Al-Si合金中析出Si相粗化行為的分析發(fā)現(xiàn),析出Si相隨退火溫度升高或保溫時間延長而不斷粗化;但其粗化不符合經(jīng)典LSW理論(粗化指數(shù)n為3),粗化機制接近由擴散速率較快的界面擴散控制(n接近2)。此外,退火溫度僅對粗化速率常數(shù)和激活能有較大影響,而對粗化指數(shù)的作用不明顯。
【圖文】：

中國有色金屬學報2015年3月620放熱峰，這與水霧化Al-Si合金粉末的DSC曲線類似[14]。根據(jù)文獻[1819]中對快速凝固Al-Si系列合金的分析，大部分認為第一個放熱峰主要為基體中過飽和固溶Si原子析出而形成Si相的反應；而對于第二放圖1快速凝固Al-Si合金粉末截面和表面顯微組織Fig.1Cross-sectional(a)andsurface(b)microstructuresofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder圖2快速凝固Al-Si合金粉末的DSC曲線Fig.2DSCcurveofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder熱峰的分析還沒有統(tǒng)一定論，根據(jù)目前的觀察認為該反應是基體中初晶Si相、共晶Si相以及析出的Si原子的聚集和粗化導致的放熱反應。放熱現(xiàn)象不明顯主要是由于過飽和Si相析出耗費很大的儲能，因此，粗化過程需要在較高的溫度下才明顯。從圖2還可以看出，合金粉末在稍低于平衡態(tài)共晶溫度(577℃)時開始發(fā)生部分熔化，根據(jù)最小界面能量原理，共晶相熔化分解出來的Si相顆粒將聚集長大并向球狀演變。因此，在高于共晶溫度加熱保溫時，Si相粗化所需時間很短，粗化現(xiàn)象很明顯[20]。2.2加熱過程的組織結構演變快速凝固Al-Si合金粉末在熱變形致密化過程中，Si元素析出與Si相長大是導致材料力學性能降低的主要原因。為了更好地保持快速凝固合金的組織結構特征，必須選擇合適的熱致密化工藝參數(shù)，下面分析在加熱保溫過程中Si元素析出與Si相長大與加熱溫度和保溫時間的關系。2.2.1加熱溫度對顯微組織的影響快速凝固Al-Si合金粉末在不同退火溫度下保溫160min后的截面顯微組織如圖3所示。由圖3可知，與霧化粉末相比，在退火溫度較低時(300℃)，初晶Si相的形貌和尺寸沒有明顯變化；隨著退火溫度的升高(400~450℃)，塊狀初晶Si相發(fā)生顯著尖角鈍化。而針狀共晶Si相則在較低溫度下(300

中國有色金屬學報2015年3月620放熱峰，這與水霧化Al-Si合金粉末的DSC曲線類似[14]。根據(jù)文獻[1819]中對快速凝固Al-Si系列合金的分析，大部分認為第一個放熱峰主要為基體中過飽和固溶Si原子析出而形成Si相的反應；而對于第二放圖1快速凝固Al-Si合金粉末截面和表面顯微組織Fig.1Cross-sectional(a)andsurface(b)microstructuresofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder圖2快速凝固Al-Si合金粉末的DSC曲線Fig.2DSCcurveofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder熱峰的分析還沒有統(tǒng)一定論，根據(jù)目前的觀察認為該反應是基體中初晶Si相、共晶Si相以及析出的Si原子的聚集和粗化導致的放熱反應。放熱現(xiàn)象不明顯主要是由于過飽和Si相析出耗費很大的儲能，因此，粗化過程需要在較高的溫度下才明顯。從圖2還可以看出，合金粉末在稍低于平衡態(tài)共晶溫度(577℃)時開始發(fā)生部分熔化，根據(jù)最小界面能量原理，共晶相熔化分解出來的Si相顆粒將聚集長大并向球狀演變。因此，在高于共晶溫度加熱保溫時，Si相粗化所需時間很短，粗化現(xiàn)象很明顯[20]。2.2加熱過程的組織結構演變快速凝固Al-Si合金粉末在熱變形致密化過程中，Si元素析出與Si相長大是導致材料力學性能降低的主要原因。為了更好地保持快速凝固合金的組織結構特征，必須選擇合適的熱致密化工藝參數(shù)，下面分析在加熱保溫過程中Si元素析出與Si相長大與加熱溫度和保溫時間的關系。2.2.1加熱溫度對顯微組織的影響快速凝固Al-Si合金粉末在不同退火溫度下保溫160min后的截面顯微組織如圖3所示。由圖3可知，與霧化粉末相比，在退火溫度較低時(300℃)，初晶Si相的形貌和尺寸沒有明顯變化；隨著退火溫度的升高(400~450℃)，塊狀初晶Si相發(fā)生顯著尖角鈍化。而針狀共晶Si相則在較低溫度下(300

【參考文獻】

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1 李志輝;張永安;熊柏青;朱寶宏;劉紅偉;王鋒;魏衍廣;張濟山;;快速凝固硅鋁合金材料的組織與性能[J];稀有金屬材料與工程;2010年09期

2 ;Characteristics and Microstructure of a Hypereutectic Al-Si Alloy Powder by Ultrasonic Gas Atomization Process[J];Journal of Materials Science & Technology;2001年01期

3 李樹索,趙愛民,毛衛(wèi)民,鐘雪友,韓雅芳;半固態(tài)過共晶Al-Si合金顯微組織中近球形α相形成機理的研究[J];金屬學報;2000年05期

4 張磊;楊濱;;熱等靜壓對電子封裝60wt%Si-Al合金組織與性能的影響[J];塑性工程學報;2010年04期

5 沈軍,孫劍飛,謝壯德,周彼德,李慶春;快速凝固高硅鋁合金粉末顯微組織及時效特性[J];特種鑄造及有色合金;2001年04期

6 丁道云，，孫章明，陳振華;快速凝固過共晶鋁硅合金粉末特性[J];中南工業(yè)大學學報;1995年01期

7 M.TEBIB;J.B.MORIN;F.A JERSCH;X.GRANT CHEN;;Semi-solid processing of hypereutectic A390 alloys using novel rheoforming process[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年09期

8 王話;于福曉;孫振國;;快速凝固鋁硅合金粉末加熱過程中硅顆粒的粗化行為[J];鑄造;2007年01期

【共引文獻】

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1 楊卯生,毛衛(wèi)民,鐘雪友;半固態(tài)合金成形的技術現(xiàn)狀與展望[J];包頭鋼鐵學院學報;2001年02期

2 楊伏良;甘衛(wèi)平;陳招科;;高硅鋁合金幾種常見制備方法及其細化機理[J];材料導報;2005年05期

3 ;Structural Characteristics of Rapidly Quenched Al-Si Alloys[J];Journal of Materials Science & Technology;1994年03期

4 劉旭波,楊湘杰,田明;半固態(tài)Sn15wt.%Pb合金電導率與其微觀組織結構的關系[J];材料科學與工程學報;2005年03期

5 黃維超,盧雅琳,江海濤,李淼泉;變形條件對半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金微觀組織的影響[J];稀有金屬材料與工程;2005年05期

6 齊元昊;楊光昱;張麗麗;介萬奇;;Al-Zn-Mg-Cu合金半固態(tài)等溫組織粗化研究[J];稀有金屬材料與工程;2011年03期

7 弭尚林,符寒光;半固態(tài)鑄造技術研究現(xiàn)狀與展望[J];大型鑄鍛件;2003年01期

8 謝壯德,沈軍,董寅生,周彼德,李慶春;快速凝固鋁硅合金的制備、組織特征及斷裂行為[J];粉末冶金技術;2000年02期

9 謝壯德,孫劍飛,沈軍,周彼德,蘇志軍,樂紅勝;超音速氣霧化過共晶Al-Si合金粉末特性及組織[J];粉末冶金技術;2001年06期

10 謝壯德,沈軍,孫劍飛,周彼德,李慶春;超音速氣霧化高硅鋁合金粉末高溫加熱組織及性能演變[J];粉末冶金技術;2002年04期

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1 高學鵬;李廷舉;郄喜望;李新濤;吳亞萍;李喜孟;;功率超聲技術在水平連鑄中的應用研究[A];中國機械工程學會第十一屆全國鑄造年會論文集[C];2006年

2 虞覺奇;;快速凝固Y-1型A1-Si基釬料的研究[A];第四屆全國電子工業(yè)焊接學術會議論文集[C];1992年

3 Xiaogang Hu;Bicheng Yang;Jun Xu;Haijun Wang;;Hot Deformation Behavior of A390 Hypereutectic Al-Si Alloy[A];中國材料大會2012第16分會場：材料先進制備加工技術論文集[C];2012年

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1 鐘鼓;耐熱低膨脹高硅鋁合金及其超聲半固態(tài)成形技術的研究[D];華中科技大學;2011年

2 付亞波;銅合金水平電磁連鑄及行星軋制技術的研究[D];大連理工大學;2011年

3 王曉穎;非均質材料控制加熱過程的組織演變與熔化行為[D];西北工業(yè)大學;2003年

4 班春燕;電磁場作用下鋁合金凝固理論基礎研究[D];東北大學;2002年

5 張勤;低頻電磁半連續(xù)鑄造鋁合金工藝及理論研究[D];東北大學;2003年

6 江海濤;半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的制備及微觀組織演化研究[D];西北工業(yè)大學;2004年

7 修坤;TiC_p/AZ91鎂基復合材料組織及耐磨性的研究[D];吉林大學;2006年

8 張小立;鋁、鎂合金半固態(tài)漿料制備技術的研究[D];大連理工大學;2008年

9 李青春;脈沖電流作用下球墨鑄鐵固態(tài)石墨化的基礎研究[D];上海大學;2008年

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3 張威;Al-30Si半固態(tài)觸變壓鑄工藝研究[D];蘭州理工大學;2011年

4 洪鵬;外加電場和磁場對鋼鐵熔體凝固過程的影響研究[D];安徽工業(yè)大學;2010年

5 吳亞平;Si-P系與Cu-P系富磷合金的研究[D];山東大學;2011年

6 蔣清;基于超聲制漿的流變壓鑄鋁硅合金的性能和組織研究[D];華中科技大學;2009年

7 孫曉兵;噴射成形高硅鋁合金組織及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

8 李金濤;AZ61鎂合金的電磁鑄軋及后續(xù)軋制工藝研究[D];東北大學;2009年

9 姜憧;噴射成形空心射流靜電霧化技術的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2012年

10 李虎田;電磁振蕩對Al-Cu、Al-Si合金凝固組織影響規(guī)律的研究[D];遼寧工程技術大學;2003年

【二級參考文獻】

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1 王德仁;毛衛(wèi)民;李樹索;鐘雪友;;Al-24%Si合金半固態(tài)等溫攪拌時的微觀組織[J];北京科技大學學報;1998年04期

2 梁志凱，田世藩，趙先國，任立平，李周;熱等靜壓對噴射成形高溫合金組織和性能的影響[J];材料工程;1996年07期

3 張強,孫東立,武高輝;電子封裝基片材料研究進展[J];材料科學與工藝;2000年04期

4 詹美燕,陳振華;噴射沉積多孔材料的軋制變形理論[J];材料研究學報;2004年06期

5 肖于德,黎文獻,譚敦強,馬正青,王日初;擠壓工藝參數(shù)對噴射沉積AlFe VSi合金棒材組織性能的影響[J];粉末冶金技術;2004年05期

6 賈建;陶宇;張義文;張瑩;;熱等靜壓溫度對新型粉末冶金高溫合金顯微組織的影響[J];航空材料學報;2008年03期

7 袁曉光,徐達鳴,張淑英,李慶春;噴射沉積Al-Si-Fe-Cu-Mg合金的微觀組織和力學行為[J];金屬學報;1997年03期

8 李順樸，陳熙琛;Al－Si合金的共晶共生區(qū)及組織形成規(guī)律[J];金屬學報;1995年02期

9 桂滿昌，宋廣生，賈均，李慶春;Al－l8％Si過共晶合金熔體結構特征及磷的影響[J];金屬學報;1995年04期

10 孫有平;嚴紅革;陳振華;陳剛;陳鼎;;噴射沉積7090/SiCp復合材料SiC顆粒分布均勻性研究[J];塑性工程學報;2008年06期

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1 袁丕厘;;第五屆國際急冷金屬會議[J];貴金屬;1984年01期

2 劉玉林,宮克強,劉祥,王玉偉;快速凝固對鑄鐵合金性能的影響[J];東北工學院學報;1987年04期

3 P.R.Bridenbaugh;李長明;;快速凝固的粉末冶金[J];輕合金加工技術;1987年12期

4 巴發(fā)海,宋巧玲,沈寧福;連續(xù)冷卻快速凝固過程中相組成的計算模型[J];材料科學與工程學報;2003年01期

5 云翠花;陳伯渠;王軍;唐人劍;嚴彪;;快速凝固法制備的鈹青銅微觀形貌研究[J];金屬功能材料;2007年06期

6 吳鴻亮;;快速凝固含硼高速鋼的粉末制品[J];上海金屬(鋼鐵分冊);1984年02期

7 陳魁英,李慶春,郭俊清;快速凝固條件下溶質的非平衡分配模型[J];科學通報;1991年04期

8 曹標,陳振華;快速凝固過程中的多定態(tài)與非晶轉變[J];中國科學E輯:技術科學;1998年03期

9 張立春;何安強;吳玉琨;葉恒強;張永昌;;快速凝固Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中Z相和T相的結構關系[J];金屬學報;1993年08期

10 黃勁松,艾元方;快速凝固過程分析[J];中國鎢業(yè);2004年03期

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2 陳曉明;楊院生;胡壯麒;;二元合金快速凝固非經(jīng)典傳熱傳質模型[A];2000年材料科學與工程新進展（下）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

3 楊院生;惠希東;胡壯麒;;金屬快速凝固的非平衡超急速傳熱傳質模型[A];2000年材料科學與工程新進展（下）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

4 黃勁松;劉詠;陳仕奇;劉祖銘;;快速凝固制備Al-Ni-Y非晶、納米晶粉末[A];有色金屬工業(yè)科技創(chuàng)新——中國有色金屬學會第七屆學術年會論文集[C];2008年

5 房也;巴德純;張以忱;杜文強;孫寶玉;;釹鐵硼快速凝固過程溫度場ANSYS模擬[A];真空技術與表面工程——第九屆真空冶金與表面工程學術會議論文集[C];2009年

6 房也;巴德純;張以忱;杜文強;孫寶玉;;釹鐵硼快速凝固過程溫度場ANSYS模擬[A];第九屆真空冶金與表面工程學術會議論文摘要集[C];2009年

7 邵國勝;沈寧福;;以會聚束μ—衍射確定快速凝固鋁合金中顯微顆粒相的結構[A];第五次全國電子顯微學會議論文摘要集[C];1988年

8 魏怡蕓;王敬豐;潘復生;;快速凝固Mg-Zn-Ca-Y非晶復合材料組織和性能的研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 王玉平;張潤理;游一民;;快速凝固法制備細晶超細晶Cu-Cr合金的進展[A];2010輸變電年會論文集[C];2010年

10 劉大博;戴圣龍;王田珍;李春玉;;快速凝固高阻尼Al-Fe-Mo-Si/Al合金的力學性能及阻尼特性[A];中國有色金屬學會第三屆學術會議論文集——科學技術論文部分[C];1997年

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5 盛紹頂;快速凝固AZ91鎂合金及其顆粒增強復合材料的研究[D];湖南大學;2008年

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3 吳煒;快速凝固四元鋁基金金顯微組織及性能的研究[D];合肥工業(yè)大學;2004年

4 邱紅臣;液鋅快速凝固和鐵在液鋅中腐蝕的分子模擬研究[D];河北工業(yè)大學;2011年

5 李彥舉;對均勻顆�？焖倌踢^程的研究及其冷卻行為的預測[D];天津大學;2006年

6 楊林;往復擠壓快速凝固Mg-6.0%Zn-1.0%Y-0.6%Ce-0.6%Zr（wt%）合金的疲勞性能[D];西安理工大學;2008年

7 曹慶平;快速凝固AI-Ti-Fe基合金的顯微組織和性能的研究[D];合肥工業(yè)大學;2002年

8 楊揚;快速凝固Cu-Sn亞包晶合金的微觀結構與性能[D];西安理工大學;2007年

9 陳倬麟;單輥快速凝固裝置與Mg-5%Zn合金快速凝固組織[D];西安理工大學;2003年

10 劉靜遠;快速凝固Mg-Zn-Y合金的制備、組織及性能[D];南京工業(yè)大學;2006年

本文編號：2571125