[发明专利]一种组织/成分均匀分布偏晶合金的制备方法无效

专利信息
申请号: 201110429216.6 申请日: 2011-12-20
公开(公告)号: CN102601350A 公开(公告)日: 2012-07-25
发明(设计)人: 钟云波;王江;李甫 申请(专利权)人: 上海大学;钟云波;上海康成铜业集团有限公司
主分类号: B22D27/02 分类号: B22D27/02;B22D27/20;B22D11/115
代理公司: 上海上大专利事务所(普通合伙) 31205 代理人: 顾勇华
地址: 200444*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 组织 成分 均匀分布 合金 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种能够制备出组织/成分均匀分布偏晶合金的方法,属于凝固领域,其中包含有制备该种合金的装置。

技术背景

作为一种应用极为广泛的合金种类,偏晶合金由于其特殊的凝固特性使其优良的性能无法发挥。当合金中第二相均匀分布于基体时,可用于制备性能优异的轴瓦材料、电触头材料、电化学材料、超导材料以及电子封装材料等。然而该类合金的一个突出特点——第二相含量超过一定值后,合金凝固过程中将出现无需过冷的液液两相分离,并且两液相密度差较大,在地球重力环境中得到分层组织,形成严重的重力偏析,这样的层状组织无法实现该类合金优异的物理、化学性能。

鉴于此,针对成分均匀分布偏晶合金的制备方法进行了众多研究,形成了以下五大类制备方法:微重力凝固法、快速凝固法、定向凝固法、搅拌凝固法以及粉末冶金法。客观而言,上述方法均存在一定的不足,例如,微重力的实现非常困难,而太空制备成本巨大,并且就目前研究结果来看,即使在微重力环境下进行偏晶合金的凝固仍旧不能方便的得到均匀组织;快速凝固法则只能在小体积材料上显示出其优越性,大块材料的快速冷却实现起来比较困难;而定向凝固法的试样大多不具有各向同性的性质;搅拌凝固法不能够得到整体均匀的凝固组织,在搅拌结束后,试样顶部和底部仍存在明显的偏析区域;粉末冶金法虽然没有试样尺寸和各向异性的限制,但是在制粉阶段的氧化难以避免,因此压制成型的压坯很容易由于氧化膜的存在而影响其疲劳性能;而其烧结过程不可能采用全液相烧结,因此其力学性能较凝固法仍有很大差距。另外,一种通过强磁场和交变电场复合制备均质偏晶合金的方法也于近期被发明,这是一种较为有潜力的均质偏晶合金制备方法,但该种方法中由于要引入强大的交变电流,交变电流的焦耳热效应,仍然影响凝固过程,控制不当将仍然出现比重偏析。而本专利所涉及的是另一种全新而有效的组织/成分均匀分布偏晶合金的制备方法。

发明内容

鉴于目前各类制备方法存在的一些问题,本发明旨在提供一种全新的在常规重力背景下获得组织/成分均匀分布偏晶合金的制备方法。

为达到上述要求,本发明构思如下:

由于热力学上液液两相的分离无法避免,那么本发明通过控制其凝固的动力学过程,从而达到获得均匀分布凝固组织的目的。本发明通过超声场和磁场的复合作用来完成对该类合金凝固过程的控制。首先,在偏晶合金凝固过程中施加适当强度的超声波,利用超声场的空化效应将偏晶合金凝固中析出的粗大第二相液滴破碎成为细小的液滴。根据Stokes定律可知,第二相熔滴的沉降速度与其直径的平方成反比,也就是说,当第二相熔滴直径降低一半时,其沉降速度将降低四倍,因此,通过降低第二相熔滴直径的方法抑制偏晶合金中的比重偏析极为有利;此外,超声场的施加还将使即将融合的第二相熔滴分开,阻止其凝并,因而也可以抑制第二相熔滴粒径的增大;与此同时,在强静磁场的背景下,利用强静磁场对导电熔体中第二相液滴运动的抑制作用,以及对导电熔体流动制动的效应,不但可以抑制第二相液滴的下沉(或上浮),同样也可以减缓较小第二相液滴的再粗化。由于第二相熔滴粒径的细化和强磁场的抑制效应的复合作用,可以显著降低第二相熔滴的沉降速度甚至接近完全抑制其沉降,从而可以在常规重力背景(g=9.8m/s2)下以常规的冷却速度(10-2 -103℃/s)制备出组织/成分均匀分布的偏晶合金材料。此外,超声场对于基体组织也有一定的晶粒细化效应,这可以进一步的提高材料凝固组织的晶粒细化程度,显著降低成分偏析,大幅度提高偏晶合金材料的综合性能。

本发明采用下述技术方案:

一种组织/成分均匀分布偏晶合金的制备方法,其特征是在合金的凝固过程中通过强磁场复合超声波反应装置同时施加超声场和强磁场,抑制液液两相分离动力学过程以获组织/成分均匀分布的偏晶合金材料。

采用化学纯的Bi和Zn为原料,按照一定的质量百分比称量后,一并装入刚玉坩埚中,将坩埚底部与超声波变幅杆上端紧密接触,并置于事先放置于超导磁体的强磁场区域中的加热炉中,整套装置称为强磁场复合超声波反应装置。

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