專利名稱：一種具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法
技術領域：
本發明屬于偏晶型合金粉末制備技術，具體地說是一種具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的霧化制備方法。
背景技術：
偏晶型合金的示意相圖如圖1所示。該類合金在液態存在著組元不混溶溫度區間(L1+L2)。當均一的合金熔體冷卻到L1+L2區內時，它將發生液-液相變(L→L1+L2)。該類合金十分廣泛，其中許多具有特殊的力學和物理性能，在工業上具有很好的應用前景，因此其研究吸引了越來越多人的注意。為了深入認識該類合金的凝固特性，國內外材料科學工作者，先后在地面和空間微重力條件下做了大量的實驗研究工作，并開展了廣泛的理論模擬，發現，在微重力條件下凝固的樣品經常呈現分層組織，其形成原因至今不很清楚。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法，提出通過適當地選取合金系、合金成分和霧化氣體組成，促進或抑制霧化液滴液-液相變過程中彌散相液滴在霧化液滴表面的異質形核行為，控制霧化液滴的凝固動力學，獲得具有殼型復合組織的偏晶型合金粉末。
本發明的技術方案是一種具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法，采用氣體霧化制粉，通過選取偏晶型合金，霧化液滴凝固時所處的氣氛為N2、N2+O2或Ar，霧化氣體壓力為30-60大氣壓，制備具有殼型復合組織的粉末。
所述偏晶型合金選用Al-Pb、Cu-Fe、Sn-Bi、Cu-Co或Al-In偏晶型合金。
所述Al-Pb偏晶型合金為Al-(7-15)wt％Pb。
所述偏晶型合金粉末粒度為10-100μm。
所述N2+O2中，氧氣的體積百分含量為0.1-2Vol％。
本發明的原理如下
本發明通過選取適當的偏晶型合金(如Al-Ph、Cu-Fe等)及霧化氣體(如N2、N2+O2、Ar等)，從而可以促進或抑制霧化液滴液-液相變過程中彌散相液滴在霧化液滴表面的異質形核行為，當液-液相變過程中兩液相間的界面張力σL1L2、基體液相和氣體間的界面張力σL1g、彌散相和氣體間的界面張力σL2g滿足σL1L2+σL1g>σL2g]]>時，彌散相液滴可以在霧化液滴表面異質形核。要形成表面具有一層彌散相殼的粉末，要求σL1g>σL2g,]]>控制霧化液滴的凝固動力學，制備具有殼型復合組織的粉末。為了制備具有殼型組織的粉末，首先選取和時異的合金系，使得對于通常應用的霧化氣體能滿足以上異質形核條件。如果對于某一合金系及成份，上面的異質形核條件不能得到滿足，則通過考慮通過向霧化氣體中加入一定量的氧，使得在霧化液滴表面形成氧化膜，促進異質形核的發生。
本發明的有益效果是1、本發明首先選取合適的偏晶型合金系及合金成分(如Al-Pb、Cu-Fe等)，使用氣體霧化技術，進而根據所確定的合金選取合適的霧氣體組成(如N2、N2+O2、Ar等)，促進或抑制霧化液滴液-液相變過程中彌散相液滴在霧化液滴表面的異質形核行為，控制霧化液滴的凝固動力學，獲得具有殼型復合組織的偏晶型合金粉末，該合金粉末可滿足工業需求。
2、本發明尤其適合于液-液相變過程兩液相間的比重差較小或彌散相體積分數較低、粉末尺寸較小的情況，本發明Al-Pb偏晶型合金可以采用Al-(7-15) wt％Pb。
圖1為偏晶型合金的示意相圖。
圖2(a)-(e)為具有殼型復合組織偏晶合金粉末的金相，圖2(a)Al-7wt％Pb合金，白色相為Pb；圖2(b)Al-15wt％Pb合金，白色相為Pb；圖2(c)Al-30wt％Pb合金，白色相為Pb；圖2(d)Al-99wt％Pb合金，白色相為Pb；圖2(e)Cu-40wt％Fe合金，黑色相為Fe。
具體實施例方式
本發明通過在微重力條件下凝固的樣品經常呈現分層組織，并發現這種分層的組織也出現在霧化粉末中，近來我們對Al-Pb、Cu-Fe等偏晶合金進行了氣體霧化研究，也獲得了具有殼型復合組織的粉末，如圖2(a)-(e)所示。考慮到具有該種組織的粉末在焊料方面具有很好的應用前景，本發明對其形成的動力學過程即影響因素進行了詳細的研究，結果表明，通過適當地選取合金系、合金成分和霧化液滴凝固時所處環境的氣體組成，可以促進或抑制霧化液滴液-液相變過程中彌散相液滴在霧化液滴表面的異質形核行為，控制霧化液滴的凝固動力學，獲得這類具有殼型復合組織粉末。
實施例1如圖2(a)所示，使用通常的氣體霧化制粉裝置，對Al-7wt％Pb合金，用氬氣為霧化氣體，霧化氣體壓力為40大氣壓，制備出表面富集Pb相的霧化粉末，其粒度為10-100μm。
其制備過程如下用真空感應爐熔煉偏晶合金熔體，通過在1213K保溫后獲得均一熔體；拔起安放與熔煉坩堝導流管的堵桿，熔體自導流管流出，并被霧化氣體霧化成為小液滴，霧化液滴在與霧化氣體的作用下迅速冷卻凝固，成為粉末。
實施例2如圖2(b)所示，使用通常的氣體霧化制粉裝置，對Al-15wt％Pb合金，用普通工業氮氣(含O20.5-0.6Vol％)為霧化氣體，其他霧化參數不變，制備出表面富集Pb相的霧化粉末，其粒度為10-100μm。
其制備過程如下用真空感應爐熔煉偏晶合金熔體，通過在1300K保溫后獲得均一熔體；拔起安放與熔煉坩堝導流管的堵桿，熔體自導流管流出，并被霧化氣體霧化成為小液滴，霧化氣體壓力為40大氣壓；霧化液滴在與霧化氣體的作用下迅速冷卻凝固，成為粉末。
實施例3如圖2(c)所示，使用通常的氣體霧化制粉裝置，對Al-30wt％Pb合金，用普通工業氮氣(含O20.5-0.6Vol％)為霧化氣體，其他霧化參數不變，制備出表面富集Pb相的霧化粉末，其粒度為10-100μm。
其制備過程如下用真空感應爐熔煉偏晶合金熔體，通過在1673K保溫后獲得均—熔體；拔起安放與熔煉坩堝導流管的堵桿，熔體自導流管流出，并被霧化氣體霧化成為小液滴，霧化氣體壓力為50大氣壓；霧化液滴在與霧化氣體的作用下迅速冷卻凝固，成為粉末。
實施例4如圖2(d)所示，使用通常的氣體霧化制粉裝置，對Al-99wt％Pb合金，用高純氮氣為霧化氣體(避免霧化液滴表面氧化，抑制彌散相(富鋁相)在霧化液滴表面進行異質形核)，其他霧化參數不變，制備出表面富集Pb相的霧化粉末，其粒度為10-100μm。
其制備過程如下用真空感應爐熔煉偏晶合金熔體，通過在1300K保溫后獲得均一熔體；拔起安放與熔煉坩堝導流管的堵桿，熔體自導流管流出，并被霧化氣體霧化成為小液滴，霧化氣體壓力為60大氣壓；霧化液滴在與霧化氣體的作用下迅速冷卻凝固，成為粉末。
實施例5如圖2(e)所示，使用通常的氣體霧化制粉裝置，對Cu-40wt％Fe合金，用高純氮氣為霧化氣體(避免霧化液滴表面氧化，抑制彌散相(富鋁相)在霧化液滴表面進行異質形核)，其他霧化參數不變，制備出表面富集Cu相的霧化粉末，其粒度為10-100μm。
其制備過程如下用真空感應爐熔煉偏晶合金熔體，通過在1723K保溫后獲得均—熔體；拔起安放與熔煉坩堝導流管的堵桿，熔體自導流管流出，并被霧化氣體霧化成為小液滴，霧化氣體壓力為40大氣壓；霧化液滴在與霧化氣體的作用下迅速冷卻凝固，成為粉末，其粒度為10-100μm。
權利要求
1.一種具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法，采用氣體霧化制粉，其特征在于通過選取偏晶型合金，霧化液滴凝固時所處的氣氛為N2、N2+O2或Ar，霧化氣體壓力為30-60大氣壓，制備具有殼型復合組織的粉末。
2.按照權利要求1所述具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法，其特征在于所述偏晶型合金選用Al-Pb、Cu-Fe、Zn-Bi、Cu-Co或Al-In偏晶型合金。
3.按照權利要求2所述具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法，其特征在于所述Al-Pb偏晶型合金為Al-(7-15)wt％Pb。
4.按照權利要求1所述具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法，其特征在于所述偏晶型合金粉末粒度為10-100μm。
5.按照權利要求1所述具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的制備方法，其特征在于所述N2+O2中，氧氣的體積百分含量為0.1-2Vol％。
全文摘要
本發明屬于偏晶型合金粉末制備技術，具體地說是一種具有殼型復合組織偏晶型合金粉末的霧化制備方法。本發明通過選取適當的偏晶型合金(如Al－Pb、Cu－Fe等)及霧化氣體(如N
文檔編號B22F9/08GK1861297SQ200510046399
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月11日 優先權日2005年5月11日
發明者趙舜, 趙九洲, 胡壯麒 申請人:中國科學院金屬研究所