[发明专利]一种具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于偏晶合金丝(棒)材制备技术，具体地说是一种具有复合组织偏晶型合金丝(棒)材的快速定向凝固制备方法。

背景技术

如图1所示，偏晶型合金的示意相图。该类合金在液态存在着组元不混溶温度区间(L₁+L₂)。当均一的合金熔体冷却到L₁+L₂区内时，它将发生液-液相变(L→L₁+L₂)。该类合金十分广泛，其中许多具有特殊的力学和物理性能，在工业上具有很好的应用前景，因此，其研究吸引了越来越多人的注意。为了深入认识该类合金的凝固特性，国内外材料科学工作者做了大量的实验研究工作，并开展了广泛的理论模拟，发现在偏晶合金凝固后经常呈现分层组织。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有复合组织偏晶合金丝(棒)材的制备方法，提出通过适当地选取合金系、合金成分和坩埚材料(或连铸保护熔渣)，抑制偏晶合金液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚(保护熔渣)表面的异质形核行为，控制偏晶合金的快速定向凝固动力学，获得具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材。

本发明的技术方案是：

一种具有复合组织偏晶合金丝(棒)材的制备方法，采用快速定向凝固技术，凝固速度在2-100mm/s(优选为2-20mm/s)，通过选取偏晶合金，坩埚材料可为石墨、陶瓷、刚玉等或连铸时的保护熔渣，制备具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材。

所述合金选用偏晶型合金，如Al-Pb、Cu-Co、Al-Bi或Al-In等。

所述Al-Pb偏晶合金为Al-(5-15)wt％Pb。

所述偏晶合金丝(棒)直径为2-20mm。

本发明的原理如下：

本发明通过选取适当的偏晶合金(如Al-Pb、Al-Bi等)及坩埚材料(如：石墨、刚玉等)或连铸保护熔渣，当基体液相和坩埚(熔渣)间的界面张力、弥散液相和坩埚间的界面张力及两液相间的界面张力满足σL2C>σL1C+σL1L2]]>时，合金凝固过程中弥散相液滴不能在坩埚(熔渣)表面发生异质形核，而只能在熔体内部形核，形成的液滴在熔体内温度梯度作用下向试样内部迁移。因此，可以制备表面具有一层基体相的偏晶合金丝(棒)材。为了制备具复合组织的偏晶合金丝(棒)材，首先要选取合适的合金系和坩埚材料(或保护熔渣)，以避免偏晶合金快速定向凝固过程中弥散相液滴在坩埚(或熔渣)表面发生异质形核。

本发明的有益效果是：

1、本发明首先选取合适的偏晶型合金系及合金成分(如Al-Pb、Al-Bi、Cu-Co等)，使用快速定向凝固技术，进而根据所确定的合金选取合适的坩埚材料(石墨、陶瓷、刚玉等)或连铸保护熔渣，抑制偏晶合金液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚(熔渣)表面的异质形核行为，控制偏晶合金的快速定向凝固动力学，获得具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材，满足工业需求。

2、本发明尤其适合于液-液相变过程两液相间的比重差较小或弥散相体积分数较低、丝(棒)尺寸较小的情况。

附图说明

图1为偏晶型合金的示意相图。

图2(a)-图2(d)为具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材的金相；其中，图2(a)：Al-5wt％Pb合金，凝固速度为15mm/s，图中白色相为Al基体，黑色相为Pb粒子；图2(b)：Al-5wt％Pb合金，凝固速度为5mm/s，图中白色相为Al基体，黑色相为Pb粒子；图2(c)：Al-3.5wt％Pb合金，凝固速度为5mm/s，图中白色相为Al基体，黑色相为Pb粒子；图2(d)：Al-9wt％Bi，凝固速度为4mm/s，图中灰色相为Al基体，白色相为Bi粒子。

具体实施方式