專利名稱：一種雙液雙噴共沉積制備合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金的制備技術(shù)，特別提供了一種雙液雙噴共沉積制備合金的工藝方法。
人類使用金屬材料和掌握冶金鑄造技術(shù)已有幾千年的歷史，但由于地球引力場的作用，合金元素的比重相差較大時，重力引起的沉浮和偏聚導(dǎo)致合金組織和性能的不均勻性，目前有幾百種難溶合金，如鋰-鈉、鋁-鉛、鋁-銦、鋁-鉍、鐵-錫、銅-鉛、錳鉛等等，在很大成分范圍內(nèi)是不相溶的。
Al-Pb合金做為優(yōu)質(zhì)的自潤滑鈾承材料在汽車、航空工業(yè)中日益得到重視，然而制備Al-Pb合金是很困難的，這是因?yàn)锳l和Pb在很寬的溫度范圍內(nèi)是偏晶至不相溶的合金，由于Pb和Al比重差別很大，(Pb比重11.34，Al比重2.7)。熔鑄過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的重力偏析，制備上的困難大大地防礙了它們的應(yīng)用。
為了解決鋁基偏晶難混合金的制備難關(guān)，人們想出了許多方法，如在微重力條件下熔煉和鑄造鋁基偏晶合金(空間冶金)就是近年來出現(xiàn)的新技術(shù)。此外對Al-Pb等熔液進(jìn)行超聲處理，磁場處理，粉末燒結(jié)，粉末冶金以及快速凝固技術(shù)等等，也可以部分的減輕偏析問題。
隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，航天部蘭州物理所在空間微重力條件實(shí)驗(yàn)了Pb-Al和Al-Pb合金。然而空間冶金成本太高，很難工業(yè)化生產(chǎn)。目前還處于實(shí)驗(yàn)科學(xué)階段。而且在大多數(shù)合金中都觀察到了Marangoni對流引起的相遷移和Ostwald長大等現(xiàn)象，使得空間加工的偏晶合金不均勻。
其它的制備方法以粉末冶金法應(yīng)用較廣，規(guī)模校大。如我國在“七五”期間北京有色金屬研究院投入較大力量研制粉末冶金Al-Pb-Cu合金做自潤滑材料，取得較大進(jìn)展，但粉末冶金法工藝復(fù)雜，成本較高，組織致密度差，因此尋求一種新的工業(yè)化直接由熔體生產(chǎn)Al基偏晶合金的新方法，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下又降低了生產(chǎn)成本無疑是有極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益的。
噴射成形工藝是英國Siger教援于1972年提出的一種制備新材料工藝(GB1262471)，其原理是將霧化的合金或金屬液滴噴在冷卻沉積載體上，形成沉積坯料，接著這種沉積坯料直接熱軋或冷軋成為板材，成功的噴射成形所需要的條件是霧化液滴噴射到沉積載體時設(shè)有完全凝固，但與載體接觸時，其溫度已降至液相線與固相線之間，處于半固液態(tài)，與沉積載體接觸后由于氣流和沉積載體的導(dǎo)熱，快速凝固成致密的產(chǎn)品。1980年Siger教授又提出一種向霧化液滴中噴入固態(tài)顆粒制備材料的共沉積專利技術(shù)(GB 1605035)，見附

圖1所示，其初宗是用固態(tài)顆粒對形成的沉積合金表面進(jìn)行沖擊以達(dá)到強(qiáng)化的目的，這種工藝原理已被廣泛的應(yīng)用，發(fā)展了以英國Osprey公司為代表的Osprey工藝(R.G.Brooks.C.Moore，A.G.Leatham.andJ.S.CoombsPowderMetallurgy 1977.(2)100；A.Leatham A，Ogilvy.P.Chesney and J.V.WoodMetals and Materiols.1989.5(3)P14-143).以麻省理工學(xué)院N.J.Grant教授為代表的LDC工藝等等(E.J.Lcverria and N.J.Grant.Inter.J.of Rapid Solidification 1986.2(2)93；E.J.Laverniaand N.J.GrantMateriel Sci and Eng.1988.98381)。最近美國加州大學(xué)E.J.Lavernic教授在向鋁合金霧化液滴中噴入固態(tài)SiC，Al2O3等顆粒制備鋁基復(fù)合材料方面做了大量的工作。
本發(fā)明的目的在于提供一種可直接由熔體生產(chǎn)難混合金的雙液雙噴共沉積制備合金技術(shù)。
本發(fā)明提供了一種雙液雙噴共沉積制備合金的方法，其特征在于將兩種金屬或合金分別置于兩個坩鍋之中加熱熔化，分別超過各自熔點(diǎn)的150-200℃之后，同時向霧化室噴射霧化成液滴，共同沉積在一塊沉積載體上，霧化使用隋性氣體(He.N2等)，氣體壓力為5-20個大氣壓。
為實(shí)現(xiàn)上述雙液雙噴共沉積制備合金方法，需使用專用設(shè)備，包括霧化室(1)，沉積載體(2)，霧化噴嘴(3)等部分，其特征在于在霧化室(1)，頂端設(shè)置兩個分別與兩個坩鍋(4)(5)相連的霧化噴嘴(3)，噴嘴(3)之間相交角α在0-30之間。噴嘴(3)與沉積載體(2)的距離為300-500mm，沉積載體(2)為水冷式，并可往復(fù)運(yùn)動。
本發(fā)明與已有技術(shù)不同的是，首次提出將兩種完全不同的金屬分別霧化液滴相互共沉積，這種工藝幾乎適用于所有不同類金屬，但最有價值的是制備難混合金，如Al-Pb.Al-Bi.Al-In.Cu-Pb等，比重相差很大，兩者在熔化后不能完全溶解，凝固后形成偏析很大的偏晶合金。本發(fā)明也可用于制備梯度材料。下面通過實(shí)施例，結(jié)合附圖詳述本發(fā)明。
附圖1為固一液共沉積設(shè)備示意圖附圖2為液一液共沉積示意圖附圖3為雙液雙噴Al-Pb合金相組織，×100倍附圖4為制備梯度材料時設(shè)備示意圖實(shí)施例1設(shè)備如圖2所示，α角為10°，噴嘴(3)與沉積載體(2)之間距離為400mm，霧化氣壓15個大氣壓將Al和Pb分別放入甲、乙兩個坩鍋(4)(5)中，甲坩鍋(4)升溫至820℃，乙坩鍋(5)升溫至470℃，調(diào)整噴嘴(3)大小，使Pb的量占合金量的15wt％。所制板材厚度為2-40mm，組織均勻見附圖3，通過調(diào)整噴嘴大小可實(shí)現(xiàn)Pb在1-60wt％，Al-Pb合金。實(shí)施例2.
設(shè)備如圖4，α角為0°，使兩噴嘴(3)的幅射面相交而不相互覆益，其它同實(shí)施例1.
將Al和Pb分別放入甲、乙坩鍋，兩噴嘴大小相同，中心相交區(qū)域可實(shí)現(xiàn)Pb量由0-100°梯度變化。實(shí)施例3.
設(shè)備條件同實(shí)施例1將Al、Cu、按89∶1比例放入甲鉗鍋(4)，Pb放入乙坩鍋(5)，甲820℃，乙470℃，調(diào)整噴嘴大小，得到89Al 10Pb Cu合金。板材厚2-40mm，組織均勻。實(shí)施例4設(shè)備條件同實(shí)施例1甲坩鍋Al.820℃，乙坩鍋Bi 420℃，可制成板材厚度5-30mm，組織均勻，成分在Bi 1-50wt％可調(diào)。實(shí)施例5霧化氣壓10個大氣壓，其它同實(shí)施例1.甲坩鍋Al 820℃，乙坩鍋In300℃成份在In 1-40wt％可調(diào)。實(shí)施例6甲坩鍋Cu 1180℃乙坩鍋Pb 470℃成分在Pb1-30％可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種雙液雙噴共沉積制備合金的方法，其特征在于將兩種金屬或合金分別置于兩個坩鍋之中加熱熔化，分別超過各自熔點(diǎn)的150-200℃之后，同時向霧化室中噴射霧化成液滴，共同沉積在一塊沉積載體上，霧化使用隋性氣體(He.N2等)，氣體壓力為5-20個大氣壓。
2.一種專用于權(quán)利要求1所述雙液雙噴共沉積制備合金方法的設(shè)備，包括霧化室(1)，沉積載體(2)，霧化噴嘴(3)等部分，其特征在于在霧化室(1)，頂端設(shè)置兩個分別與兩個坩鍋(4)(5)相連的霧化噴嘴(3)，噴嘴(3)之間相交角α在0-30°之間。
3.按權(quán)利要求2所述雙液雙噴共沉積制備合金設(shè)備。其特征在于噴嘴(3)與沉積載體(2)的距離為300-500mm，沉積載體(2)為水冷式，并可往復(fù)運(yùn)動。
4.權(quán)利要求1所述雙液雙噴共沉積制備合金工藝，，特別適用于制備難混合金，如Al-Pb.Al-Bi.Al-In.Cu-Pb等。
5.權(quán)利要求1所述雙液雙噴共沉積制備合金工藝，可用于制備梯度材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙液雙噴共沉積制備合金的方法，其特征在于將兩種金屬或合金分別置于兩個坩鍋之中加熱熔化，分別超過各自熔點(diǎn)的150-200℃之后，同時向霧化室中噴射霧化成液滴，共同沉積在一塊沉積載體上，霧化使用惰性氣體(He.N
文檔編號C22C1/00GK1144276SQ95111948
公開日1997年3月5日 申請日期1995年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月25日
發(fā)明者張永昌, 謝贊華 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所