Mg∕Al合金粉末热压烧结中相变扩散过程研究

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1、2010年2月沈阳航空工业学院学报第27卷第l期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringFeb．2010V01．27No．1文章编号：1007—1385(20lO)Ol一0027—04M∥Al合金粉末热压烧结中相变扩散过程研究张利武保林徐前刚杜兴蒿(沈阳航空工业学院材科科学与工程学院。辽宁沈阳110136)摘要：利用OLYMPUSGXTl金相显微镜及EDS对A1—15％Mg热压烧结样品进行金相显微组织观察与成分分析，探讨烧结过程中组织演变过程。实验结果表明：热压烧结过程中两种粉体发生互扩散，首先在Mg颗粒边缘形成1(趾。：Mg。，)

2、相，而后随扩散的进行^y相转变为9(AI，M92)相，Mg颗粒由外向内不断的形成T榴，而后不断的转变为p楣，直到全部生成p相。随温度的降低，13相会以极其细小的颗粒形式析出；利用真空热压烧结方法在420。C，150Mpa下保压3—4h进行固相烧结获得密度低于2．59／cm3致密度达98％以上的m一15％Mg合金。关键词：粉末；真空热压烧结；致密度中图分类号：TB33文献标识码：A铝合金以其较高的比刚度、比强度、耐蚀性、成型性等优良特性，在航空、航天、船舶和现代汽车工业中广泛应用。随着科技的发展，该类行业对材料的要求越来越高，而轻量化是这些行业在满足性能要求前提下的共同目标⋯。因而研究和开发轻质

3、铝合金具有重大的现实意义和广阔的应用前景。铝镁合金是一种高耐蚀材料，同时兼具较高强度和塑性【2】。但是铝镁合金铸态组织中B相与1相粗大并分布在基体的晶界上一J，严重的割裂基体，使得材料的力学性能较差。为改善该二元系合金的力学性能，张文兴等H1从复合材料角度制备了Al—Mg系自生纤维增强铝基复合材料，林芸等”】研究了A1一Mg二元合金体系的烧结工艺，K．YASUE等【31发现用预合金粉体的半固态成型法获得的灿一Mg合金的卢相与7相的形态得以改善，从而性能较铸态提高很多。本文采用市售铝粉和镁粉作为原料，利用真空热压方法制备m—15％Mg合金，其中的卢相与y相以球形层状结构或粒状存在，减小对基体的影

4、响，提高了力学性能，而其理论密度仅有2．5s／cm3o1实验方法实验材料选用鞍山铝粉有限公司生产的纯铝粉和唐山威豪镁粉有限公司生产的纯镁粉，纯铝收稿日期：2009—11—18作者简介：张利(1978一)，男，辽宁凌源人，工程师，主要研究方向：轻合金及制备技术，E—mail：zhangdmngliz002@yahoo．eOIll．cno粉的平均粒度为2岬，纯镁粉D卯

5、样品的密度用精度为0．1mg的Acculab电子天平通过阿基米德法测定；样品金相显微组织利用OlympusGx7l光学显微镜进行样品观察与分析。(a)纯铝粉的SEM形貌(b)纯镁粉的SEM形貌圈I实验用粉体的SEM形貌沈阳航空工业学院学报第27卷2实验结果与分析2．1热压样品的实测密度及致密度热压样品的密度采用阿基米德(Archimedes)法，利用高精度(0．1mg)电子天平测定∞J，不同热压烧结时间获得的样品密度及致密度如表1所示。从表l可以看出，随烧结时间的延长，样品的致密度在不断的增加，在该压力下3—4h就可以获得致密度为98％以上的样品，其实测密度只有2．469／cm3。表1不同热压

6、烧结时间的样品的密度及致密度实测密度(s／cm3)2．362．412．462．47塾查里I丝2丝：兰堑：兰!!：兰21：12．2样品的显微组织与分析。图2是在420℃，150MPa压力，真空度为5×10。3Pa条件下，热压烧结时间分别为lh、2h、3h、4h的样品显微组织。从图2(a)中可以看出，1h的样品粒径不同Mg颗粒的反应速度不同，从图2(a)中标识的A位置可以看出与Al粉接触的稍大的Mg颗粒边缘形状发生改变，由最初的圆形形成许多的尖角，这是由于雾化粉体表面能量分布不均，而粉体的表面能是扩散反应的主要内在驱动力[7】，表面能高的位置活性较大，因而与m发生扩散反应的速度就会很快，而能量较低

7、位置反应较慢，从而形成锯齿形的反应界面，对烧结1h样品中颗粒(见图3)1、5点位置处进行定点成分分析，图3(b)、(C)给出的谱线表明这些颗粒仍为纯Mg，而颗粒边缘处3点位置的谱线(图3(d))表明颗粒边缘与铝基体发生少量扩散反应，从图2(b)烧结2h的样品可以更清楚的看出这样一个反应过程，其中较小的颗粒已经反应完全生成新相，并且锯齿形的结合面也逐渐都变得圆整，极少数尺寸较大的颗粒反应仍未完全，反