材料制备新技术(许春香) 第一章 快速凝固技术ppt课件.ppt

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1、-材料物理专业材料制备新技术-许春香第1章快速凝固技术1.1快速凝固概述1.2快速凝固的物理冶金基础1.3实现快速凝固过程的传热1.4快速凝固制备工艺1.5快速凝固技术在金属材料中的应用1.6快速凝固其他新型合金材料1.1快速凝固概述快速凝固：液相-固相，冷却速率>105~106K/s特点：一种非平衡的凝固过程，通常生成亚稳相（非晶、准晶、微晶和纳米晶）。过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差ΔT.ΔT=T0–Tn(T0理论结晶温度，Tn实际结晶温度）1.1快速凝固概述1）细化凝固组织，使晶粒细化

2、；快速凝固材料的主要组织特征：2）减小偏析；3）扩大固溶极限；4）快速凝固可导致非平衡的相结构产生；5）形成非晶态；6）高的点缺陷密度；1.1快速凝固概述1）力学性能；快速凝固主要性能特点：2）物理性能；（a）定向凝固(b)体积凝固图1-1两种典型的凝固方式q1-自液相导人凝固界面的热流密度；q2-自凝固界面导人固相的热流密；Q-铸件向铸型散热热量1.2快速凝固的物理冶金基础定向凝固和体积凝固1.3实现快速凝固途径动力学急冷快速凝固技术简称熔体急冷技术：1.3.1急冷法原理：通过(1)减小同一时刻凝固的

3、熔体体积与其散热表面积之比(2)减小熔体与热传导性很好的冷却的界面热阻以及加快热传导散热。注：雾化法、单辊法、双辊法、旋转圆盘法及纺线法等非晶、微晶材料制备过程中，试件尺寸很小，故凝固层内部热阻可以忽略（即温度均匀），界面散热称为主要控制环节。1.3实现快速凝固途径1.3.1急冷法图1-2急冷模法示意图1-真空出口；2-绝热冷却剂容器；3-冷却池；4-铜模；5-模穴；6-垫圈；7-基板；8-压紧螺帽；9-射入管；10-铝箔最常见的急冷法是极冷模法1.3实现快速凝固途径深过冷法是指通过各种有效的净化手段避

4、免或消除金属或合金液中的异质晶核的形成作用，增加临界形核功，抑制均质形核作用，是的液态金属或合金获得在常规凝固条件下难以达到的过冷度。1.3.2深过冷法主要应用：液相微粒的雾化法，经过净化处理的大体积液态金属的快速凝固。1.3实现快速凝固途径定向凝固是使熔融合金沿着与热流相反的方向，按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。1.3.3定向凝固法定向凝固技术最突出的成就是在航空工业中的应用。铸件定向凝固需要两个条件：1）热流向单一方向流动并垂直于生长中的固-液界面；2）晶体生长前方的溶液中没有稳定的结晶核心。

5、1.4快速凝固制备工艺气体雾化法制备粉末，是利用气体的冲击力作用于熔融液流，使气体的动能转化为熔体的表面能，从而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒。1.4.1气体雾化法粉末颗粒度较宽，有小于1m的，也有0.5mm的。收得率<1/4粉末质量不高的主要原因：1）有较高的气孔率，所以密度较低；2）粉末颗粒有卫星组织，粉末颗粒间的组织不一致；3）粉末颗粒度不均匀，合格粉末收得率低。1.4快速凝固制备工艺液态急冷法是将液流喷到辊轮的内表面或辊轮的外表面或板带的外表面来获得条带材料的方法。1.4.2液态急冷法最常见的是

6、单辊法：1）自由喷射溶液自选发，即液流自由的喷射到转动的辊轮上；2）平面流铸造法。1.4快速凝固制备工艺1.4.2液态急冷法(ａ)自由喷射熔液自旋工艺　　　(ｂ)平面流铸工艺图1-3自由喷射熔液自旋工艺和平面流铸工艺原理示意图1-压力计；2-排气阀；3-坩埚；4-感应加热线圈；5-合金液；6-金属薄带；7-淬冷辊轮；8-喷嘴1.4快速凝固制备工艺1.4.2液态急冷法合金溶液与棍面接触时形成熔潭（如图）：(ａ)自由喷射熔液自旋工艺　　(ｂ)平面流铸工艺图1-4自由喷射熔液自旋工艺和平面流铸工艺形成的熔潭示

7、意图1.4快速凝固制备工艺用激光束、电子束和离子束等方法可以进行表面层快速熔凝。1.4.3束流表层急冷法1）只改变组织结构，不改变成分；如：表面上釉、表面非晶化等。2）即改变成分，有改变组织结构如：表面合金化、表面喷涂后激光快速溶凝、离子注入后激光快速溶凝等。1.5快速凝固技术在金属材料中的应用水雾化法1.5.1金属粉体的快速凝固气雾化法喷雾沉积法1.5快速凝固技术在金属材料中的应用玻璃包覆熔融纺线法1.5.2金属线材的快速凝固图1-5玻璃包覆纺线法快速凝固原理图1.5快速凝固技术在金属材料中的应用1.

8、5.2金属线材的快速凝固合金溶液注入快冷法回转水纺线法图1-6Kavesh法线材快速凝固原理图1，7-导流管；2-喷嘴；3-合金液；4-感应加热器；5-稳流罩；6-分散器；8-泵1.5快速凝固技术在金属材料中的应用1.5.2金属线材的快速凝固回转水纺线法图1-7回转水纺线法线材快速凝固原理图1-旋转鼓；2-冷却水；3-喷嘴；4-喷射液柱；5-加热器1.5快速凝固技术在金属材料中的应用1.5.2金属线材的快速凝固传送带法图1-8传送带法线材快