快速凝固技術在鋁合金材料中的應用

李灼華

（青海大學機械工程學院,青海 西寧，810016）

快速凝固技術在鋁合金材料中的應用

李灼華

（青海大學機械工程學院,青海 西寧，810016）

由于航天技術以及工業化的快速發展，這就對于鋁合金材料的要求更為深入，對此，本文主要針對快速凝固所具有的一些特性，結合鋁合金材料的特點、成分以及工藝，就其應用展開探討。

凝固；技術；鋁合金；材料；快速

快速凝固技術在當前已經得到了更為廣泛的發展，從而也研發出了性能更良好的合金材料。由于快速凝固技術具有良好的耐磨性、較高的熱強性能、高強度等一些優點，而從它的綜合力性能來看有著較為特殊的物理性能，并且已經作為一種新型材料得到廣泛的應用，有著良好的發展前景，但是問題同時也是存在的，比如在它的工藝方面、成本方面、合金的成分以及凝固的過程、工藝參數等方面都有待解決，進一步完善合金的工藝以及它的理論研究，對其范圍要更有力的拓寬發展。

1 快速凝固技術的定義

所謂快速凝固技術也就是一種冷卻速率，通過液相凝固變成固相，并且作為非平衡來進行的轉化過程，通常情況下會生成一種亞穩相，從而促使材料和粉末帶有一種的特殊性以及有著較為廣泛的用途。在這種技術當中主要有兩方面的內容，一方面就是急冷凝固技術，另一方面就是大過冷的凝固技術。在應用急冷技術過程當中，最重要的就是需要來提高它的凝固過程以及它的冷卻速度，所以，必須要一定的單位時間內要控制好凝固熔化的潛熱速度，此外，還應該提高它的傳熱速度。同時我們也可以看出，由于急冷快速凝固有幾種形式，一種是霧化技術，另外一種就是模冷技術以及沉積技術。由于急冷技術的產品一般會具有較小的尺寸，所以這就需要進行對其固結成型處理加工。而大過冷技術的主要特點一般通過熔體當中所達到的均勻形核，這樣便可以在形核當中得到更多的過冷度。并且在熔體當中也可以通過它的導熱性介質來進行傳熱，達到冷卻的目的。

2 材料的主要性能

在快速凝固技術當中，鋁合金主要具有的特點包括：它可以把凝固組織進行有效的細化，由于在增大的冷卻速率當中，它可以減少晶粒的尺寸，從而得到微晶，甚至可以得到納米晶，此外，二次的枝晶壁一般會很細小，所以這也就降低了所含成分的偏析，也就出現了非晶態。如果一旦冷卻速率出現較高時，從而它的結晶過程就會被抑制住，同時也就得到了一些非晶態固體，再加上較快的冷卻速度，從而也就降低了合金當中的一些錯位與空位的缺陷。從另一方面我們也可以看出，只有不斷的提高它的固溶度，才會得到更細小的亞穩相，達到彌散強化的作用。如果要改善鋁合金的組織結構從而來提高它的耐磨性、強度、耐腐蝕性以及它的韌性，在這方面都具有很大的幫助，也達到了生產要求。

3 凝固方法

（1）快速凝固技術其中的一種就是噴射沉積法，這種技術主要是在霧化技術基礎上進行發展的，可以把熔滴直接噴射到基底，從而來依靠金屬的基底做有效的傳導，這也就促使了熔滴可以達到凝固的狀態，也就形成了預制坯。這種技術最大的一個特點就是可以通過對金屬的霧化處理從而形成固結成型的作用，也就是從液態金屬當中制取致密，基本可以達到與零件形狀相符的性能材料，也可以有效的防止粉末污染問題。我國近些年來利用該項技術已經非常廣泛、成熟了，因此在應用這種技術時可以很好的達到鋁合金的耐熱性，從而防止粉末在其過程中當中出現污染以及氧化反應。然而，如果應用噴射技術來對凝固速度進行控制時則工藝是相對較低的，但是可以強化它的耐熱強度，也可以減少它的力學性能，所以，在應用當中還需要不斷的完善和提高。

（2）在粉末冶金法當中，它的一般工序主要是通過霧化制粉以及通過對粉坯的熱擠壓來進行的。通常在對粉末制備時的方法主要是通過了超音速的霧化法，在應用這種方法時是我們可以應用高速脈沖以及高頻的氣流等技術對金屬液流進行沖擊，達到細小的粉碎，再均勻的熔滴，這樣便可以冷卻凝固得到更為細小的粉末。通過這種霧化方法所得到的粉末會更為光滑，它的尺寸也較細小。另外，如果是通過熱擠壓方法時主要是通過壓頭進行預壓，此時的粉末可以通過熱度以及力的作用下達到變形，最后通過粘結以及咬合來達到結合的目的。如果是做擠壓時最好應用大擠壓，可以更為有效的打碎粉末當中一些較為粗大的物層，實現彌散相。

4 應用發展前景

（1）應用快速凝固技術主要是為了可以更好的提高耐熱鋁合金的熱能以及提高它的彈性模量。由于當前鋁合金理論在不斷的進行完善，處理工藝與成型技術也有所提高，對此，快速凝固技術的性能在一定程度上已經好于鈦合金，由于它的價格較低，并且質量較輕，在成本上也易于控制，所以，如果應用在飛機的發動機裝置上面，是可以達到代替鈦合金的作用，在很大程度上可以減輕質量，同時也可以降低成本，達到良好的經濟效益。

（2）快速凝固技術應用在鋁合金發展當中也會存在一些問題，比如存在較差的斷裂韌性，疲勞、高成本、溫脆性較差以及較低的蠕變強度等方面，對此，我們可以從幾方面進行處理：1）通過優化合金當中的一些成分，可以發揮出它的潛能，達到高性能；2）提高對它的理論研究，更為深入的找出它的耐熱機理因素，從而用來提高它的綜合性；3）要結合先進技術，提高它的工藝處理，減少支出的成本，從而提高它的實用化進程，可以通過處理高溫構件，制造發動機的葉片以及翼片，也可以通過散熱片以及渦輪部件等的處理方法。此外，由于快速凝固可以降低它的密度，并且成本也較低，價格便宜，所以不存在一些戰略元素，從而可以達到材料開發的需要滿足的低成本、高性能等方面的要求，其發展前景是非常廣泛的。

5 結語

快速凝固技術一般指的是在材料工程與科學研究當中相對較活躍的一個技術領域，也是作為在金屬材料當中具有發展前景以及潛在性能的一種重要新材料。在當前已經得到了更為廣泛的發展要求，從而也研發出了性能更良好的合金材料。由于快速凝固技術具有良好的耐磨性、較高的熱強性能、高強度等一些優點，而從它的綜合力性能來看有著較為特殊的物理性能，并且已經作為一種新型材料得到廣泛的應用，有著良好的發展前景。

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