快速凝固/粉末冶金技術制備高性能高溫鋁合金及其復合材料的進展

李沛勇

（1.中國航發北京航空材料研究院，北京 100095；2.北京市先進鋁合金材料及應用工程技術研究中心，北京 100095；3.先進復合材料重點實驗室，北京 100095）

快速凝固（Rapid solidification，RS）是指冷卻速率達104℃/s以上的凝固過程[1]，其冷卻速率是傳統的鑄錠冶金（Ingot metallurgy，IM）工藝的1000倍以上。快速凝固的優點包括[1–3]：（1）增大溶質元素的固溶度；（2）細化晶粒和強化相；（3）減小或消除成分偏析；（4）形成過渡相；（5）形成非晶和納米晶；（6）形成準晶。

自20世紀50年代以來已出現了許多快速凝固工藝，其中霧化和熔體快淬工藝已進入實際應用。近30多年來，快速凝固（RS）與粉末冶金（Powder metallurgy，PM）結合的工藝（RS/PM）已成功用于制備高溫合金、

鈦合金和鋁合金等金屬結構材料。鋁合金作為一種輕質金屬材料，具有比強度高、成本低等特點，廣泛應用于航空航天和交通領域。但用作結構材料的傳統鋁合金（主要包括2XXX、6XXX系和7XXX系）耐熱溫度（長期工作溫度）不超過120～150℃[4]。因為超過該溫度，會導致過時效，出現合金中的過渡強化相粗化或向其平衡相[θ（Al2Cu）、S（Al2CuMg）、β（Mg2Si）、η（MgZn2）]轉變，最終導致合金的強度明顯下降。鈦合金的耐熱溫度可達到400～550℃[4]，但鈦合金的密度比鋁合金大30%～35%。目前在200～400℃長時間應用領域，因傳統鋁合金耐熱性能不能滿足要求而仍然選用鈦合金。

為滿足航空航天和汽車領域對耐熱溫度為200～400℃的輕質金屬材料的需求，自20世紀80年代開始，借助快速凝固技術，國內外開發了一系列的高性能高溫鋁合金，這些高溫鋁合金的耐熱溫度達到350℃左右[4]，通常包含了過渡族（TM）或/和稀土（RE）元素，且合金元素含量高。不同于傳統鋁合金，高溫鋁合金不能采用IM工藝制備，而只適合采用快速凝固或機械合金化工藝制備。……