D0I:10.13374/i.issm1001t63.2010.02.012 第32卷第2期 北京科技大学学报 Vol 32 No 2 2010年2月 Journal of Un iversity of Science and Technobgy Beijng Feb 2010 Mn对喷射沉积A一25 Si-xFe-Mn合金中Fe相的 影响 黄海军)张济山2)冯皓) 1)中国电器科学研究院工业产品环境适应性国家重点实验室，广州510300 2)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要通过喷射沉积工艺制备了A~25SxFe-Mn(Mne质量比在0~1之间)系列合金的沉积坯，利用SEM、XRD和 EDX对这些沉积坯的微观组织进行分析.结果表明，添加Mn元素，将生成颗粒状的a-Ah5(FeM)3S,取代了针状的- AlFeSi和B-AbFeS相，从而显著地改善高硅铝合金中的Fe相的形貌，并且随着Mn尔e质量比的提高，沉积坯中颗粒状的 a-Al5(FeMn)3S含量也增加，而针状相的含量却减少，当Mn尔e质量比增加到0.83或1时，在沉积坯中只发现颗粒状的 a-Als (Fe Mn)3Si 关键词硅铝合金；铁相：锰；喷射沉积 分类号TG146.2 Effect of M n on Fe phases in spray -deposited A 1-25SixFe yM n alloys HUANG Hai-jun,ZHANG Ji-shan,FENG Hao) 1)Stae Key Labomatory of EnvimmenlAdaptbility for Industrial Products China Electric Apparatis Research Instite Guanghou 510300 China 2)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials University of Science and Technolgy Beijng Beijing 100083 China ABSTRACT A125SixFeyMn alloys with the mass ratio ofMn to Fe between 0 and 1 were synthesized by spray deposition The mi crostnucture of the spray-deposited prefoms was investigated by SEM.XRD and EDX.The results indicated thatMn addition coul in- prove the morpholgy of Fe phases through fom ing particulate aAls (Fe Mn)s Si phase to replace acicular AlFeSi and BA FeSi phases W hen the mass ratio ofMn to Fe increased the amount of particulate aAls(Fe Mn)3 Si phase woul increase whereas the amount of acicular phases reduced When the mass mtio of Mn to Fe increased to0.83 or only particulate aAls (Fe Mn)sSi phase coul be observed in the deposited prefom. K EY WORDS hypereutectic AlSi alloys imn phases manganese spray deposition 高硅铝合金具有低的热膨胀系数和较好的耐磨 金中，添加中和元素Mn可以改善Fe相的形貌，使 性能，因此是一种制备汽车发动机活塞衬套的理想 针状的A厂SiFe三元Fe相转变为汉字状的A厂Si 材料，一般来说，硅铝合金只能在200℃以下的场 FeMn四元Fe相，从而提高合金的性能[3-可).目前， 合中应用)，然而汽车发动机的工作温度为250~ 关于在喷射沉积高硅铝合金中添加Mn对Fe相的 300℃，因此需要提高高硅铝合金的热稳定性.在高 影响的相关研究甚少，因此，本文研究了Mn对喷射 硅铝合金中加入Fe可以提高合金的热稳定性；然 沉积A厂25 Si-xFe-Mn合金中Fe相的影响. 而，在铸造的硅铝合金中，Fe常以粗大的针状Fe相 出现，其对合金的断裂韧性、疲劳强度和后续加工性 1实验方法 能都不利).值得注意的是，在常规的铸造硅铝合 实验所用原料为：工业纯AI工业纯FeA厂 收稿日期：2009-06-29 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(N。2006CB605204) 作者简介：黄海军(1982人男，硕士研究生：张济山(I957一b男，教授，博士生导师，Email hangjs@public b:net en
第 32卷 第 2期 2010年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．2 Ｆｅｂ．2010 Ｍｎ对喷射沉积 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ合金中 Ｆｅ相的 影响 黄海军 1） 张济山 2） 冯 皓 1） 1） 中国电器科学研究院工业产品环境适应性国家重点实验室广州 510300 2） 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京 100083 摘 要 通过喷射沉积工艺制备了 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ（Ｍｎ／Ｆｅ质量比在 0～1之间 ）系列合金的沉积坯利用 ＳＥＭ、ＸＲＤ和 ＥＤＸ对这些沉积坯的微观组织进行分析．结果表明添加 Ｍｎ元素将生成颗粒状的 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2取代了针状的 δ-- Ａｌ4ＦｅＳｉ2和 β--Ａｌ5ＦｅＳｉ相从而显著地改善高硅铝合金中的 Ｆｅ相的形貌并且随着 Ｍｎ／Ｆｅ质量比的提高沉积坯中颗粒状的 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2含量也增加而针状相的含量却减少当 Ｍｎ／Ｆｅ质量比增加到 0∙83或 1时在沉积坯中只发现颗粒状的 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2． 关键词 硅铝合金；铁相；锰；喷射沉积 分类号 ＴＧ146∙2 ＥｆｆｅｃｔｏｆＭｎｏｎＦｅｐｈａｓｅｓｉｎｓｐｒａｙ-ｄｅｐｏｓｉｔｅｄＡｌ-25Ｓｉ-ｘＦｅ-ｙＭｎａｌｌｏｙｓ ＨＵＡＮＧＨａｉ-ｊｕｎ 1）ＺＨＡＮＧＪｉ-ｓｈａｎ 2）ＦＥＮＧＨａｏ 1） 1） ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＡｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＡｐｐａｒａｔｕｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｕａｎｇｚｈｏｕ510300Ｃｈｉｎａ 2） ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｔａｌｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｌ-25Ｓｉ-ｘＦｅ-ｙＭｎａｌｌｏｙｓｗｉｔｈｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆＭｎｔｏＦｅｂｅｔｗｅｅｎ0ａｎｄ1ｗｅｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｓｐｒａｙｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｉ- ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｐｒａｙ-ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｐｒｅｆｏｒｍｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＳＥＭＸＲＤａｎｄＥＤＸ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＭｎａｄｄｉｔｉｏｎｃｏｕｌｄｉｍ- ｐｒｏｖｅｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＦｅｐｈａｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｆｏｒｍｉｎｇｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅα-Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2ｐｈａｓｅｔｏｒｅｐｌａｃｅａｃｉｃｕｌａｒδ-Ａｌ4ＦｅＳｉ2ａｎｄβ-Ａｌ5ＦｅＳｉ ｐｈａｓｅｓ．ＷｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆＭｎｔｏＦｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅα-Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2ｐｈａｓｅｗｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｗｈｅｒｅａｓｔｈｅ ａｍｏｕｎｔｏｆａｃｉｃｕｌａｒｐｈａｓｅｓｒｅｄｕｃｅｄ．ＷｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆＭｎｔｏＦｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏ0∙83ｏｒ1ｏｎｌｙｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅα-Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 ｐｈａｓｅｃｏｕｌｄｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｐｒｅｆｏｒｍ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｈｙｐｅｒｅｕｔｅｃｔｉｃＡｌ-Ｓｉａｌｌｏｙｓ；ｉｒｏｎｐｈａｓｅ；ｍａｎｇａｎｅｓｅ；ｓｐｒａｙｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 收稿日期：2009--06--29 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目 （Ｎｏ．2006ＣＢ605204） 作者简介：黄海军 （1982— ）男硕士研究生；张济山 （1957— ）男教授博士生导师Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｓ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｂｔａ．ｎｅｔ．ｃｎ 高硅铝合金具有低的热膨胀系数和较好的耐磨 性能因此是一种制备汽车发动机活塞衬套的理想 材料．一般来说硅铝合金只能在 200℃以下的场 合中应用 ［1］然而汽车发动机的工作温度为 250～ 300℃因此需要提高高硅铝合金的热稳定性．在高 硅铝合金中加入 Ｆｅ可以提高合金的热稳定性；然 而在铸造的硅铝合金中Ｆｅ常以粗大的针状 Ｆｅ相 出现其对合金的断裂韧性、疲劳强度和后续加工性 能都不利 ［2］．值得注意的是在常规的铸造硅铝合 金中添加中和元素 Ｍｎ可以改善 Ｆｅ相的形貌使 针状的 Ａｌ--Ｓｉ--Ｆｅ三元 Ｆｅ相转变为汉字状的Ａｌ--Ｓｉ-- Ｆｅ--Ｍｎ四元 Ｆｅ相从而提高合金的性能 ［3--5］．目前 关于在喷射沉积高硅铝合金中添加 Ｍｎ对 Ｆｅ相的 影响的相关研究甚少．因此本文研究了 Ｍｎ对喷射 沉积 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ合金中 Ｆｅ相的影响． 1 实验方法 实验所用原料为：工业纯 Ａｌ、工业纯 Ｆｅ、Ａｌ-- DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．02．012
.220 北京科技大学学报 第32卷 10%Mn中间合金和A-36.3%S中间合金（质量分 的针状Fe相均匀地分布在a一A基体上，初生S相 数)，沉积锭是在本实验室的喷射沉积设备上制备 的尺寸为4~16m,针状Fe相的长度为3~15m 的，喷射沉积的主要工艺参数是：雾化温度为 另外，从图1(a)中可知，部分粗大的初生S相分布 850℃，雾化气体为普通氮气，雾化气压为0.6MPa 在针状Fe相的边界，这些初生S相可能是依附在 导流管内径为3.0mm,沉积距离为460mm.通过喷 针状Fe相的界面上而发生了形核、长大，图1(b) 射沉积工艺，制备了A厂25 Si-xFe-Mn(MnFe质 为A厂25Si5Fe-2.6Mn合金(MnFe比值为0.52) 量比为01)系列合金的沉积坯，在每种沉积锭的 沉积坯的SEM照片.与图l(a)对比可知，将Mn加 中心部位截取试样，以用于微观组织分析，利用金 入喷射沉积高硅铝合金后，可以显著改善F相的形 相显微镜(OM)、ZE ISS SUPRA55型场发射扫描电 貌，沉积坯中针状Fe相的数量减少，而出现许多尺 镜(SEM)、Philips APD-10型X射线衍射仪等仪器 寸为13m颗粒状的Fe相.另外，从图1(c)中可 对试样的微观组织进行分析 以明显地观察到，随着MnFe比值提高到0.83时， 在A-25Si3Fe-2.5Mn合金沉积坯中，Fe相仅以颗 2实验结果 粒状形态出现.当MnFe比值进一步增加到l时， 图1(a)为A-25si5Fe合金沉积坯的SEM照 在A25Si2.5Fe-2.5Mn合金沉积坯中的Fe相也 片·从图中可知，深灰色的块状初生$相和亮灰色 仅以颗粒状形态出现（图1(d)) 图1高硅铝合金沉积坯的SM照片.(a)A25s5F6(b)A25si5Fe2.6Mr(c)A25s3Fe2.5Mm(d)A25Si2.5Fe-2.5Mn Fig 1 SEM inages of the spray deposited hyperutectic AlSialloys (a)Al-25Si5F (b)AH25Si5Fe2.6Mn (c)A1-25Si3Fe2.5Mn (d)A 25Si2.5Fe2.5Mn 对A上25Si5Fe合金沉积坯进行X射线衍射 所示.当MnFe比值进一步增加到I时，也只出现 (XRD)分析，其结果如图2(a)所示.A厂25Si厂5Fe 了a-Als(FoMn)3S这一种Fe相的衍射峰，如 合金沉积坯是由a-A1S相、6-AlFeSi(简称ò)和 图2(d)所示. B-AkFeSi简称B)组成.值得注意的是，XRD结果 对A一25Si5Fe高硅铝合金中的针状Fe相进 行能量扩散X射线(EDX份析可得（表1），其是由 表明（图2(b)),当添加Mn之后，A厂25Si5Fe- AlS和Fe三种元素构成，化学式为Ab..o?FeSi..3 2.6Mn合金沉积坯中出现了a-Al5(FeMn)3S 与AbFs接近.在图1(a)中难以区分6和B这是 相.当Mn乍e比值增加到0.83时，只发现a- 由两者形貌十分相似导致的[O.同样，对A25Si Als(FoMn)3S这一种Fe相的衍射峰，如图2(c) 5Fe-2.6Mn合金的沉积坯中的针状和颗粒状的Fe
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 10％Ｍｎ中间合金和 Ａｌ--36∙3％Ｓｉ中间合金 （质量分 数 ）．沉积锭是在本实验室的喷射沉积设备上制备 的喷 射 沉 积 的 主 要 工 艺 参 数 是：雾 化 温 度 为 850℃雾化气体为普通氮气雾化气压为 0∙6ＭＰａ 导流管内径为 3∙0ｍｍ沉积距离为 460ｍｍ．通过喷 射沉积工艺制备了 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ（Ｍｎ／Ｆｅ质 量比为 0～1）系列合金的沉积坯在每种沉积锭的 中心部位截取试样以用于微观组织分析．利用金 相显微镜 （ＯＭ）、ＺＥＩＳＳＳＵＰＲＡ55型场发射扫描电 镜 （ＳＥＭ）、ＰｈｉｌｉｐｓＡＰＤ--10型 Ｘ射线衍射仪等仪器 对试样的微观组织进行分析． 2 实验结果 图 1（ａ）为 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ合金沉积坯的 ＳＥＭ照 片．从图中可知深灰色的块状初生 Ｓｉ相和亮灰色 的针状 Ｆｅ相均匀地分布在 α--Ａｌ基体上初生 Ｓｉ相 的尺寸为 4～16μｍ针状 Ｆｅ相的长度为 3～15μｍ． 另外从图 1（ａ）中可知部分粗大的初生 Ｓｉ相分布 在针状 Ｆｅ相的边界这些初生 Ｓｉ相可能是依附在 针状 Ｆｅ相的界面上而发生了形核、长大．图 1（ｂ） 为 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ--2∙6Ｍｎ合金 （Ｍｎ／Ｆｅ比值为 0∙52） 沉积坯的 ＳＥＭ照片．与图 1（ａ）对比可知将 Ｍｎ加 入喷射沉积高硅铝合金后可以显著改善 Ｆｅ相的形 貌沉积坯中针状 Ｆｅ相的数量减少而出现许多尺 寸为1～3μｍ颗粒状的 Ｆｅ相．另外从图1（ｃ）中可 以明显地观察到随着 Ｍｎ／Ｆｅ比值提高到 0∙83时 在 Ａｌ--25Ｓｉ--3Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金沉积坯中Ｆｅ相仅以颗 粒状形态出现．当 Ｍｎ／Ｆｅ比值进一步增加到 1时 在 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金沉积坯中的 Ｆｅ相也 仅以颗粒状形态出现 （图 1（ｄ））． 图 1 高硅铝合金沉积坯的 ＳＥＭ照片．（ａ）Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ；（ｂ）Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ--2∙6Ｍｎ；（ｃ）Ａｌ--25Ｓｉ--3Ｆｅ--2∙5Ｍｎ；（ｄ）Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ Ｆｉｇ．1 ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｓｐｒａｙ-ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｈｙｐｅｒｅｕｔｅｃｔｉｃＡｌ-Ｓｉａｌｌｏｙｓ：（ａ） Ａｌ-25Ｓｉ-5Ｆｅ；（ｂ） Ａｌ-25Ｓｉ-5Ｆｅ-2∙6Ｍｎ；（ｃ） Ａｌ-25Ｓｉ-3Ｆｅ-2∙5Ｍｎ；（ｄ） Ａｌ- 25Ｓｉ-2∙5Ｆｅ-2∙5Ｍｎ 对 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ合金沉积坯进行 Ｘ射线衍射 （ＸＲＤ）分析其结果如图 2（ａ）所示．Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ 合金沉积坯是由 α--Ａｌ、Ｓｉ相、δ--Ａｌ4ＦｅＳｉ2（简称 δ）和 β--Ａｌ5ＦｅＳｉ（简称 β）组成．值得注意的是ＸＲＤ结果 表明 （图 2（ｂ））当添加 Ｍｎ之后Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ-- 2∙6Ｍｎ合金沉积坯中出现了 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相．当 Ｍｎ／Ｆｅ比 值 增 加 到 0∙83时只 发 现 α-- Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2这一种 Ｆｅ相的衍射峰如图 2（ｃ） 所示．当 Ｍｎ／Ｆｅ比值进一步增加到 1时也只出现 了 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 这一种 Ｆｅ相的衍射峰如 图 2（ｄ）所示． 对 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ高硅铝合金中的针状 Ｆｅ相进 行能量扩散 Ｘ射线 （ＥＤＸ）分析可得 （表 1）其是由 Ａｌ、Ｓｉ和 Ｆｅ三种元素构成化学式为 Ａｌ5∙07ＦｅＳｉ1∙30 与 Ａｌ5ＦｅＳｉ接近．在图1（ａ）中难以区分 δ和 β这是 由两者形貌十分相似导致的 ［6］．同样对Ａｌ--25Ｓｉ-- 5Ｆｅ--2∙6Ｍｎ合金的沉积坯中的针状和颗粒状的 Ｆｅ ·220·
第2期 黄海军等：Mn对喷射沉积A一25 Si-xFe-y n合金中Fe相的影响 .221. 由图4可知，A厂25Si2.5Fe2.5Mn合金过喷粉的 ●o-Al,(Fe.Mn)Si △ ■6 XRD谱图中发现了a~Als(FeMn)3Si、6和B三 ◆B △a-A1 者的衍射峰.通过以上分析可得，在A厂25Si A Si 2.5Fe-2.5Mn合金的过喷粉中，存在枝晶形态的a- Als(FeMn)3S相、针状的ò和B三种Fe相. d。 (c) 20 30 40 50 60 20m 图2高硅合金沉积坯的XRD图谱 Fg 2 Xmay diffraction pattem of the spray deposited hypereutectic AHSi alloys 内02m 相进行EDX分析可得（表2），两者都是由Al Si Fe 图3A-25Si2.5Fe-2.5Mn合金过喷粉的SEM照片 和Mn四种元素组成，针状相的化学式为Ak.g(F。 Fig 3 SEM mnage of the overspmyed powders of the Al25Si Mn)S.2,与A(FeMn)St接近，颗粒相的化学式 2.5Fe-2.5Mn alloy 为Ala.2(FeMn)3S.,接近于Al5(FoMn)3Sb 表3A厂25Si2.5Fe-2.5Mn高硅铝合金中Fe相的EDX分析结果 因此，SEM、XRD和EDX三种测试结果相互之间都 (原子百分数) 能很好地吻合 Table3 Energy spectnm mesults (atm percent)of Fe phases n the 表1A厂25S一5Fe高硅铝合金沉积坯中Fc相的EDX分析结果（原 deposit of the A 25Si2.5Fe2.5Mn alloy % 子分数) 样品 Al Si Fe Mn 对应相 Table 1 Energy spectnm mesults of Fe phases in the deposit of the Al- 74.1011.776.557.59a-Ah5(FoMn)3sb 25Si5Fe alloy % 过喷粉 55.5931.256.836.336-Ak(f0Mn)se 相 Al Si Fe 对应相 铸锭72.8511.138.447.58a-Ah5(feMn)3S2 针状相 68.81 17.64 13.56 BAkFeSi 表2A厂25S5Fe-2.6Mn高硅铝合金沉积坯中Fe相的EDX分析 △ △-A1 结果（原子分数） 8000 ASi Table 2 Energy spectnm results of Fe phases n the deposit of the Al- ■8 % ●a-Al-Fe,MnSi 25Si5Fe2.6Mn alloy ◆B 相 Al Si Fe Mn 对应相 针状相53.4332.979.344.266-Ak(FoMn)S2 颗粒相72.1312.336.618.93a-Al5(FeMn)3S2 2(000 在制备A一25Si2.5Fe-2.5Mn合金沉积坯的 。。 同时，还收集了该合金的过喷粉，以研究喷射沉积工 05 20 0 40 50 60 艺中的雾化和沉积这两个主要过程分别对A25S 20 图4A厂25Si2.5Fe-2.5Mn合金过喷粉的XRD图谱 2.5Fe2.5Mn合金微观组织产生的影响.图3为 Fig 4 X-may diffmaction gmaph of the overspmyed powders of the Al A25Si2.5Fe-2.5Mn合金过喷粉的SEM照片， 25Si2.5Fe2.5Mn alloy 从图中可知，Fe相呈现枝晶和针状两种形态.表3 中的能谱分析结果表明，枝晶形态的Fe相是由Al 图5为铸造A25Si2.5Fe-2.5Mn合金的 SiFe和Mn四种元素组成，化学式为Al.2(Fo SEM照片，从图中可以发现，在铸造A一25Si Mn)3S.9,接近于Als(FoMn)3S,针状的Fe相也 2.5Fe-2.5Mn合金中存在枝晶形态的亮灰色相，对 是由Al Si Fe和Mn四种元素组成，化学式为 该枝晶相进行EDX分析可得（表3），其是由A1Si Al.2(FoMn)S.3,接近于A1(FoMn)St:另外， FeMn四种元素组成，化学式为Al.4(Fo
第 2期 黄海军等： Ｍｎ对喷射沉积 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ合金中 Ｆｅ相的影响 图 2 高硅合金沉积坯的 ＸＲＤ图谱 Ｆｉｇ．2 Ｘ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｓｐｒａｙ-ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｈｙｐｅｒｅｕｔｅｃｔｉｃ Ａｌ-Ｓｉａｌｌｏｙｓ 相进行 ＥＤＸ分析可得 （表 2）两者都是由 Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ 和 Ｍｎ四种元素组成针状相的化学式为 Ａｌ3∙93（Ｆｅ Ｍｎ）Ｓｉ2∙42与 Ａｌ4（ＦｅＭｎ）Ｓｉ2接近颗粒相的化学式 为 Ａｌ13∙92 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2∙37接近于 Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2． 因此ＳＥＭ、ＸＲＤ和 ＥＤＸ三种测试结果相互之间都 能很好地吻合． 表 1 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ高硅铝合金沉积坯中 Ｆｅ相的 ＥＤＸ分析结果 （原 子分数 ） Ｔａｂｌｅ1 ＥｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍｒｅｓｕｌｔｓｏｆＦｅｐｈａｓｅｓｉｎｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｏｆｔｈｅＡｌ- 25Ｓｉ-5Ｆｅａｌｌｏｙ ％ 相 Ａｌ Ｓｉ Ｆｅ 对应相 针状相 68∙81 17∙64 13∙56 β-Ａｌ5ＦｅＳｉ 表 2 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ--2∙6Ｍｎ高硅铝合金沉积坯中 Ｆｅ相的 ＥＤＸ分析 结果 （原子分数 ） Ｔａｂｌｅ2 ＥｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍｒｅｓｕｌｔｓｏｆＦｅｐｈａｓｅｓｉｎｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｏｆｔｈｅＡｌ- 25Ｓｉ-5Ｆｅ-2∙6Ｍｎａｌｌｏｙ ％ 相 Ａｌ Ｓｉ Ｆｅ Ｍｎ 对应相 针状相 53∙43 32∙97 9∙34 4∙26 δ--Ａｌ4（ＦｅＭｎ）Ｓｉ2 颗粒相 72∙13 12∙33 6∙61 8∙93 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 在制备 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金沉积坯的 同时还收集了该合金的过喷粉以研究喷射沉积工 艺中的雾化和沉积这两个主要过程分别对Ａｌ--25Ｓｉ-- 2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金微观组织产生的影响．图 3为 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金过喷粉的 ＳＥＭ照片． 从图中可知Ｆｅ相呈现枝晶和针状两种形态．表 3 中的能谱分析结果表明枝晶形态的 Ｆｅ相是由 Ａｌ、 Ｓｉ、Ｆｅ和 Ｍｎ四种元素组成化学式为 Ａｌ15∙72 （Ｆｅ Ｍｎ）3Ｓｉ2∙49接近于 Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2针状的 Ｆｅ相也 是由 Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ和 Ｍｎ四种元素组成化学式为 Ａｌ4∙22（ＦｅＭｎ）Ｓｉ2∙37接近于 Ａｌ4（ＦｅＭｎ） Ｓｉ2．另外 由图 4可知Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金过喷粉的 ＸＲＤ谱图中发现了 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2、δ和 β三 者的 衍 射 峰．通 过 以 上 分 析 可 得在 Ａｌ--25Ｓｉ-- 2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金的过喷粉中存在枝晶形态的 α-- Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2相、针状的 δ和 β三种 Ｆｅ相． 图 3 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金过喷粉的 ＳＥＭ照片 Ｆｉｇ．3 ＳＥＭ ｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｏｖｅｒ-ｓｐｒａｙｅｄｐｏｗｄｅｒｓｏｆｔｈｅＡｌ-25Ｓｉ- 2∙5Ｆｅ-2∙5Ｍｎａｌｌｏｙ 表 3 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ高硅铝合金中 Ｆｅ相的 ＥＤＸ分析结果 （原子百分数 ） Ｔａｂｌｅ3 Ｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍｒｅｓｕｌｔｓ（ａｔｏｍｐｅｒｃｅｎｔ） ｏｆＦｅｐｈａｓｅｓｉｎｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｏｆｔｈｅＡｌ-25Ｓｉ-2∙5Ｆｅ-2∙5Ｍｎａｌｌｏｙ ％ 样品 Ａｌ Ｓｉ Ｆｅ Ｍｎ 对应相 过喷粉 74∙10 11∙77 6∙55 7∙59 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 55∙59 31∙25 6∙83 6∙33 δ--Ａｌ4（ＦｅＭｎ）Ｓｉ2 铸锭 72∙85 11∙13 8∙44 7∙58 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 图 4 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金过喷粉的 ＸＲＤ图谱 Ｆｉｇ．4 Ｘ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｐｈｏｆｔｈｅｏｖｅｒ-ｓｐｒａｙｅｄｐｏｗｄｅｒｓｏｆｔｈｅＡｌ- 25Ｓｉ-2∙5Ｆｅ-2∙5Ｍｎａｌｌｏｙ 图 5为铸造 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金的 ＳＥＭ照 片从 图 中 可 以 发 现在 铸 造 Ａｌ--25Ｓｉ-- 2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金中存在枝晶形态的亮灰色相对 该枝晶相进行 ＥＤＸ分析可得 （表 3）其是由 Ａｌ、Ｓｉ、 Ｆｅ、Ｍｎ四 种 元 素 组 成化 学 式 为 Ａｌ13∙64 （Ｆｅ ·221·
.222 北京科技大学学报 第32卷 Mn)3S.s,接近于Al5(FeMn)3St:另外，由图6在.综上所述，选择合适的Mn饣e比值，能够使喷射 的XRD分析结果可知，铸造A厂25Si2.5Fe2.5Mn 沉积A厂25 Si-xFe-Mn合金中的Fe相完全以颗粒 合金是由a-AlSi相和a-Al5(FoMn)3S三者 状形态存在 组成， 对于A一25Si5Fe合金，合金中只存在针状的 ò和B相这两种Fe相.然而，当Mn添加到高硅铝 合金中时，a-Al5(F。Mn)3S相成为一种稳定相， 其将在合金凝固过程中析出·Gw等认为，添加 Mn元素到A厂Si合金中，能够扩大a-Al5(Fo Mn)3St相区，从而在Fe含量很高的情况下，也可 能形成a一Als(FoMn)3St相.C rikel等的研究 结果表明，在A-8Si3Cu合金中，当MnFe比值为 I004m 0.6~0.7时，针状Fe相可以完全消除.因此，当 MnFe比值提高时，可能导致a-Al5(FeMn)3Si 图5铸造A厂25si2.5Fe-2.5Mn合金的SEM照片 Fig 5 SEM mage of the as cast A 25Si2.5Fe2.5Mn alloy 相区的扩大，当MnFe比值达到某个值或者某个值 域之间时，针状Fe相完全转化为a一As(Fo 15000 Mn)3St相，对于A25 Si-xFe-Mn合金，在喷射 A0-A1 沉积条件下，当MnFe比值为0.83或者l时，Fe相 12000 ASi ·c-Al,(Fe,MnSi 完全为颗粒状的a-Als(FeMn)3S相. 9000 在A25Si2.5Fe-2.5Mn合金的过喷粉和铸 60 锭中a-Al5(FoMn)3S都呈现枝晶形态（图3和 图5)，然而在其沉积坯中，a-Als(FeMn)3S相却 3000 为颗粒状，这主要与喷射沉积工艺中的雾化和沉积 这两个主要过程的凝固机理有关 0 20 40 在雾化过程中，高压高速的雾化气体(N2或 20w A)经雾化喷嘴冲击熔融的金属或合金液流，将液 图6铸造A厂25Si2.5Fe一2.5Mn合金的XRD图谱 Fig 6 X-may diffraction pattem of the as cast Al25Si2.5Fe2.5Mn 流雾化成弥散细小的雾化颗粒；雾化颗粒在高速气 alloy 流动量作用下加速，并与气流进行强烈的热交换；到 达沉积表面以前，小于某一临界尺寸的雾化颗粒凝 3分析与讨论 固成为固体颗粒，较大尺寸的仍然为液态，而中间尺 寸的雾化颗粒则为含有一定比例液相的半凝固颗 通过以上实验结果可知，对于喷射沉积A 粒，在雾化过程中，合金熔体经受的冷却速率高达 25si5Fe合金，Fe相以针状6和B的形态出现，当 10~10K·g1[.过喷粉是合金熔体经氨气雾化 添加Mn到喷射沉积A厂SiFe合金中时，将形成颗 后直接得到的产物，其经受的冷却速率较大，从而在 粒状的a~Als(FoMn)3S相，取代部分针状的ò A一25Si2.5Fe-2.5Mn合金的过喷粉中存在亚稳、 和B相，并且随着颗粒状的a-Als(F。Mn)3S:相 针状的δ和B相（图3和图4） 含量的增加，针状的ò和B相的含量却不断减少 在沉积过程，不断有大量高速飞行的雾化颗粒 对于A-25Si5Fe-2.6MnA-25Si3Fe-2.5Mn和 撞击到接收基板上，雾化颗粒在接收基板上累积成 A-25si2.5Fe-2.5Mn合金，它们三者的MnFe质 沉积物，在沉积过程前期，高速飞行的熔滴撞击到 量比分别为0.520.83和1通过以上分析可得：随 接收基板上，迅速凝结并发生凝固，此时沉积物在很 着MnFe比值的提高，合金中颗粒状的a-Als(Fe 短的时间内沉积长大；当沉积物增长到一定尺寸后， Mn)3S相含量随之增加，而针状相含量却减少；当 沉积物向接收基板输出的热量减少，沉积物上表面 MnFe比值达到0.83时，针状的δ和B相完全消 将会形成一定厚度的半固态层，这时，沉积物表面的 失，合金中只存在颗粒状的Fe相；当Mn乍e进一步 冷却速率仅为1~10K.s1o) 提高到1时，合金中的Fe相仍仅以颗粒状形态存 Liang等研究了单个雾化颗粒的冲击沉积物
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 Ｍｎ）3Ｓｉ2∙08接近于 Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2．另外由图 6 的 ＸＲＤ分析结果可知铸造 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ 合金是由 α--Ａｌ、Ｓｉ相和 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 三者 组成． 图 5 铸造 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金的 ＳＥＭ照片 Ｆｉｇ．5 ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｔｈｅａｓ-ｃａｓｔＡｌ-25Ｓｉ-2∙5Ｆｅ-2∙5Ｍｎａｌｌｏｙ 图 6 铸造 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金的 ＸＲＤ图谱 Ｆｉｇ．6 Ｘ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅａｓ-ｃａｓｔＡｌ-25Ｓｉ-2∙5Ｆｅ-2∙5Ｍｎ ａｌｌｏｙ 3 分析与讨论 通过以上实验结果可知对于喷射沉积 Ａｌ-- 25Ｓｉ--5Ｆｅ合金Ｆｅ相以针状 δ和 β的形态出现当 添加 Ｍｎ到喷射沉积 Ａｌ--Ｓｉ--Ｆｅ合金中时将形成颗 粒状的 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相取代部分针状的 δ 和 β相并且随着颗粒状的 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相 含量的增加针状的 δ和 β相的含量却不断减少． 对于 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ--2∙6Ｍｎ、Ａｌ--25Ｓｉ--3Ｆｅ--2∙5Ｍｎ和 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金它们三者的 Ｍｎ／Ｆｅ质 量比分别为 0∙52、0∙83和 1．通过以上分析可得：随 着 Ｍｎ／Ｆｅ比值的提高合金中颗粒状的 α--Ａｌ15（Ｆｅ Ｍｎ）3Ｓｉ2相含量随之增加而针状相含量却减少；当 Ｍｎ／Ｆｅ比值达到 0∙83时针状的 δ和 β相完全消 失合金中只存在颗粒状的 Ｆｅ相；当 Ｍｎ／Ｆｅ进一步 提高到 1时合金中的 Ｆｅ相仍仅以颗粒状形态存 在．综上所述选择合适的 Ｍｎ／Ｆｅ比值能够使喷射 沉积 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ合金中的 Ｆｅ相完全以颗粒 状形态存在． 对于 Ａｌ--25Ｓｉ--5Ｆｅ合金合金中只存在针状的 δ和 β相这两种 Ｆｅ相．然而当 Ｍｎ添加到高硅铝 合金中时α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相成为一种稳定相 其将在合金凝固过程中析出．Ｇｏｗｒｉ等 ［7］认为添加 Ｍｎ元素到 Ａｌ--Ｓｉ合金中能够扩大 α--Ａｌ15 （Ｆｅ Ｍｎ）3Ｓｉ2相区从而在 Ｆｅ含量很高的情况下也可 能形成 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相．Ｃｒｉｋｅｌ等 ［8］的研究 结果表明在 Ａｌ--8Ｓｉ--3Ｃｕ合金中当 Ｍｎ／Ｆｅ比值为 0∙6～0∙7时针状 Ｆｅ相可以完全消除．因此当 Ｍｎ／Ｆｅ比值提高时可能导致 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相区的扩大当 Ｍｎ／Ｆｅ比值达到某个值或者某个值 域之 间 时针 状 Ｆｅ相 完 全 转 化 为 α--Ａｌ15 （Ｆｅ Ｍｎ）3Ｓｉ2相．对于 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ合金在喷射 沉积条件下当 Ｍｎ／Ｆｅ比值为 0∙83或者 1时Ｆｅ相 完全为颗粒状的 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2相． 在 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金的过喷粉和铸 锭中 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 都呈现枝晶形态 （图 3和 图 5）然而在其沉积坯中α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2相却 为颗粒状这主要与喷射沉积工艺中的雾化和沉积 这两个主要过程的凝固机理有关． 在雾化过程中高压高速的雾化气体 （Ｎ2 或 Ａｒ）经雾化喷嘴冲击熔融的金属或合金液流将液 流雾化成弥散细小的雾化颗粒；雾化颗粒在高速气 流动量作用下加速并与气流进行强烈的热交换；到 达沉积表面以前小于某一临界尺寸的雾化颗粒凝 固成为固体颗粒较大尺寸的仍然为液态而中间尺 寸的雾化颗粒则为含有一定比例液相的半凝固颗 粒．在雾化过程中合金熔体经受的冷却速率高达 10 3～10 4Ｋ·ｓ —1［9］．过喷粉是合金熔体经氮气雾化 后直接得到的产物其经受的冷却速率较大从而在 Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金的过喷粉中存在亚稳、 针状的 δ和 β相 （图 3和图 4）． 在沉积过程不断有大量高速飞行的雾化颗粒 撞击到接收基板上雾化颗粒在接收基板上累积成 沉积物．在沉积过程前期高速飞行的熔滴撞击到 接收基板上迅速凝结并发生凝固此时沉积物在很 短的时间内沉积长大；当沉积物增长到一定尺寸后 沉积物向接收基板输出的热量减少沉积物上表面 将会形成一定厚度的半固态层这时沉积物表面的 冷却速率仅为 1～10Ｋ·ｓ —1 ［10］． Ｌｉａｎｇ等 ［11］研究了单个雾化颗粒的冲击沉积物 ·222·
第2期 黄海军等：Mn对喷射沉积A厂25 Si-xFe-yM n合金中Fe相的影响 .223. 表面的形变情况，其结果表明：对于NA和A厂6Si下，可能使较小尺寸的枝晶a一Al5(F。Mn)3S相 合金，雾化颗粒冲击沉积物表面时发生了严重形变， 破碎，另外，沉积物表面高温熔池的球化作用，又使 雾化颗粒的应变和应变速率分别高达400%和 A25-xFe-Mn合金沉积坯中的a-Al5(Fo 10§，使雾化颗粒中的部分枝晶发生严重形变而 Mn)3St相呈现颗粒状， 断裂；同样，A25Si2.5Fe-2.5Mn合金的雾化颗粒 (個态或者半固态雾化颗粒)中已形成的枝晶状 参考文献 a-AI5(F6Mn)3S相，冲击沉积物表面时，会发生 [1]Zhou J Duszczyk J Korevaar B M.As"spray deposited stmchre 严重形变，甚至发生破碎， of an A 120Si5Fe Osprey prefom and its development durng sub- 另外，雾化液滴撞击沉积表面不只是单个雾化 sequent pmcessing J Mater Sci 1991 26,5275 液滴的行为，它是一个非常复杂的动态、瞬时、高能、 [2]YiJZ Gao Y X.Lee P D.et al Effect of Fe-content on fatigue 高频和高速的过程，不同状态、不同尺寸、不同速度 crack initiation and propagation in a cast abm inumsilicon alby (A356-T6).Mater Sci Eng A 2004.386,396 和不同密度分布的大量的雾化液滴随机地、动态瞬 [3]Kin H Y,Par T Y,Han SW,etal Effects ofMn on the crystal 时地、非连续地轰击沉积物表面，同时实现雾化液滴 stmuctume of aAl(Fe Mn)Si particles in A356 alloys J Cryst 和沉积物的能量、动量和热量的交换，从而使沉积物 Gxh200629L,207 表面的半固态层具有半固态流变的特性，半固态层 [4]K i H Y,Han S W,Lee H M.The nfhence of Mn and Cr on 在高应变速率条件下，它的黏度显著下降，从而容易 the tensile pmperties of A3560.20Fe alby Mater Lett 2006. 60.1880 使已形成的枝晶相发生变形和断裂，它的显微组织 [5]Shabestari S G The effect of iron and manganese on the fomation 形成可能类似于半固态流变铸造过程，对于雾化过 of intemetallie capounds n ahm nmsilicon alloys Mater Sci 程或沉积过程中形核、长大的a一A(F。Mn)3S。 EngA2004.383.289 相，当它们还未长大成为较大尺寸的枝晶时，在沉积 [6]Srivastava V C Ghosal P Micmostructure S N M icrostrusture and 物表面半固态流变层的剪切力的作用下，将使已形 phase fomation n spmy deposited AH8%Si5%Fe-1.5%Cu al loy Ma ter Lett 2002 56.797 成的a-Al5(F。Mn)3S相发生严重变形，甚至可 [7]Gowri$SamuelS H.Effect of alloying elments on the solidifica- 能发生破碎.值得注意的是，在喷射沉积过程中，α- tion characteristics and micmstructure of ASiCuMg Fe 380 al As(FeMn)3S相的晶粒非常细小，其具备非常高 by Metall Mater Tmans A 1994.25.437 的比表面能，从而使破碎后的细小α-As(F。 [8]Crkel J Pfeiffer W D.Sabath G.et al Effect of zino irn and manganese on the pmoperties of A SiCus-type alloys Ahm inum Mn)3S相易于在高温半固态层中发生球化， 198661,917 4结论 [9]Bereta LA.FerrariniC F.Botta FW J etal Micmstuchure and mechanical pmperties of spray codeposited A.9w%Si3.2 (l)添加Mn元素到喷射沉积高硅铝合金中， wi%Cu-0.9 wt%Fe+(A13 wt%Mn4 wt%Si)p campos 将形成颗粒状的a-Al5(FoMn)3St相，而针状的6 ite J Alloys Campd 2007.434/435(31):371 [10]Zhang JS CuiH.Duan X J etal Analysis of solidification be- 和B相却减少 havior n spray deposited prefom )-calculation results for (2)MnFe质量比是衡量喷射沉积A厂25Si AlCu alby J Univ SciTechnol Beijng 1997.19(1):28 xFeˉMn合金中Fe相的球化效果好坏的重要参数， (张济山，崔华，段先进，等.雾化喷射沉积成形中沉积体内 当MnFe比值为0.83或1时，合金中的Fe相仅以 的凝固过程（Ⅱ）一A厂Cu合金的计算.北京科技大学学 报，1997,19(1)：28) 颗粒状的a~Al5(FoMn)3S相形式存在· [11]Liang X.Lavemia E J Evolution of nteraction domnain m icm- (3)沉积过程中，在雾化颗粒对沉积物表面的 struchire during spray deposition Metall Mater Trans A 1994. 冲击力和沉积物表面紊流层的剪切力的共同作用 25.2341
第 2期 黄海军等： Ｍｎ对喷射沉积 Ａｌ--25Ｓｉ--ｘＦｅ--ｙＭｎ合金中 Ｆｅ相的影响 表面的形变情况其结果表明：对于 Ｎｉ3Ａｌ和 Ａｌ--6Ｓｉ 合金雾化颗粒冲击沉积物表面时发生了严重形变 雾化颗粒的应变和应变速率分别高达 400％和 10 6ｓ —1使雾化颗粒中的部分枝晶发生严重形变而 断裂；同样Ａｌ--25Ｓｉ--2∙5Ｆｅ--2∙5Ｍｎ合金的雾化颗粒 （固态或者半固态雾化颗粒 ）中已形成的枝晶状 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2相冲击沉积物表面时会发生 严重形变甚至发生破碎． 另外雾化液滴撞击沉积表面不只是单个雾化 液滴的行为它是一个非常复杂的动态、瞬时、高能、 高频和高速的过程不同状态、不同尺寸、不同速度 和不同密度分布的大量的雾化液滴随机地、动态瞬 时地、非连续地轰击沉积物表面同时实现雾化液滴 和沉积物的能量、动量和热量的交换从而使沉积物 表面的半固态层具有半固态流变的特性．半固态层 在高应变速率条件下它的黏度显著下降从而容易 使已形成的枝晶相发生变形和断裂它的显微组织 形成可能类似于半固态流变铸造过程．对于雾化过 程或沉积过程中形核、长大的 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相当它们还未长大成为较大尺寸的枝晶时在沉积 物表面半固态流变层的剪切力的作用下将使已形 成的 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相发生严重变形甚至可 能发生破碎．值得注意的是在喷射沉积过程中α-- Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2相的晶粒非常细小其具备非常高 的比表面能从而使破碎后的细小 α--Ａｌ15 （Ｆｅ Ｍｎ）3Ｓｉ2相易于在高温半固态层中发生球化． 4 结论 （1） 添加 Ｍｎ元素到喷射沉积高硅铝合金中 将形成颗粒状的 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2相而针状的 δ 和 β相却减少． （2） Ｍｎ／Ｆｅ质量比是衡量喷射沉积 Ａｌ--25Ｓｉ-- ｘＦｅ--ｙＭｎ合金中 Ｆｅ相的球化效果好坏的重要参数 当 Ｍｎ／Ｆｅ比值为 0∙83或 1时合金中的 Ｆｅ相仅以 颗粒状的 α--Ａｌ15（ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2相形式存在． （3） 沉积过程中在雾化颗粒对沉积物表面的 冲击力和沉积物表面紊流层的剪切力的共同作用 下可能使较小尺寸的枝晶 α--Ａｌ15 （ＦｅＭｎ）3Ｓｉ2 相 破碎另外沉积物表面高温熔池的球化作用又使 Ａｌ--25--ｘＦｅ--ｙＭｎ合 金 沉 积 坯 中 的 α--Ａｌ15 （Ｆｅ Ｍｎ）3Ｓｉ2相呈现颗粒状． 参 考 文 献 ［1］ ＺｈｏｕＪＤｕｓｚｃｚｙｋＪＫｏｒｅｖａａｒＢＭ．Ａｓ-ｓｐｒａｙ-ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆａｎＡｌ-20Ｓｉ-5ＦｅＯｓｐｒｅｙｐｒｅｆｏｒｍａｎｄｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｕｒｉｎｇｓｕｂ- ｓｅｑｕｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＪＭａｔｅｒＳｃｉ199126：5275 ［2］ ＹｉＪＺＧａｏＹＸＬｅｅＰＤｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｏｆＦｅ-ｃｏｎｔｅｎｔｏｎｆａｔｉｇｕｅ ｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎａｃａｓｔａｌｕｍｉｎｕｍ-ｓｉｌｉｃｏｎａｌｌｏｙ （Ａ356-Ｔ6）．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ2004386：396 ［3］ ＫｉｍＨＹＰａｒｋＴＹＨａｎＳＷｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＭｎｏｎｔｈｅｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆα-Ａｌ（ＦｅＭｎ）ＳｉｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎＡ356ａｌｌｏｙｓ．ＪＣｒｙｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ2006291：207 ［4］ ＫｉｍＨＹＨａｎＳＷＬｅｅＨＭ．ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＭｎａｎｄＣｒｏｎ ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡ356-0∙20Ｆｅａｌｌｏｙ．ＭａｔｅｒＬｅｔｔ2006 60：1880 ［5］ ＳｈａｂｅｓｔａｒｉＳＧ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｉｒｏｎａｎｄｍａｎｇａｎｅｓｅｏｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓｉｎａｌｕｍｉｎｕｍ-ｓｉｌｉｃｏｎａｌｌｏｙｓ．ＭａｔｅｒＳｃｉ ＥｎｇＡ2004383：289 ［6］ ＳｒｉｖａｓｔａｖａＶＣＧｈｏｓａｌＰＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅＳＮ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｓｔｕｒｅａｎｄ ｐｈａｓｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｓｐｒａｙ-ｄｅｐｏｓｉｔｅｄＡｌ-18％Ｓｉ-5％Ｆｅ-1∙5％Ｃｕａｌ- ｌｏｙ．ＭａｔｅｒＬｅｔｔ200256：797 ［7］ ＧｏｗｒｉＳＳａｍｕｅｌＳＨ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａ- ｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ-Ｍｇ-Ｆｅ380ａｌ- ｌｏｙ．ＭｅｔａｌｌＭａｔｅｒＴｒａｎｓＡ199425：437 ［8］ ＣｒｉｋｅｌＪＰｆｅｉｆｆｅｒＷ ＤＳａｂａｔｈＧｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｚｉｎｃｉｒｏｎａｎｄ ｍａｎｇａｎｅｓｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡｌＳｉ8Ｃｕ3-ｔｙｐｅａｌｌｏｙｓ．Ａｌｕｍｉｎｕｍ 198661：917 ［9］ ＢｅｒｅｔａＬＡＦｅｒｒａｒｉｎｉＣＦＢｏｔｔａＦＷ Ｊｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｐｒａｙｃｏ-ｄｅｐｏｓｉｔｅｄＡｌ-8∙9ｗｔ．％ Ｓｉ-3∙2 ｗｔ．％ Ｃｕ-0∙9ｗｔ．％ Ｆｅ＋（Ａｌ-3ｗｔ．％ Ｍｎ-4ｗｔ．％ Ｓｉ）ｐｃｏｍｐｏｓ- ｉｔｅ．ＪＡｌｌｏｙｓＣｏｍｐｄ2007434／435（31）：371 ［10］ ＺｈａｎｇＪＳＣｕｉＨＤｕａｎＸＪｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｅ- ｈａｖｉｏｒｉｎｓｐｒａｙｄｅｐｏｓｉｔｅｄｐｒｅｆｏｒｍ （Ⅱ ）—ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒ Ａｌ-Ｃｕａｌｌｏｙ．ＪＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌＢｅｉｊｉｎｇ199719（1）：28 （张济山崔华段先进等．雾化喷射沉积成形中沉积体内 的凝固过程 （Ⅱ ）———Ａｌ--Ｃｕ合金的计算．北京科技大学学 报199719（1）：28） ［11］ ＬｉａｎｇＸＬａｖｅｒｎｉａＥＪ．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｄｏｍａｉｎｍｉｃｒｏ- ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｕｒｉｎｇｓｐｒａｙｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＭｅｔａｌｌＭａｔｅｒＴｒａｎｓＡ1994 25：2341 ·223·
