D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.05.021 第17卷第5期 北京科技大学学报 Vol.17 No.5 1995 10 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct1995 喷涂成形的MA SiCp/A1复合材料显微组织 赵青1)杨让2)车成卫2) I)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100832)北京科技大学材料系 摘要采用机械合金化方法制备SiC即复合材料粉末，以喷涂方式成形，对不同喷涂方式得到 的涂层的显微结构进行对比，并者重对爆炸喷涂所获得的独特组织结构一一A,O,非晶相和弥散 分布的SiCp、进行了观察和分析. 关键词金属复合材料，显微组织/机械合金化，喷涂成形 中图分类号TB333,TG115.2 Microstructure of Spray Formed MA SiCp/Al Composites Zhao Qing Yang Rang)Che Chengwei?) 1)State Key Laboartory for Advanced Metallic Materials.USTB.Beijing 100083 2)Department of Material Science and Engineering.USTB ABSTRACT The SiCp/Al composite powders are prepared by mechinical alloying and formed by spraying.The microstructure of the sprayed layers which were formed by dif- ferent method is compared.The amorphous Al,O:and dispersive SiCp formed by ex- plosive spring was analysised mainly. KEY WORDS metallic matrix composites,microstructure(metallography)/mechanical al- loying,spray forming 不连续增强的金属基复合材料可采用常规的液相冶金和粉未冶金工艺制备，其中碳化硅 颗粒(SiCp)增强的铝基复合材料，已成为航空航天材料的一个发展方向.) 由于液态铝合金对SCp不浸润，在液相冶金工艺中难以加人大量细小的SCp增强体， 粉末冶金工艺可将基体相和增强体粉木机械混合后，压制烧结或以其他方式成形.本文采用 机械合金化装置混粉、喷涂成形的工艺路线· 机械合金化(Mechanical Alloying,简称MA)过程34，主要是通过一个高速转子推动容 器中的磨球运动、碰撞，从而形成一个高能球磨的过程，此间，加人的金属粉末反复地断 裂、冷焊，逐渐达到原子级的混合而成为合金.Mahanty等Is曾用MA方式制备7010-5% SiCp(体积)复合材料.本文以预合金化的MR64粉末与SiCp经MA混合后，以喷涂方式 (包括等离子喷涂和爆炸喷涂方式)成形.本文重点分析涂层的显微结构， 1994-09-21收稿第一作者女25岁硕士
第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 幼 日 改 望巧 喷涂成形 的 复合材料显微组织 赵 青 ’ 杨 让 “ 车成卫 “ 北 京科 技大学 新 金 属 材料 国家重点 实验 室 ， 北 京 北 京科技大 学材料 系 摘要 采用 机械合金 化方法 制备 复合材料 粉末 ， 以 喷涂方式成形 对不 同 喷 涂方 式 得 到 的涂层 的 显微结构进行 对 比 ， 并着重对爆炸喷涂所 获得 的 独 特组 织 结 构 一月 非 晶相 和 弥 散 分 布 的 ， 进 行 了 观 察和 分 析 关键词 金 属复 合材 料 ， 显微组织 机 械合金 化 ， 喷涂 成形 中图分类号 ， ” ，夕” 伊、 改” 一 ， 一 一 ， ， ， ， 不 连 续 增 强 的金 属基 复合材料 可 采用 常规 的液 相 冶 金 和 粉 末冶金工 艺制备 ， 其 中碳 化 硅 颗粒 增 强 的铝基 复 合 材料 ， 已 成 为航 空 航 天 材 料 的一 个 发展方 向 ’ ， “ 由于 液 态铝 合金 对 不 浸 润 ， 在 液相 冶 金 工 艺 中难 以 加 人 大 量 细 小 的 增 强 体 ， 粉末 冶金 工 艺 可 将 基 体相 和 增 强 体粉 末机械 混 合后 ， 压制 烧 结 或 以 其 他方式成形 本 文 采用 机械合 金 化 装置 混 粉 、 喷涂 成 形 的工 艺路 线 机械合 金 化 伍 ， 简称 过 程 ’ ‘ 〕 ， 主要 是通过 一个 高 速 转子 推动容 器 中的磨球运 动 、 碰撞 ， 从 而 形 成一 个 高 能球 磨 的 过 程 此 间 ， 加 人 的金 属 粉 末 反 复 地 断 裂 、 冷焊 ， 逐渐 达到 原子 级 的混 合而 成 为合金 等 ’ 曾用 方式 制 备 一 体积 复 合材 料 本 文 以 预 合金 化 的 粉 末 与 经 混 合 后 ， 以 喷 涂 方 式 包括等 离 子 喷涂 和爆 炸 喷涂 方 式 成形 本 文 重 点分 析涂层 的显微结构 卯 一 田 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 硕 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．05．021
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第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 幼 日 改 望巧 喷涂成形 的 复合材料显微组织 赵 青 ’ 杨 让 “ 车成卫 “ 北 京科 技大学 新 金 属 材料 国家重点 实验 室 ， 北 京 北 京科技大 学材料 系 摘要 采用 机械合金 化方法 制备 复合材料 粉末 ， 以 喷涂方式成形 对不 同 喷 涂方 式 得 到 的涂层 的 显微结构进行 对 比 ， 并着重对爆炸喷涂所 获得 的 独 特组 织 结 构 一月 非 晶相 和 弥 散 分 布 的 ， 进 行 了 观 察和 分 析 关键词 金 属复 合材 料 ， 显微组织 机 械合金 化 ， 喷涂 成形 中图分类号 ， ” ，夕” 伊、 改” 一 ， 一 一 ， ， ， ， 不 连 续 增 强 的金 属基 复合材料 可 采用 常规 的液 相 冶 金 和 粉 末冶金工 艺制备 ， 其 中碳 化 硅 颗粒 增 强 的铝基 复 合 材料 ， 已 成 为航 空 航 天 材 料 的一 个 发展方 向 ’ ， “ 由于 液 态铝 合金 对 不 浸 润 ， 在 液相 冶 金 工 艺 中难 以 加 人 大 量 细 小 的 增 强 体 ， 粉末 冶金 工 艺 可 将 基 体相 和 增 强 体粉 末机械 混 合后 ， 压制 烧 结 或 以 其 他方式成形 本 文 采用 机械合 金 化 装置 混 粉 、 喷涂 成 形 的工 艺路 线 机械合 金 化 伍 ， 简称 过 程 ’ ‘ 〕 ， 主要 是通过 一个 高 速 转子 推动容 器 中的磨球运 动 、 碰撞 ， 从 而 形 成一 个 高 能球 磨 的 过 程 此 间 ， 加 人 的金 属 粉 末 反 复 地 断 裂 、 冷焊 ， 逐渐 达到 原子 级 的混 合而 成 为合金 等 ’ 曾用 方式 制 备 一 体积 复 合材 料 本 文 以 预 合金 化 的 粉 末 与 经 混 合 后 ， 以 喷 涂 方 式 包括等 离 子 喷涂 和爆 炸 喷涂 方 式 成形 本 文 重 点分 析涂层 的显微结构 卯 一 田 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 硕 士
第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 幼 日 改 望巧 喷涂成形 的 复合材料显微组织 赵 青 ’ 杨 让 “ 车成卫 “ 北 京科 技大学 新 金 属 材料 国家重点 实验 室 ， 北 京 北 京科技大 学材料 系 摘要 采用 机械合金 化方法 制备 复合材料 粉末 ， 以 喷涂方式成形 对不 同 喷 涂方 式 得 到 的涂层 的 显微结构进行 对 比 ， 并着重对爆炸喷涂所 获得 的 独 特组 织 结 构 一月 非 晶相 和 弥 散 分 布 的 ， 进 行 了 观 察和 分 析 关键词 金 属复 合材 料 ， 显微组织 机 械合金 化 ， 喷涂 成形 中图分类号 ， ” ，夕” 伊、 改” 一 ， 一 一 ， ， ， ， 不 连 续 增 强 的金 属基 复合材料 可 采用 常规 的液 相 冶 金 和 粉 末冶金工 艺制备 ， 其 中碳 化 硅 颗粒 增 强 的铝基 复 合 材料 ， 已 成 为航 空 航 天 材 料 的一 个 发展方 向 ’ ， “ 由于 液 态铝 合金 对 不 浸 润 ， 在 液相 冶 金 工 艺 中难 以 加 人 大 量 细 小 的 增 强 体 ， 粉末 冶金 工 艺 可 将 基 体相 和 增 强 体粉 末机械 混 合后 ， 压制 烧 结 或 以 其 他方式成形 本 文 采用 机械合 金 化 装置 混 粉 、 喷涂 成 形 的工 艺路 线 机械合 金 化 伍 ， 简称 过 程 ’ ‘ 〕 ， 主要 是通过 一个 高 速 转子 推动容 器 中的磨球运 动 、 碰撞 ， 从 而 形 成一 个 高 能球 磨 的 过 程 此 间 ， 加 人 的金 属 粉 末 反 复 地 断 裂 、 冷焊 ， 逐渐 达到 原子 级 的混 合而 成 为合金 等 ’ 曾用 方式 制 备 一 体积 复 合材 料 本 文 以 预 合金 化 的 粉 末 与 经 混 合 后 ， 以 喷 涂 方 式 包括等 离 子 喷涂 和爆 炸 喷涂 方 式 成形 本 文 重 点分 析涂层 的显微结构 卯 一 田 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 硕 士
第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 幼 日 改 望巧 喷涂成形 的 复合材料显微组织 赵 青 ’ 杨 让 “ 车成卫 “ 北 京科 技大学 新 金 属 材料 国家重点 实验 室 ， 北 京 北 京科技大 学材料 系 摘要 采用 机械合金 化方法 制备 复合材料 粉末 ， 以 喷涂方式成形 对不 同 喷 涂方 式 得 到 的涂层 的 显微结构进行 对 比 ， 并着重对爆炸喷涂所 获得 的 独 特组 织 结 构 一月 非 晶相 和 弥 散 分 布 的 ， 进 行 了 观 察和 分 析 关键词 金 属复 合材 料 ， 显微组织 机 械合金 化 ， 喷涂 成形 中图分类号 ， ” ，夕” 伊、 改” 一 ， 一 一 ， ， ， ， 不 连 续 增 强 的金 属基 复合材料 可 采用 常规 的液 相 冶 金 和 粉 末冶金工 艺制备 ， 其 中碳 化 硅 颗粒 增 强 的铝基 复 合 材料 ， 已 成 为航 空 航 天 材 料 的一 个 发展方 向 ’ ， “ 由于 液 态铝 合金 对 不 浸 润 ， 在 液相 冶 金 工 艺 中难 以 加 人 大 量 细 小 的 增 强 体 ， 粉末 冶金 工 艺 可 将 基 体相 和 增 强 体粉 末机械 混 合后 ， 压制 烧 结 或 以 其 他方式成形 本 文 采用 机械合 金 化 装置 混 粉 、 喷涂 成 形 的工 艺路 线 机械合 金 化 伍 ， 简称 过 程 ’ ‘ 〕 ， 主要 是通过 一个 高 速 转子 推动容 器 中的磨球运 动 、 碰撞 ， 从 而 形 成一 个 高 能球 磨 的 过 程 此 间 ， 加 人 的金 属 粉 末 反 复 地 断 裂 、 冷焊 ， 逐渐 达到 原子 级 的混 合而 成 为合金 等 ’ 曾用 方式 制 备 一 体积 复 合材 料 本 文 以 预 合金 化 的 粉 末 与 经 混 合 后 ， 以 喷 涂 方 式 包括等 离 子 喷涂 和爆 炸 喷涂 方 式 成形 本 文 重 点分 析涂层 的显微结构 卯 一 田 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 硕 士
·502· 北京科技大学学报 1995年No.5 明显的结合面，达到了冶金结合，透射电镜的观察不仅证实了这一点，而且由基体衍射可知 MA过程得到的形变组织也得以保留，这主要是因为等离子喷涂的全过程（包括加热、送粉 到喷涂在基板上)只有几秒钟，钢板的导热性能很好，很难发生回复和再结晶， 图3)中SiCp上缠结着位错，这是因为基体铝合金比SiCp塑性变形的能力大得多， 在变形过程中，一旦SiCp嵌人基体之中，两者极大的变形不相容性会在界面产生很大的应 力，喷涂的加热过程使应力松弛，从而在SiC印表面上产生大量位错，这种现象表明 SiCp/MR64界面结合紧密，应力松弛也不能使界面脱粘， (3)爆炸喷涂层的显微结构 透射电镜下所见的均匀衬度区的电子衍射表明爆炸喷涂层不是晶体，X射线衍射表明 图中30°~50°之间有包状峰形成，而经真空退火后，这种包状峰消失，它表明在真空退火 之前存在非晶相，退火使之晶化. 粉末样品和等离子喷涂层中均未发现非晶，因而非晶一定产生于爆炸喷涂过程，爆炸喷 涂中粉末飞行速度可达1200ms,温升不超过100℃，高速度粉末所带来的动能及MA过程 中粉末所贮存的大量变形能，当粉末撞击到基底钢板时迅速转化为热能，使熔点不足600℃ 的铝合金迅速熔化，液体在室温下的基底上激冷形成非晶体· 3结论 (I)机械合金化可使SiCp与铝合金均匀混合，得到理想的复合材料粉末. (2)等离子喷涂可充分地保留机械合金化过程所得到的良好的组织结构，使SiCp均匀 弥散地分布在基体上， (3)爆炸喷涂不仅能保留机械合金化过程所得到的良好的组织结构，而且可带来激冷过 程，产生非晶相， 参考文献 1 Girot P A,Quenisset J M,Naslain R.Discontinuously Reinforced Aluminum Matrix Composites. Composite Science and Technology,1987,30:155 2 Sritharan T.Metal and Ceramic Matrix Composites.In:The Minerals.Metals Materials Society.Modeling and Behavior.Pennsylvania,1990.13 3 Benjamin J S.Dispersion Strengthened Superalloys by Mechanical Alloying.Metallurgical Transactions,1970(1):2943 4 Gilman P S,Benjamin J S.Mechanical Alloying.Annual Review of Materials Science,1983.275 5 Mahanty G.Powder Metallurgy and Related High Temperature Materials.Switzerland:Trans Tech Publications,1989.747
· 印 北 京 科 技 大 学 学 报 年 明显 的结合 面 ， 达到 了冶金 结合 透射 电镜 的观 察不仅证实 了这 一点 ， 而且 由基体衍射 可知 过程 得到 的形 变组织也得 以 保 留 这 主要 是 因为等离子 喷涂 的全过 程 包括加热 、 送 粉 到喷涂在基板上 只有 几秒钟 ， 钢板 的导热性 能很好 ， 很难发生 回复和再结 晶 图 中 上 缠结着 位 错 ， 这 是 因 为基 体铝 合 金 比 塑 性 变 形 的 能 力 大 得 多 ， 在 变形 过程 中 ， 一旦 嵌人基体之 中 ， 两者极大 的变形 不相 容性 会 在 界 面 产 生 很 大 的应 力 ， 喷 涂 的 加 热 过 程 使 应 力 松 弛 ， 从 而 在 表 面 上 产 生 大 量 位 错 这 种 现 象 表 明 阿 研 界 面结合 紧密 ， 应力松弛也不 能使界 面脱粘 爆炸 喷涂层 的显微结构 透射 电镜下 所见 的均匀衬度 区 的 电子衍射表 明爆炸喷 涂 层 不 是 晶 体 射 线 衍 射 表 明 图 中 一 之 间有 包状峰形 成 ， 而 经真空退 火后 ， 这种包状峰消失 ， 它表 明在 真 空 退 火 之前存在非 晶相 ， 退火使之 晶化 粉末样 品和 等离子 喷涂层 中均未 发现非 晶 ， 因而非 晶一定 产生于爆 炸 喷涂过程 爆 炸 喷 涂 中粉末 飞行 速 度可达 ， 温 升不超过 ℃ ， 高速 度粉末所带来的动能及 过程 中粉末所贮存的大量 变形 能 ， 当粉末撞 击到基底钢板 时迅 速转化 为热能 ， 使熔点不 足 印 ℃ 的铝 合金 迅 速熔 化 ， 液体在 室 温下 的基底上激冷形成非 晶体 结论 机械 合金 化可使 与铝合金 均 匀混合 ， 得到理 想 的复合材料粉末 等 离子 喷涂可充分 地 保 留机械合金 化过程 所 得到 的 良好 的组织 结构 ， 使 均 匀 弥散地分布在基 体上 爆炸 喷涂不 仅能保 留机械合金 化过 程所得 到 的 良好 的组织结 构 ， 而且 可 带来激冷 过 程 ， 产生非 晶相 参 考 文 献 如 ， ， ， ， 而 ， ， 而 · ， ， 而 ， ‘ 份 拙