·154· 北京科技大学学报 2003年第2期 Alisi (a) 的形成自由能具有最大的负值，说明在本合金熔 体中TiC的形成趋势最强.从图1的结果也表明 煮 反应是按Ti+C(s)→TiC(s)进行的.深入研究表明： 在本合金熔体中原位反应生成TC颗粒时，扩散 Fe Fe 机制和溶解-析出机制同时存在阿.在生成TC颗 Vyhe07 粒的过程中，在较低温度时整个反应过程由扩散 0 4 8 12 16 20 机制控制，在较高温度时由溶解-析出机制控制. (b) 在本实验中，由于T粉和C粉预压的反应块是在 S 熔体较高温度下加入的，在熔体高温作用下，熔 体浸入反应块中使其发生热爆合成反应，直接生 成TiC颗粒.由于反应过程很快，所生成的TiC颗 Fe 粒尺寸细小，并在热爆的作用下，合成的TC颗 粒均匀地分布在熔体中 Fe 在合金熔体中原位反应形成TiC后，紧接着 12 16 进行喷射沉积，含有TiC颗粒的合金液流在高压 (c) 气体的作用下雾化成细小的液滴，这些液滴的平 均尺寸可以由下式计算阿： 山+护 吃 其中，d是熔滴的质量平均粒径（即质量累积率 为50%时的筛孔直径)：k是由实验确定的常数， 当雾化气体为氮气时，k=51.7:0为金属熔体的 0 6 表面张力，此时o。=0.599N/m:d为导流管内径， V/keV 3.5mm:pa是液体合金的密度，2400kgm':nm=1.5 图4合金中A相(aB相b)和C相(c)的EDS衍射谱 ×10Nsm2和n.=8.3×10Ns/m2分别为金属熔体 Fig.4 EDS analyses of phases of the two materials,(a) 和雾化气体的动力粘度：V为雾化气体出口的速 phase A;(b)phase B;(c)phase C 率，此时为300m/s:和J分别是气体和金属熔 体的质量流率， 0 由上式计算该实验中雾化液滴的平均尺寸 为54.55m.假设液滴在任何时候都是等温的， 当由外部散热控制时，其冷却速度为向： -50 T=ShAT Cd 其中，h=k/d,k=2.59WmK为气体的热导： 西 ●Fe,C △T=1000K为合金熔体与冷却气体的温度差：C -100 oAl Ti 班总 =1.18×103Jkg.K为合金熔体热容；d为合金液 o(1/3)ALC, 滴直径. ■AlFe 因此，直径为54.55m的合金液滴的冷却速 150 ◆SiC 度可达到10Ks以上.由于雾化液滴的冷却速度 较高，大多数尺寸较小的合金液滴在其到达接收 基板之前已基本上凝固成固态粉末，而尺寸较大 -200 05001000150020002500 的合金液滴在到达接收基板之前则处于半凝固 T/K 状态，从而在沉积坯件的上表面形成一半固态薄 图5各相形成自由能与温度的关系曲线 层，随着基底的传热和雾化气流的对流以较慢的 Fig.5 Curves of the free energy of formation to tempera- 冷却速度凝固，最终形成致密的沉积坯件， ture for different phases北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 侧 顺 、 、 漱 、 。 。 ， 。 ，。 ，‘飞 ︸ 侧 攀 的形成 自由能具有最 大 的负值 ， 说 明在本合 金熔 体 中 的形 成 趋 势 最 强 从 图 的结 果 也 表 明 反应 是 按 进 行 的 深 入研 究表 明 在本 合 金熔 体 中原位 反应 生成 颗 粒 时 ， 扩 散 机制和 溶解一 析 出机制 同时存在【习 在生 成 颗 粒 的过程 中 ， 在较低温度 时整个 反应过程 由扩 散 机制控 制 ， 在较 高温度 时 由溶解一 析 出机制控制 在本 实验 中 ， 由于 粉 和 粉 预 压 的反应 块 是 在 熔 体较 高温度 下 加 入 的 ， 在熔体 高温 作用 下 ， 熔 体浸 入 反应 块 中使其 发 生热爆合 成 反应 ， 直接 生 成 颗 粒 由于 反应 过 程 很 快 ， 所 生 成 的 颗 粒 尺 寸细 小 ， 并在热 爆 的作 用 下 ， 合 成 的 颗 粒 均匀 地分 布在熔 体 中 在 合 金 熔 体 中原位 反应 形 成 后 ， 紧接 着 进 行 喷射沉 积 ， 含 有 颗粒 的合 金 液 流 在 高 压 气体 的作用 下 雾化成细 小 的液滴 ， 这 些 液滴 的平 均 尺 寸可 以 由下 式计 算‘司 ， 一 “ 瓢 田犷 其 中 ， 诱 。 是熔 滴 的质 量 平 均粒 径 即质 量 累 积 率 为 时 的筛 孔 直 径 机是 由实 验 确 定 的 常 数 ， 当雾 化 气体 为氮 气 时 ， 肠 氏 为 金 属熔 体 的 表 面 张 力 ， 此 时氏 为 导流 管 内径 ， 是 液体合 金 的密度 ， 创 耘 ‘ 份 加 和 叮 ‘ ， 分 别 为金 属熔 体 和 雾化 气体 的动 力粘 度 物 为雾化气 体 出 口 的速 率 ， 此 时 为 凡和 分别 是 气 体和 金属熔 体 的质 量 流 率 由 上 式 计 算 该 实 验 中 雾 化 液 滴 的平 均 尺 寸 为 阿 假 设液 滴在任何 时候 都 是 等温 的 ， 当 由外 部散热控制 时 ， 其 冷 却 速 度 为“ ， 以 沪嘴 冲 人 奋 一‘ 侧 攀 ︸ 图 合金 中 相 尹 相 向和 相 的 衍射谱 幻片 ， 血 卜互五全二’ ， ‘ 。 坏 扮 图 各 相 形 成 自由能与温 度的 关 系曲线 触 留 加 幻 比 其 中 ， 棍， 棍 · 抓 ， · ， 为气 体 的热 导 △几 为合 金熔 体 与 冷 却 气 体 的温 度 差 ‘ ， · ， 为合 金熔 体热 容 为合 金 液 滴 直径 因此 ， 直 径 为 卜 的合 金 液 滴 的冷 却 速 度 可 达 到 少幻 以上 由于 雾 化 液滴 的冷 却 速度 较 高 ， 大 多数尺 寸较 小 的合 金 液滴 在 其 到达 接 收 基板之 前 已基 本上 凝 固成 固态粉末 ， 而 尺 寸较 大 的合 金 液滴 在 到达接 收基 板 之 前 则 处 于 半凝 固 状态 ， 从 而在沉积 坯 件 的上表 面 形 成 一 半 固态薄 层 ， 随着基底 的传热和 雾化气 流 的对 流 以较慢 的 冷 却 速 度 凝 固 ， 最 终 形 成 致 密 的沉 积 坯 件 硼姗 一︵。日 ， 超扭皿籍砷立︾镬决