邱婷婷等:粉末冶金铝合金烧结致密化过程 ·1077· (b) 图1原料粉的扫描电镜形貌图.(a)A:(b)Al-12Si:(c)Cu:(d)A-50Mg Fig.1 SEM images of raw material powders:(a)Al:(b)Al-12i:(c)Cu:(d)Al-50Mg (b) Al-12Si Al-50Mg Cu 50四 20四 图2生坯形貌.(a)低倍形貌:(b)碎屑聚集区域 Fig.2 SEM images of the green compact:(a)low magnification image:(b)area of accumulated fragment 此外,经460℃保温后的铝合金坯体内存在大量的 Al的原子分数分别为32.72%和67.28%,为Al,Cu 孔洞.根据Al-Mg相图,在450℃时Al-Mg可发生 相.图3(c)为Al粉和Cu粉扩散边界的形貌. 共晶反应形成液相.由于Mg在A!中的扩散系数为 综上所述,在烧结初始阶段,坯体内会首先形成 4.7×10“m2s-,因此Mg原子可以快速扩散到 Al-Mg合金液相,Mg原子分别扩散至Al或A-Si Al粉表面或ASi粉末中,并与氧化膜发生反应,破 粉末中,破除氧化膜,形成A一Mg一0等化合物,而 除氧化膜,使得原A一Mg粉末所在位置成为孔 AlCu发生互扩散形成A山,Cu.此阶段内,相对密度 洞,阿.图3(b)为Mg扩散至ASi颗粒中形成的 由生坯的89%下降至83%,这主要是由于A1-Mg 黑色网状组织.经能谱(EDS)检测,灰色相含有的 颗粒形成液相留下孔洞,以及热膨胀、弹性膨胀产生 Al、Mg、Si,原子分数分别为38.86%、25.42%和 应力松弛所造成的. 12.45%,为A1-MgSi相.黑色相中的A、Mg和02.1.2快速致密化阶段(460-560℃) 元素含量较高,原子分数分别为23.58%、31.42% 图4(a)为在560℃保温60min后微观组织.由 和34.79%,这可能是由于Mg与氧化膜反应生成了 图可以看出,经此阶段保温后,除三角晶界处的较大 A-Mg0化合物0-20.此外,在450℃,A1、Cu之间 尺寸孔洞外,基体已基本填充致密,相对密度约为 互扩散系数分别为6.5×10-19和1.1×10-“m2· 94%.由于AlCu之间持续互扩散,不断形成A山,Cu s1,因此在460℃下A1和Cu元素会发生互扩 金属间化合物,在550℃时发生共晶反应形成A一 散阿.从图3(a)可以看出,Cu扩散至Al颗粒后, C山共晶液相,液相在毛细管力的作用下不断填充颗 可生成大量点状或针状析出物.经能谱分析,C山与 粒边界缝隙及小孔.随温度升高或保温时间的延邱婷婷等: 粉末冶金铝合金烧结致密化过程 图 1 原料粉的扫描电镜形貌图. ( a) Al; ( b) Al--12Si; ( c) Cu; ( d) Al--50Mg Fig. 1 SEM images of raw material powders: ( a) Al; ( b) Al--12Si; ( c) Cu; ( d) Al--50Mg 图 2 生坯形貌. ( a) 低倍形貌; ( b) 碎屑聚集区域 Fig. 2 SEM images of the green compact: ( a) low magnification image; ( b) area of accumulated fragment 此外,经 460 ℃保温后的铝合金坯体内存在大量的 孔洞. 根据 Al--Mg 相图,在 450 ℃ 时 Al--Mg 可发生 共晶反应形成液相. 由于 Mg 在 Al 中的扩散系数为 4. 7 × 10 - 14 m2 ·s - 1,因此 Mg 原子可以快速扩散到 Al 粉表面或 Al--Si 粉末中,并与氧化膜发生反应,破 除氧化 膜,使 得 原 Al--Mg 粉末所在位置成为孔 洞[7,19]. 图 3( b) 为 Mg 扩散至 Al--Si 颗粒中形成的 黑色网状组织. 经能谱( EDS) 检测,灰色相含有的 Al、Mg、Si,原子分数分别为 38. 86% 、25. 42% 和 12. 45% ,为 Al--Mg--Si 相. 黑色相中的 Al、Mg 和 O 元素含量较高,原子分数分别为 23. 58% 、31. 42% 和 34. 79% ,这可能是由于 Mg 与氧化膜反应生成了 Al--Mg--O 化合物[20--21]. 此外,在 450 ℃,Al、Cu 之间 互扩散系数分别为 6. 5 × 10 - 19 和 1. 1 × 10 - 14 m2 · s - 1,因此 在 460 ℃ 下 Al 和 Cu 元素会发生互扩 散[19]. 从图 3( a) 可以看出,Cu 扩散至 Al 颗粒后, 可生成大量点状或针状析出物. 经能谱分析,Cu 与 Al 的原子分数分别为 32. 72% 和 67. 28% ,为 Al2Cu 相. 图 3( c) 为 Al 粉和 Cu 粉扩散边界的形貌. 综上所述,在烧结初始阶段,坯体内会首先形成 Al--Mg 合金液相,Mg 原子分别扩散至 Al 或 Al--Si 粉末中,破除氧化膜,形成 Al--Mg--O 等化合物,而 Al--Cu 发生互扩散形成 Al2Cu. 此阶段内,相对密度 由生坯的 89% 下降至 83% ,这主要是由于 Al--Mg 颗粒形成液相留下孔洞,以及热膨胀、弹性膨胀产生 应力松弛所造成的. 2. 1. 2 快速致密化阶段( 460 ~ 560 ℃ ) 图 4( a) 为在 560 ℃保温 60 min 后微观组织. 由 图可以看出,经此阶段保温后,除三角晶界处的较大 尺寸孔洞外,基体已基本填充致密,相对密度约为 94% . 由于 Al--Cu 之间持续互扩散,不断形成 Al2Cu 金属间化合物,在 550 ℃ 时发生共晶反应形成 Al-- Cu 共晶液相,液相在毛细管力的作用下不断填充颗 粒边界缝隙及小孔. 随温度升高或保温时间的延 · 7701 ·