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 ·