D0I:10.13374/j.iss1001-053x.2001.01.033 第23卷第1期 北京科技大学学报 Vol.23 No.1 2001年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2001 原位反应TC颗粒对喷射沉积 A-20Si-5Fe合金微观组织的影响 杨滨王锋黄赞军段先进张济山 北京科技大学新金属材料国家重点实验宽，北京100083 摘要利用熔铸一原位反应喷射沉积成形技术制备了TiC颗粒增强A-20Si-5Fe复合材料. 分析了内生TiC颗粒对喷射沉积Al-20Si-5Fe合金微观组织的影响.结果表明：喷射沉积 Al-20Si-5Fe合金微观组织中常出现脆性、针状的Al-Si-Fe三元金属间化合物相.在A-20Si-5Fe 合金中内生一定量的TiC颗粒，有助于减小粗晶Si颗粒的尺寸、消除针状的A-Si-Fe三元金属 间化合物相. 关键词原位反应；TiC颗粒；喷射成形；过共晶ASi合金；微观组织 分类号TG113.12 过共晶A-Si合金是优良的减磨合金，它相 复合材料制备技术大多是在喷射成形过程中将 对密度小、导热性好、热膨胀率较低，被广泛地 一定量的增强相颗粒喷入雾化锥中，与金属熔 应用于汽车和电子工业中~”.然而，采用普通 滴强制混合后在沉积器上共沉积以获得复合材 铸造工艺生产过共晶Al-Si合金时，粗大的Si 料坯件~”这类方法的最大缺点在于增强颗粒 相割裂了基体的连续性，恶化合金的加工和使 利用率低，材料制备成本高.为了有效解决上述 用性能.喷射沉积成形作为1种新型的快速凝两方面问题，作者首次将TC颗粒的生成置于熔 固技术用于制备过共晶A-Si合金，可获得组织 化室合金熔体中完成（而不是在雾化室中进行）， 细小、偏析程度低和固溶度高的快速凝固组织.然后再进行后续的喷射沉积成形步骤，成功地 在过共晶Al-Si合金中加入Fe元素可以提 制备出了熔铸一原位反应喷射沉积TC颗粒增 高合金的热稳定性，这是因为Fe与Al,Si可形 强Al-20Si-5Fe复合材料.本文主要研究原位反 成Al-Si-Fe三元金属间化合物，显著改善合金 应TiC颗粒对喷射沉积A-20Si-5Fe合金微观组 的组织稳定性.然而，研究中发现喷射沉积 织的影响 A1-20Si-5Fe合金微观组织中的Al-Si-Fe三元 金属间化合物常呈针状，这些针状金属间化合 1实验方法 物恶化了合金的力学性能. 将Ti粉(<50m),石墨粉(>75m),A1粉(<75 在喷射沉积过共晶A-Si-Fe合金中内生一 m)按一定比例在混粉机上混合均匀，并压制成 定量的陶瓷颗粒增强相，既可以进一步提高合 20mm、高25mm的预制块备用.把放在坩埚中 金的弹性模量和耐磨性，又可以在一定程度上 的A1-20Si-5Fe(20%Si,5%Fe,其余为Al.质量分 改善Al-Si-Fe合金的凝固过程.TiC在过渡金 数，下同)合金升温至900℃，用石墨钟罩将Ti- 属碳化物中具有最高的比强度和比模量，作为 C-A1预制块压入此合金液中.反应完成后（反应 金属基复合材料中的增强相正日益得到广泛的 结束点可通过观察铝合金熔体中预制块发出耀 应用.基于此，作者制备了喷射沉积成形TC/ 眼火焰后的瞬间确定)降温至730℃时用六氯乙 A1-20Si-5Fe复合材料. 烷和氟硅酸钠精炼除气.除气后再升温至820℃ 以往国内外喷射沉积成形颗粒增强金属基 左右利用北京科技大学新金属材料国家重点实 验室的喷射成形设备制备TiC/Al-20Si-5Fe复合 收稿日期：200001-18杨滨男，40岁，副散授，博士 ◆国家自然科学基金资助项目N0.59774032) 材料.喷射成形工艺参数选择如表1所示.第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 愁 从加 一 原位反应 颗粒对喷射沉积 合金微观组织的影响 杨 滨 王 锋 黄赞军 段先进 张济山 北京科技大学新金属材料国家重点实验室 ， 北京 摘 要 利用熔铸一原位反应喷射沉积成形技术制备 了 颗粒增强 一 一 复合材料 分析 了 内生 颗粒对喷射沉积 一 合金微观组织 的影 响 结果表 明 喷射沉积 尚 合金微观组织 中常出现脆性 、 针状 的 卜 三元金属 间化合物相 在 一 合金 中内生一定量 的 颗粒 ， 有助于减小粗晶 颗粒 的尺 寸 、 消除针状 的 三元金属 间化合物相 关键词 原位反应 颗粒 喷射成形 过共 晶 卜 合金 微观组织 分 类号 过共 晶 卜 合金是优 良的减磨合金 ， 它相 对密度小 、 导 热性好 、 热膨胀率较低 ， 被广泛地 应用 于汽车和 电子工业 中 〔，一 然 而 ， 采用普通 铸造工艺生产过共 晶 卜 合金 时 ， 粗大 的 相割裂 了基体的连续性 ， 恶化合金 的加工 和使 用性 能 喷射沉积成形 作为 种新型 的快速凝 固技术用 于制备过共 晶 一 合金 ， 可 获得组织 细小 、 偏析程度低和 固溶度高 的快速凝 固组织 在过共 晶 一 合金 中加人 元素可 以 提 高合金 的热稳定性 ， 这是 因为 与 ， 可 形 成 卜 三元金属 间化合物 ， 显著改善合金 的组织稳定性 然 而 ， 研究 中发现 【 喷射沉积 合金微观组织 中的 卜 三元 金属 间化合物常呈针状 ， 这些针状金属 间化合 物恶化 了合金 的力学性能 在喷射沉积过共 晶 卜 合金 中内生 一 定量 的 陶瓷颗粒增强相 ， 既 可 以 进一步提高合 金 的弹性模量 和 耐磨性 ， 又 可 以 在一定程度上 改善 卜 合金 的凝 固过程 在过渡金 属 碳化物 中具有最高 的 比强 度 和 比模量 ， 作为 金属基复合材料 中的增强相正 日益得到广泛 的 应用 〔 基于此 ， 作者制备 了喷射沉积成形 复合材料 以往 国 内外喷射沉积成形颗粒增强金属基 复合材料制备技术大多是在 喷射成形过程 中将 一定量 的增 强 相颗粒喷人雾化锥 中 ， 与金属熔 滴强制混合后在沉积器上共沉积 以 获得复合材 料坯件 一 这类方法 的最大缺点在 于增强 颗粒 利用 率低 ， 材料制备成本高 为 了有效解决上 述 两方面 问题 ， 作者首次将 颗粒的生成置于熔 化室合金熔体 中完成 而不是在雾化室 中进行 ， 然后 再进行后续 的喷射沉积成形 步骤 ， 成功地 制备 出 了熔铸一原位 反应 喷射沉积 颗粒增 强 一 复合材料 本文 主要研究原位反 应 颗粒对喷射沉积 一 合金微观组 织 的影 响 收稿 日期 只 一 杨滨 男 ， 岁 ， 副教授 ， 博士 国家 自然科学基金资助项 目伽 。 实验方法 将 粉 卿 ， 石 墨粉 卿 ， 粉 林 按一定 比例在混粉机上混合均匀 ， 并压制成 中 、 高 的预制块备用 把放在柑祸 中 的 ， ， 其余为 质量分 数 ， 下 同 合金 升温至 ℃ ， 用石 墨 钟罩将 一 预制块压入此合金液 中 反应完成后 反应 结束点可通过观察铝合金熔体 中预制块发 出耀 眼火焰后 的瞬间确定 降温至 ℃ 时用六氯乙 烷和 氟硅酸钠精炼 除气 除气后再升温至 ℃ 左右利用北京科技 大学新金属 材料 国家重点实 验室 的 喷射成形设备制备 复合 材料 喷射成形工艺参数选择如表 所示 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．01．033