第12期 张洋等：粉末冶金法制备AZ91镁合金的组织及热性能 ,1395 有的过饱和度 晶粒外围包括晶界处的含量高于晶内，从而使得在 图3（凸）展现的这种沿α基体晶粒的晶界呈不 晶界处A1含量高于设计成分；另一方面，在冷却过 连续网状分布的多边形白色颗粒，是在烧结样品显 程中，有部分液相生成的α相中溶质原子A1也来不 微组织中B相的另一种存在形态，即离异共晶B相， 及扩散均匀化，进一步促进了在晶界位置A]原子的 周围的黑色组织是二次B一Mg17A1z析出相，它以薄 富集，这两方面的共同作用将使得在晶界范围A1 片状的形式在离异共晶B相周围的α基体上析出， 原子超过平衡相图中的溶解度极限(12.7%)，在 在平衡条件是，AZ91合金中是不会发生共晶反应 427℃发生共晶反应.共晶反应产生的α相依附在 的，但在采用粉末治金方法制备的实际条件下，将会 原有的α基体上；而B相则为不规则块状，形成的典 促进非平衡反应的进行.首先在烧结过程中，混制 型的离异共晶组织分布于α基体的晶界上， 的合金粉末中合金元素AI得不到充分的均匀化，在 (a) 204m 20m 图3B-Mg7A2相的两种主要存在形态、(a)片层状的非连续析出；(b)块状的离异共晶 Fig-3 Two main existent forms of Mg7Al2phase:(a)discontinuous precipitation in the shape of lamellar structure:(b)divorced eutectic in the shape of agglomerate 2.2烧结温度对样品的密度和热导率的影响 粘结面的扩大形成烧结颈；随着烧结颈的长大，颗粒 烧结行为对于粉末冶金材料和制品的性能有着 间原来相互连通的孔隙逐渐收缩成闭孔，然后变圆； 决定性的影响，其中烧结温度是主要影响因素之 同时，总孔隙体积减少，颗粒间距离缩短，样品的致 一].下面主要研究烧结温度对AZ91样品的致密 密度提高，仔细观察可以发现曲线可以分为明显的 度和热导率的影响 三个阶段.第一阶段是烧结温度低于590℃.在这 烧结最直接的目的和表现就是提高样品的强度 一阶段，样品主要是通过烧结颈扩大而形成连续的 和密度，图4中致密度曲线说明AZ91样品的致密 孔隙网络来实现致密化，而孔隙的进一步变化因较 度随烧结温度的变化，曲线的总体趋势是样品的致 低的烧结温度对扩散系数的影响，在相同的烧结时 密度随烧结温度的提高而逐步提高，烧结温度的提 间内无法充分进行，所以样品的致密度低且随温度 高，使得原子的运动加剧，通过表面迁移和体积迁 变化缓慢，第二阶段就是烧结温度从590℃提高到 移，更多的原子进入颗粒间的接触面，形成粘结面， 610℃，样品的致密度迅速提高，可以达到97.4%. 64 100 62 98 在这一阶段，随着烧结温度的提高，扩散系数显著增 60 热导率曲线 96 大，使得孔隙的进一步变化明显加剧，这一现象可以 58 94 从图5中很直观地观察到：在590℃时，颗粒间主要 56 % 为连通空隙，同时数量较多且形状大而不规则 54 致密度曲线 8 (图5(a);随着烧结温度的提高，颗粒间的空隙逐 渐减少，并且孔隙间的联系逐渐切断，最后形成一个 82 个孤立的孔隙，进而孔隙收缩，细小的孔隙消失，稍 580 590 600 610 620 大的孔隙长大，形状逐渐接近于球形（图5(c))·第 烧结温度℃ 三阶段是烧结温度进一步提高到620℃.在这一阶 图4烧结温度对样品热导率和致密度的影响 段，样品的致密度得到小幅度的提升，这主要是借助 Fig.4 Effects of sintering temperature on the thermal conductivity 于体积扩散引起的孔隙的孤立、球化以及收缩的结 and the relative density of the samples 果；但在此烧结温度下，宏观上样品变形明显，难以有的过饱和度． 图3（b）展现的这种沿α基体晶粒的晶界呈不 连续网状分布的多边形白色颗粒‚是在烧结样品显 微组织中β相的另一种存在形态‚即离异共晶β相‚ 周围的黑色组织是二次β－Mg17Al12析出相‚它以薄 片状的形式在离异共晶β相周围的α基体上析出． 在平衡条件是‚AZ91合金中是不会发生共晶反应 的‚但在采用粉末冶金方法制备的实际条件下‚将会 促进非平衡反应的进行．首先在烧结过程中‚混制 的合金粉末中合金元素 Al 得不到充分的均匀化‚在 晶粒外围包括晶界处的含量高于晶内‚从而使得在 晶界处 Al 含量高于设计成分；另一方面‚在冷却过 程中‚有部分液相生成的α相中溶质原子 Al 也来不 及扩散均匀化‚进一步促进了在晶界位置 Al 原子的 富集．这两方面的共同作用将使得在晶界范围 Al 原子超过平衡相图中的溶解度极限（12∙7％）‚在 427℃发生共晶反应．共晶反应产生的α相依附在 原有的α基体上；而β相则为不规则块状‚形成的典 型的离异共晶组织分布于α基体的晶界上． 图3 β－Mg17Al12相的两种主要存在形态．（a） 片层状的非连续析出；（b） 块状的离异共晶 Fig．3 Two main existent forms ofβ-Mg17Al12phase：（a） discontinuous precipitation in the shape of lamellar structure；（b） divorced eutectic in the shape of agglomerate 2∙2 烧结温度对样品的密度和热导率的影响 烧结行为对于粉末冶金材料和制品的性能有着 决定性的影响‚其中烧结温度是主要影响因素之 一［8］．下面主要研究烧结温度对 AZ91样品的致密 度和热导率的影响． 图4 烧结温度对样品热导率和致密度的影响 Fig．4 Effects of sintering temperature on the thermal conductivity and the relative density of the samples 烧结最直接的目的和表现就是提高样品的强度 和密度．图4中致密度曲线说明 AZ91样品的致密 度随烧结温度的变化．曲线的总体趋势是样品的致 密度随烧结温度的提高而逐步提高．烧结温度的提 高‚使得原子的运动加剧‚通过表面迁移和体积迁 移‚更多的原子进入颗粒间的接触面‚形成粘结面‚ 粘结面的扩大形成烧结颈；随着烧结颈的长大‚颗粒 间原来相互连通的孔隙逐渐收缩成闭孔‚然后变圆； 同时‚总孔隙体积减少‚颗粒间距离缩短‚样品的致 密度提高．仔细观察可以发现曲线可以分为明显的 三个阶段．第一阶段是烧结温度低于590℃．在这 一阶段‚样品主要是通过烧结颈扩大而形成连续的 孔隙网络来实现致密化‚而孔隙的进一步变化因较 低的烧结温度对扩散系数的影响‚在相同的烧结时 间内无法充分进行‚所以样品的致密度低且随温度 变化缓慢．第二阶段就是烧结温度从590℃提高到 610℃‚样品的致密度迅速提高‚可以达到97∙4％． 在这一阶段‚随着烧结温度的提高‚扩散系数显著增 大‚使得孔隙的进一步变化明显加剧‚这一现象可以 从图5中很直观地观察到：在590℃时‚颗粒间主要 为连通空隙‚同时数量较多且形状大而不规则 （图5（a））；随着烧结温度的提高‚颗粒间的空隙逐 渐减少‚并且孔隙间的联系逐渐切断‚最后形成一个 个孤立的孔隙‚进而孔隙收缩‚细小的孔隙消失‚稍 大的孔隙长大‚形状逐渐接近于球形（图5（c））．第 三阶段是烧结温度进一步提高到620℃．在这一阶 段‚样品的致密度得到小幅度的提升‚这主要是借助 于体积扩散引起的孔隙的孤立、球化以及收缩的结 果；但在此烧结温度下‚宏观上样品变形明显‚难以 第12期 张 洋等： 粉末冶金法制备 AZ91镁合金的组织及热性能 ·1395·