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第1期 陈欣等：紧耦合气雾化制备山基非晶合金粉末 .37. 高，因此考虑金属的Biot数较低(Bi《1),可以忽略 熔滴内部的温度梯度， 熔滴温度迅速下降直至凝固成粉末，其冷却过 程一般经历如图6中曲线I所示的五个过程：液相 的冷却、再辉、偏析凝固、包晶转变和固态相冷却 10 20 3040506070 80 20/() T 图3A1基合金粉末的X射线衍射谱 Fig-3 XRD patterns of Al-based alloy powders e T 时间 图6雾化熔滴的冷却曲线 Fig.6 Cooling curves of melt droplets 雾化过程中，熔滴的大部分热量散失在雾化和 飞行过程中，最终粉末的组织特征与熔滴的直径分 布有直接的关系，对于同一成分的合金，不同粒度 的粉末因冷却速度差异可能引起微观组织的不同， 随着冷却速度增大，呈现出平面状一胞状一树枝状一 胞状平面状的变化规律0)，本次实验得到的大部 图4细粉的TEM明场像和衍射花样 分粉末表现出典型的枝晶组织特征，显然其冷却速 Fig.4 TEM microstructure of fine powder 度仍在枝晶组织所对应的数量级上，同时随着粉末 颗粒越小冷却速率越高，其显微组织越细小·由熔 滴雾化过程热传导分析可以看出，熔滴直径越大，其 T=608K T-906 K -970K 飞行速度越低，传热系数越小，同时冷却速率越低， T=592K 这样，在凝固时所释放的大部分结晶潜热不能及时 从颗粒表面传出，产生再辉现象，熔滴温度回升，并 造成已固化枝晶的部分重熔及熔断而形成新的晶 ot 热流 核；另外，大颗粒的初始结晶核心本身也可能是多 图5细粉的差热分析曲线 个，上述两方面因素均使得大尺寸颗粒中普遍存在 Fig.5 DTA curve of fine powder 多晶核凝固现象，多个晶核在不同部位呈放射状生 长，当相互接触时即完成凝固过程， 2.1雾化过程中熔滴的传热模式和冷却历程 但如果金属熔滴足够小，获得极高的冷却速率 雾化过程中，对于球形熔滴，热量的传导方式主 (达到非晶化转变速率)，则熔滴能够由高温直接 要以对流和辐射为主，可由下式表示6,1： 通过熔点Tm不发生结晶化：成为过冷熔滴后，再继 -8(T。-To8品(TiT内) 续冷却到玻璃转变温度T。,凝固成为非晶态颗粒， 如图6中曲线Ⅱ所示，这个过程主要取决于冷却速 (1) 率，熔滴要转变成非晶态，就必须以极高的冷却速度 其中，T:为熔滴温度，Tc为雾化气体温度，T。为 把温度降低到Tg以下， 环境壁温度.c为熔滴材料的比热容，h为热传导 2.2雾化过程中熔滴的破碎过程和冷却行为 系数，e和o分别为黑度和Stefan Boltzmann数，Pa 显然，最终粉末颗粒的组织结构取决于固化前 和d:分别为熔滴密度和直径.金属液的热传导性 熔滴的冷却速度，依据熔滴冷却过程的数值模型，图3 Al 基合金粉末的 X 射线衍射谱 Fig．3 XRD patterns of A-l based alloy powders 图4 细粉的 TEM 明场像和衍射花样 Fig．4 TEM microstructure of fine powder 图5 细粉的差热分析曲线 Fig．5 DTA curve of fine powder 2∙1 雾化过程中熔滴的传热模式和冷却历程 雾化过程中对于球形熔滴热量的传导方式主 要以对流和辐射为主可由下式表示［1619］： cd1 d Td d t ＝－ 6h ρd dd （ Td－ T G）－ 6εσ ρd dd （ T 4 d－ T 4 w） （1） 其中Td 为熔滴温度T G 为雾化气体温度T w 为 环境壁温度．cdl为熔滴材料的比热容h 为热传导 系数ε和σ分别为黑度和 Stefan－Boltzmann 数ρd 和 dd 分别为熔滴密度和直径．金属液的热传导性 高因此考虑金属的 Biot 数较低（Bi≪1）可以忽略 熔滴内部的温度梯度． 熔滴温度迅速下降直至凝固成粉末其冷却过 程一般经历如图6中曲线Ⅰ所示的五个过程：液相 的冷却、再辉、偏析凝固、包晶转变和固态相冷却． 图6 雾化熔滴的冷却曲线 Fig．6 Cooling curves of melt droplets 雾化过程中熔滴的大部分热量散失在雾化和 飞行过程中最终粉末的组织特征与熔滴的直径分 布有直接的关系．对于同一成分的合金不同粒度 的粉末因冷却速度差异可能引起微观组织的不同． 随着冷却速度增大呈现出平面状－胞状－树枝状－ 胞状平面状的变化规律［20］．本次实验得到的大部 分粉末表现出典型的枝晶组织特征显然其冷却速 度仍在枝晶组织所对应的数量级上．同时随着粉末 颗粒越小冷却速率越高其显微组织越细小．由熔 滴雾化过程热传导分析可以看出熔滴直径越大其 飞行速度越低传热系数越小同时冷却速率越低． 这样在凝固时所释放的大部分结晶潜热不能及时 从颗粒表面传出产生再辉现象熔滴温度回升并 造成已固化枝晶的部分重熔及熔断而形成新的晶 核；另外大颗粒的初始结晶核心本身也可能是多 个．上述两方面因素均使得大尺寸颗粒中普遍存在 多晶核凝固现象．多个晶核在不同部位呈放射状生 长当相互接触时即完成凝固过程． 但如果金属熔滴足够小获得极高的冷却速率 （达到非晶化转变速率 Rc）则熔滴能够由高温直接 通过熔点 T m 不发生结晶化；成为过冷熔滴后再继 续冷却到玻璃转变温度 Tg凝固成为非晶态颗粒 如图6中曲线Ⅱ所示．这个过程主要取决于冷却速 率熔滴要转变成非晶态就必须以极高的冷却速度 把温度降低到 Tg 以下． 2∙2 雾化过程中熔滴的破碎过程和冷却行为 显然最终粉末颗粒的组织结构取决于固化前 熔滴的冷却速度．依据熔滴冷却过程的数值模型 第1期 陈 欣等： 紧耦合气雾化制备 Al 基非晶合金粉末 ·37·