D0I:10.13374/i.issnl00It03.2008.0L.015 第30卷第1期 北京科技大学学报 Vol.30 No.1 2008年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2008 紧耦合气雾化制备A1基非晶合金粉末 陈欣 欧阳鸿武黄誓成黄伯云 中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083 摘要开展了采用紧耦合气雾化方法制备A1基合金粉末的实验和理论研究，利用X射线衍射仪、差热分析仪、扫描电镜和 透射电镜分析了粉末的表面形貌、显微组织和结构特征·根据气雾化过程中熔滴的破碎模式和冷却行为确定了A!基合金的非 晶化临界冷却速率及相应粉末粒径.结果表明：气雾化粉末中存在部分非晶粉末，非晶粉末的粒径小于26：A1基合金的非 晶化临界冷却速率大致为10°Kg1:雾化中熔体的破碎和冷却是两个相互耦合（矛盾）的过程，快速冷却（大于10Ks一）极 大地阻碍熔体的充分雾化，同时熔滴的破碎模式对其冷却行为具有显著的影响·目前紧耦合气雾化技术还只能制得非晶/晶 态混合的A基合金粉末. 关键词铝基合金：非晶合金粉末；气雾化：快速冷凝 分类号TF123.1 Production of Al-based amorphous alloy powders by close-coupled gas atomization CHEN Xin,OUYA NG Hongwu,HUA NG Shicheng.HUA NG Baiyun State Key Laboratory for Powder Metallurgy.Central South University,Changsha 410083.China ABSTRACT Theoretical and experimental studies on the production of Al-based amorphous alloy powders by close-coupled gas atom- ization were carried out.The particle size.surface morphology and microstructure of the atomized powders were analyzed by XRD, SEM,TEM and DTA.The critical cooling rate for glass formation and corresponding powder diameter of the Al-based alloy were determined in terms of the breakup mode and cooling behavior of melt during atomization.It is indicated that there are amorphous particles in the atomized Al-based powders.which are basically below 26!m in diameter.The critical cooling rate for glass formation of the Al-based alloy is about 10Ks.Melt atomization is such a complicated process that powders form under the coupling interac- tion of breakup and solidification,where rapid solidification(10 Ks)restrains the breakup of melt:meanwhile.the breakup mode of melt has great influences on solidification.The present close"coupled gas atomization can only produce the mixture powders of crystal and amorphous particles. KEY WORDS aluminum-based alloy:amorphous powder:gas atomization:rapid solidification 非晶合金由于其结构的特殊性（长程无序，短程 工业应用等方面开展了大量的研究].特别是20 有序)，与晶态合金相比，具有强度高、硬度大、耐磨 世纪80年代末大块非晶合金出现以来町，国际上掀 擦、耐腐蚀、抗氧化、磁性能优等卓越的机械、物理及 起了多组元、大尺寸新型非晶合金的研究热潮，产生 化学性能，是极具应用前景的新一代功能/结构材 了一系列大块非晶合金设计理论和制备方法，并开 料3. 发了几十种具有极强非晶形成能力的合金体系，如 自1960年美国加州理工学院Dumw巴教授首次 Fe基，Zr基，Cu基等102].然而，现有的非晶合金 利用熔体快淬法制备出Au5Sis非晶合金以来[刊， 材料制备技术，如压力铸造法、水淬法，冷却速率普 国内外研究人员在非晶合金设计方法、制备技术及 遍小于10Ks1,只适用于非晶形成能力(glass forming ability,简称GFA)较强的合金体系，而难于 收稿日期：2006-10-06修回日期：2007-05-16 制备许多GFA较弱但具有极大应用潜力的合金体 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No,50574103;No- 10476043) 系的大块非晶材料（如Al基，临界冷却速率R。都 作者简介：陈欣(1982-)，男，硕士研究生：欧阳鸿武(1964一)， 高于10Ks1)131].非晶合金材料的发展遭遇 男，教授，博士 了制备环节的瓶颈，这是目前非晶合金研究领域面紧耦合气雾化制备 Al 基非晶合金粉末 陈 欣 欧阳鸿武 黄誓成 黄伯云 中南大学粉末冶金国家重点实验室‚长沙410083 摘 要 开展了采用紧耦合气雾化方法制备 Al 基合金粉末的实验和理论研究．利用 X 射线衍射仪、差热分析仪、扫描电镜和 透射电镜分析了粉末的表面形貌、显微组织和结构特征‚根据气雾化过程中熔滴的破碎模式和冷却行为确定了 Al 基合金的非 晶化临界冷却速率及相应粉末粒径．结果表明：气雾化粉末中存在部分非晶粉末‚非晶粉末的粒径小于26μm；Al 基合金的非 晶化临界冷却速率大致为106 K·s －1；雾化中熔体的破碎和冷却是两个相互耦合（矛盾）的过程‚快速冷却（大于104 K·s －1）极 大地阻碍熔体的充分雾化‚同时熔滴的破碎模式对其冷却行为具有显著的影响．目前紧耦合气雾化技术还只能制得非晶／晶 态混合的 Al 基合金粉末． 关键词 铝基合金；非晶合金粉末；气雾化；快速冷凝 分类号 TF123．1 Production of A-l based amorphous alloy powders by close-coupled gas atomization CHEN Xin‚OUY A NG Hongw u‚HUA NG Shicheng‚HUA NG Baiyun State Key Laboratory for Powder Metallurgy‚Central South University‚Changsha410083‚China ABSTRACT T heoretical and experimental studies on the production of A-l based amorphous alloy powders by close-coupled gas atom￾ization were carried out．T he particle size‚surface morphology and microstructure of the atomized powders were analyzed by XRD‚ SEM‚T EM and DTA．T he critical cooling rate for glass formation and corresponding powder diameter of the A-l based alloy were determined in terms of the breakup mode and cooling behavior of melt during atomization．It is indicated that there are amorphous particles in the atomized A-l based powders‚which are basically below 26μm in diameter．T he critical cooling rate for glass formation of the A-l based alloy is about106K·s －1．Melt atomization is such a complicated process that powders form under the coupling interac￾tion of breakup and solidification‚where rapid solidification （＞104 K·s －1） restrains the breakup of melt；meanwhile‚the breakup mode of melt has great influences on solidification．T he present close-coupled gas atomization can only produce the mixture powders of crystal and amorphous particles． KEY WORDS aluminum-based alloy；amorphous powder；gas atomization；rapid solidification 收稿日期：2006-10-06 修回日期：2007-05-16 基金项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ No．50574103；No． 10476043） 作者简介：陈 欣（1982－）‚男‚硕士研究生；欧阳鸿武（1964－）‚ 男‚教授‚博士 非晶合金由于其结构的特殊性（长程无序‚短程 有序）‚与晶态合金相比‚具有强度高、硬度大、耐磨 擦、耐腐蚀、抗氧化、磁性能优等卓越的机械、物理及 化学性能‚是极具应用前景的新一代功能／结构材 料［1－3］． 自1960年美国加州理工学院 Duwez 教授首次 利用熔体快淬法制备出 Au75Si25非晶合金以来［4］‚ 国内外研究人员在非晶合金设计方法、制备技术及 工业应用等方面开展了大量的研究［5－8］．特别是20 世纪80年代末大块非晶合金出现以来［9］‚国际上掀 起了多组元、大尺寸新型非晶合金的研究热潮‚产生 了一系列大块非晶合金设计理论和制备方法‚并开 发了几十种具有极强非晶形成能力的合金体系‚如 Fe 基、Zr 基、Cu 基等［10－12］．然而‚现有的非晶合金 材料制备技术‚如压力铸造法、水淬法‚冷却速率普 遍小于104 K·s －1‚只适用于非晶形成能力（glass forming ability‚简称 GFA）较强的合金体系‚而难于 制备许多 GFA 较弱但具有极大应用潜力的合金体 系的大块非晶材料（如 Al 基‚临界冷却速率 Rc 都 高于105 K·s －1） ［13－14］．非晶合金材料的发展遭遇 了制备环节的瓶颈‚这是目前非晶合金研究领域面 第30卷 第1期 2008年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．1 Jan．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．01．015