·338 北京科技大学学报 2003年第4期 40m 40m 图1喷射沉积铝合金的组织.(a)7075,(b)7075+TiC Fig.1 Microstructures of spray-deposited Al alloys.(a)7075,(b)7075+TiC 沉积态组织，由一些等轴晶粒组成，平均晶粒尺 不断被球化与长大，但保持着原始沉积态的等轴 寸分别小于30m和10m.这是由于在喷射沉 晶组织.(d为未加原位反应TC颗粒的喷射沉积 积过程中，一方面高压氮气气流与熔体强烈的对 7075铝合金在600℃保温60min的组织.与(c)比 流换热，导致合金凝固冷却速度很高；另一方面 较，两种材料在相同的半固态保温条件下，其晶 是高速氮气流带动雾化的合金液滴撞击基板或 粒长大结果明显不同.根据统计结果表明（图3）， 沉积表面，其冲击动能所产生的剪切应力将合金 在600℃保温60min时7075的平均晶粒尺寸已超 液滴的枝晶打碎，形成细小的非枝晶组织.Laver- 过50m,而7075+TiC的平均晶粒尺寸仍然小于 nia等人对不同材料的喷射沉积组织进行的大量 30um,两者的初始晶粒尺寸与晶粒长大速度均 的研究表明：尽管实验条件和材料成分不同，但 有较大差别. 沉积坯傲观组织总是以等轴晶粒形态出现，尺寸 两种材料从制备工艺到半固态处理过程完 范围约为10-50m;而7075+TiC铝合金的平均晶 全相同，不同之处在于有无加入原位反应TC颗 粒尺寸小于10μm,在晶体内部和晶界上均匀分 粒，所以TC颗粒的存在是得到细小均匀组织的 布着很多细小的颗粒. 主要原因.通过观察发现7075铝合金在600℃保 原位反应TiC颗粒的加入，使得晶界变模糊， 温60mn时品界上发生了局部熔化并出现再结 颗粒和析出物弥散分于整个基体中，晶粒被进一 晶现象，如图4(a.对于7075+TiC铝合金，局部熔 步均匀化的同时平均晶粒尺寸减小.这是由于 化和再结晶现被推迟到620℃时才发生，如图4 TiC颗粒的熔点高(3160-~3250℃)，稳定性强，颗 (b)两者相比，前者的液相分数比后者多，晶界完 粒尺寸处于微米级向，所以在喷射沉积过程中TC 全熔化并严重渗透到晶粒内部；而后者的晶界上 的细小颗粒始终以固态形式存在.提高喷射沉积 仍保留着部分固相成分，熔化程度较前者轻微， 快速凝固及雾化液滴中的固相含量，均匀形核速 由此可知，TC颗粒不仅具有抑制晶粒长大的作 度快，以致于个别晶粒来不及长大，周围的液相 用，而且还具有提高组织稳定性的作用，这与TC 已经凝固，长大过程在很短的时间内完成，TC 颗粒固有的性能密不可分.从熔铸一原位反应的 的加入提高了形核速度，缩短了晶粒长大的时间 工艺特点可知，TC颗粒属于内生的强化颗粒，它 和空间，使基体的沉积态组织更加细小均匀化。 与外加的强化颗粒相比，具有界面结合强度高、 ,图2(a(c)为喷射沉积7075+TiC铝合金在 无污染、不存在反应层、颗粒分布均匀等优点m, 600℃保温不同时间后淬火所得到的显微组织. 它的存在显著改善了材料的热力学稳定性， 保温20min后，其晶粒有所长大，第二相颗粒逐 文献[8,9]对液相线半连续铸造7075铝合金 渐向晶界移动，使得晶界上的析出物增多，晶内 进行二次加热研究得出：在576℃加热5min后， 颗粒减少；30min后晶粒进一步长大，球化程度 晶界上的共晶组织就开始熔化；20min后，熔化 更加明显；到60min后晶界变得更加清晰，晶内 量增多，其晶粒平均直径达到48.6m;60min后， 的颗粒数量明显减少，晶界上TC颗粒与析出物 晶粒平均直径达到57.6m.从2618铝合金的半 高度聚集.由此可知，随着保温时间的延长，晶粒 固态加热保温研究中发现，2618铝合金的晶一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 图 喷射沉积铝 合金 的组织 ， 一 ， 伪 沉 积 态 组 织 ， 由一 些 等 轴 晶粒 组 成 ， 平 均 晶粒 尺 寸 分 别 小于 阿 和 脚 这 是 由于 在 喷射 沉 积 过 程 中 ， 一 方 面 高压 氮 气气流 与熔 体 强 烈 的对 流 换 热 ， 导致 合 金 凝 固冷 却 速 度 很 高 另 一 方 面 是 高速 氮 气 流 带 动 雾 化 的合 金 液 滴 撞 击 基 板 或 沉 积 表 面 ， 其 冲 击 动 能所 产 生 的剪切 应 力将合 金 液滴 的枝 晶打 碎 ， 形 成 细 小 的非 枝 晶组织 等 人对 不 同材 料 的 喷射 沉 积 组 织 进 行 的大 量 的研 究表 明 ‘ 尽 管 实验 条件 和 材 料成 分 不 同 ， 但 沉 积 坯 微观 组 织 总是 以等轴 晶粒 形 态 出现 ， 尺 寸 范 围约 为 一 脚 而 十 铝 合 金 的平 均 晶 粒 尺 寸小 于 卿 ， 在 晶体 内部和 晶界 上 均匀 分 布 着 很 多细 小 的颗 粒 原位 反应 颗 粒 的加 入 ， 使得 晶界变模 糊 ， 颗粒和 析 出物 弥散 分于 整 个基 体 中 ， 晶粒被 进 一 步 均 匀 化 的 同 时平 均 晶粒 尺 寸 减 小 这 是 由于 颗 粒 的熔 点 高 一 ℃ ， 稳 定 性 强 ， 颗 粒尺 寸 处 于微米 级‘ ，， 所 以在 喷射 沉积 过程 中 的细 小颗 粒 始 终 以固态 形 式存 在 提 高 喷射 沉积 快速 凝 固及 雾 化 液滴 中的固相 含量 ， 均匀 形 核速 度 快 ， 以致 于 个 别 晶粒 来 不 及 长 大 ， 周 围的液 相 己 经 凝 固 ， 长 大过 程 在 很 短 的 时 间内完 成 ， 的加 入 提 高 了形 核速 度 ， 缩 短 了 晶粒 长 大 的 时 间 和 空 间 ， 使 基 体 的沉 积 态 组 织 更 加 细 小 均 匀化 图 卜 为 喷射 沉 积 铝 合 金 在 ℃ 保 温 不 同 时 间 后 淬 火 所 得 到 的 显 微 组 织 保 温 后 ， 其 晶粒 有 所 长 大 ， 第 二 相 颗 粒 逐 渐 向晶界 移 动 ， 使 得 晶界 上 的析 出物 增 多 ， 晶 内 颗 粒 减 少 后 晶粒 进 一 步 长 大 ， 球 化 程 度 更 加 明显 到 后 晶界 变 得 更 加 清 晰 ， 晶 内 的颗 粒 数 量 明显 减 少 ， 晶界 上 颗 粒 与 析 出物 高度 聚集 由此 可 知 ， 随着保温 时 间 的延 长 ， 晶粒 不 断被球 化 与长 大 ， 但保 持着 原 始沉 积 态 的等轴 晶组 织 为 未 加 原位 反应 颗 粒 的喷射 沉 积 铝 合 金 在 保温 的组 织 与 比 较 ， 两 种材 料在 相 同 的半 固态 保 温 条件下 ， 其 晶 粒 长 大 结 果 明显 不 同 根据 统 计 结果 表 明 图 ， 在 ℃ 保温 时 的平 均 晶粒 尺 寸 己 超 过 脚 ， 而 的平 均 晶粒 尺 寸仍 然 小 于 卿 ， 两 者 的初 始 晶粒 尺 寸 与 晶粒 长 大速 度 均 有较 大 差 别 两 种 材 料 从 制 备 工 艺 到 半 固 态 处 理 过 程 完 全 相 同 ， 不 同之 处 在 于 有 无 加 入 原位 反应 颗 粒 ， 所 以 颗 粒 的存 在 是 得 到 细 小 均 匀 组 织 的 主 要 原 因 通 过 观 察 发现 铝 合 金 在 ℃ 保 温 时 晶界 上 发 生 了局 部 熔 化 并 出现 再 结 晶现 象 ， 如 图 对 于 铝 合 金 ，局 部熔 化 和 再 结 晶现 被 推 迟 到 ℃ 时才 发 生 ， 如 图 两 者 相 比 ， 前 者 的液相 分数 比后 者 多 ， 晶界 完 全熔化 并严 重 渗透 到 晶粒 内部 而 后 者 的 晶界 上 仍 保 留着 部 分 固相 成 分 ， 熔 化程 度 较 前 者 轻微 由此 可 知 ， 颗 粒 不 仅 具 有 抑 制 晶粒 长 大 的作 用 ， 而 且 还 具 有提 高组 织 稳 定 性 的作用 ， 这 与 颗 粒 固有 的性 能密 不 可 分 从熔 铸 一 原 位 反应 的 工 艺特 点可 知 ， 颗 粒属 于 内生 的强化 颗粒 ， 它 与外 加 的强 化颗 粒 相 比 ， 具 有 界 面 结合 强 度 高 、 无 污 染 、 不存 在 反 应 层 、 颗 粒 分 布均 匀等优 点‘ ， 它 的存 在 显 著 改善 了材 料 的热 力 学 稳 定 性 文 献 【， 对 液相 线半 连 续铸造 铝 合 金 进 行 二 次加 热研 究得 出 在 ℃ 加 热 后 ， 晶界 上 的共 晶组 织 就 开 始熔 化 后 ， 熔 化 量 增 多 ， 其 晶粒 平 均 直 径 达 到 脚 后 ， 晶粒 平 均 直 径 达 到 娜 从 铝 合 金 的半 固态 加 热 保温 研 究 『川 中发 现 ， 铝 合 金 的 晶