专利名称：一种具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法
技术领域：
本发明属于偏晶合金丝(棒)材制备技术，具体地说是一种具有复合组织偏 晶型合金丝(棒)材的快速定向凝固制备方法。
背景技术：
如图i所示，偏晶型合金的示意相图。该类合金在液态存在着组元不混溶温 度区间"+i2)。当均一的合金熔体冷却到A+A区内时，它将发生液-液相变
U — z1+z2)。该类合金十分广泛，其中许多具有特殊的力学和物理性能，在工 业上具有很好的应用前景，因此，其研究吸引了越来越多人的注意。为了深入认 识该类合金的凝固特性，国内外材料科学工作者做了大量的实验研究工作，并开 展了广泛的理论模拟，发现在偏晶合金凝固后经常呈现分层组织。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有复合组织偏晶合金丝(棒)材的制备方法， 提出通过适当地选取合金系、合金成分和坩埚材料(或连铸保护熔渣)，抑制偏晶 合金液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚(^J户熔渣)表面的异质形核行为，控制 偏晶合金盼决速定向凝固动力学，获得具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材。
本发明的技术方案是
一种具有复^能只偏晶合金丝(棒)材的制备方法，采用快速定向凝固技术，
凝固速度在2-100mm/s (优选为2-20 mm/s),通自取偏晶合金，坩埚材料可为 石墨、陶瓷、刚玉等或连铸时的保护熔渣，制备具有复合组织的偏晶合金丝(棒) 材。
戶腿合皿用偏晶型合金，如A1-Pb、 Cu-Co、 Al-Bi或Al-In等。 所述A1-Pb偏晶合金为Al- (5-15) wt%Pb。 戶M偏晶合金丝(棒)直径为2-20mm。本发明的原理如下
本发明通M取适当的偏晶合金(如A1-Pb、 Al-Bi等)及坩埚材料(如石 墨、刚玉等)或连铸保护熔渣，当基体液相和坩埚(熔渣)间的界面张力a,w、 弥散液相和坩埚间的界面张力cri2C及两液相间的界面张力cr^满足 ^V:>crAC + oVjf，合金凝固过程中弥散相液滴不能在坩埚(烙渣)表面发生
异质形核，而只能在熔体内部形核，形成的液滴在熔体内温度梯度作用下向试样 内部迁移。因此，可以制备表面具有一层基体相的偏晶合金丝(棒)材。为了制 备具复^且织的偏晶合金丝(棒)沐首先要选取飽的合金系和坩埚材料(或保 护熔渣)，以避免偏晶合金十魏定向凝固过程中弥辦目液滴在坩埚(，渣)表面发 生异质形核。
本发明的有益效果是
1、 本发明首先选取合适的偏晶型合金系及合金成分(如Al-Pb、 Al-Bi、 Cu-Co
等)，使用快速定向凝固技术，进而根据所确定的合皿取合适的坩埚材料(石墨、 陶瓷、刚玉等)或连铸保护熔渣，抑制偏晶合金液-液相变过程中弥散相液滴在坩 埚(烙渣)表面的异质形核行为，控制偏晶合金盼决速定向凝固动力学，获得具 有复合组织的偏晶合金丝(棒)材，满足工业需求。
2、 本发明尤其适合于液-液相变过程两液相间的比重差较小或弥散相体积分 数较低、丝(棒)尺寸较小的情况。
图1为偏晶型合金的示意相图。
图2(a》图2(d)为具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材的金相；其中，图2(a): Al-5wty。Pb合金，凝固速度为15mm/s，图中白色相为A1基体，黑色相为Pb粒 子；图2(b):Al-5wt。/。Pb合金，凝固速度为5mm/s，图中白色相为A1基体，黑色 相为Pb粒子；图2(c):Al-3.5wty。Pb合金，凝固速度为5mm/s，图中白色相为A1 基体，黑色相为Pb粒子；图2(d) : Al-9wt%Bi，凝固速度为4mm/s，图中灰色相 为A1基体，白色相为Bi粒子。
具体实施例方式
研究表明偏晶合金凝固后样品经常呈现分层组织。近来我们对Al-Pb、 Al-Bi等合金的凝固行为进行了研究，发现液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚表面的异 质形核行为决定着分层组织的形成。当弥散相液滴不能在坩埚表面发生异质形核 时，易于在试样表面形成基体相富集层。据此，我们通鹏用合适的偏晶合金及 坩埚材料，利用快速定向凝固技术，控制偏晶合金凝固动力学，获得了具有复合
组织的丝(棒)试样，如图2(a)-(d)所示。
实施例1
如图2(a)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-5wt。/。Pb合金，用石墨为柑埚 材料，定向凝固速度为15mm/s，制备出表面具有Al富集层的Al-Pb合金棒，其 直径为8 mm。
其制备过程如下
用电阻炉熔炼偏晶合金熔体，通过在1223K保温30分钟后获得均一熔体；
开始向冷却介质(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)中抽拉试样，进行定向凝固。
实施例2
如图2(b)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-5wt。/。Pb合金，用石墨为坩埚 材料，定向凝固速度为5mm/s，制备出表面具有A1富集层的A1-Pb合金棒，其直 径为5-10腿。
其制备过程如下
用电阻炉熔炼偏晶合金熔体，通过在1223K保温30分钟后获得均一熔体；
开始向7转卩介质(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)中抽拉试样，进行定向凝固。
实施例3
如图2(c)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-3.5wt。/。Pb合金，用石墨为坩 埚材料，定向凝固速度为5mm/s，制备出表面具有A1富集层的A1-Bi合金棒，其 直径为8 mm。
其制备过程如下
用电阻炉烙炼偏晶合金熔体，通过在1223K保温30分钟后获得均一熔体； 开始向冷却介质中(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)抽拉试样，进行定向凝固。
5实施例4
如图2(d)所示，使用快速定向凝固装置，对Al-9wt。/。Bi合金，用石墨为柑埚 材料，定向凝固速度为4mm/s，帝恪出表面具有A1富集层的A1-Bi合金棒，其直 径为8 mm。
其制备过程如下
用电阻炉熔炼偏晶合金烙体，通过在1画K保温30分钟后获得均--熔体； 开始向冷却介质中(定向凝固常用的液态镓铟锡合金)抽拉试样，进行定向凝固。
权利要求
1、一种具有复合组织偏晶合金丝或棒材的制备方法，其特征在于采用快速定向凝固技术，凝固速度在2-100mm/s，通过选取偏晶合金，坩埚材料为石墨、陶瓷、刚玉或连铸时的保护熔渣，制备具有复合组织的偏晶合金丝或棒材。
2、 按照权利要求1所述具有复^且织偏晶合金丝^l材的帝lj备方法，欺寺征 在于选用偏晶型合金，Al-Pb、 Cu-Co、 Al-Bi或Al-In合金。
3、 按照权利要求1所述具有复^且织偏晶合金丝^#材的制备方法，欺寺征 在于戶;f^偏晶合金丝或棒材直径为2-20mm。
全文摘要
本发明属于偏晶合金丝(棒)材制备技术，具体地说是一种具有复合组织偏晶型合金丝(棒)材的快速定向凝固制备方法。采用快速定向凝固技术，凝固速度在2-100mm/s，通过选取偏晶合金和坩埚材料(如石墨、陶瓷等或连铸时的保护熔渣)，制备具有复合组织的偏晶合金丝或棒材。本发明通过选取适当的偏晶型合金(如Al-Pb、Al-Bi、Cu-Co等)及坩埚材料(如石墨、陶瓷或连铸时的保护熔渣等)，抑制偏晶合金液-液相变过程中弥散相液滴在坩埚(熔渣)表面的异质形核行为，控制定向凝固偏晶合金的凝固动力学，制备具有复合组织的偏晶合金丝(棒)材，满足工业需求。
文档编号C22C1/00GK101476053SQ200810010028
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者杰 何, 李海丽, 赵九洲 申请人:中国科学院金属研究所