一种偏晶合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及偏晶合金材料制备技术领域，尤其涉及一种偏晶合金材料及其制备方法。

背景技术：

偏晶合金具有独特的物理和力学性能，可用作自润滑材料，是汽车工业中理想的新型轴瓦合金材料，具有弥散分布第二相粒子的偏晶合金具有超导性能，可用于制作超导材料，制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。此外，第二相以颗粒状或纤维状均匀分布的偏晶合金，可以制成具有良好导热、导电性的电接触材料与高矫顽力永磁体。然而，偏晶合金属于难混溶合金，当温度降低至某一特定温度时，均一的偏晶合金熔体将发生液相分离，在常规凝固条件下，该类合金极易发生严重偏析，很难获得第二相弥散分布的偏晶合金。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种偏晶合金材料及其制备方法、本发明制备方法得到的偏晶合金材料凝固组织分布均匀，未形成明显的分层结构，均匀性好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种偏晶合金材料的制备方法，包括以下步骤：

将偏晶合金原料在坩埚中熔融，得到熔炼液；

将所述熔炼液在惰性气体的作用下通过坩埚的微孔喷到基材上，得到偏晶合金材料；

所述惰性气体的压强≥7mpa；所述基材的温度为20～30℃。

优选地，所述基材处于旋转状态。

优选地，所述基材的旋转线速为5～10m/s。

优选地，所述坩埚上微孔的孔径为1～5mm。

优选地，所述惰性气体包括氩气和/或氦气。

优选地，所述惰性气体的纯度≥99.99％。

优选地，所述基材为需要负载偏晶合金材料的物体。

优选地，所述基材的温度通过水冷装置控制。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的偏晶合金材料。

本发明提供了一种偏晶合金材料的制备方法，包括以下步骤：将偏晶合金原料在坩埚中熔融，得到熔炼液；将所述熔炼液在惰性气体的作用下通过坩埚的微孔喷到基材上，得到偏晶合金材料；所述惰性气体的压强≥7mpa；所述基材的温度为20～30℃。本发明在偏晶合金的制备过程中结合了快速冷凝工艺，利用高压惰性气体将熔融态的偏晶合金原料喷至温度为20～30℃的基材上，实现了熔炼液的快速凝固，提高了液-液相变的过冷度和弥散相液滴的形核率，抑制了凝固组织的宏观偏析，促进弥散型凝固组织的形成，保证了偏晶合金材料的组织均匀性。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的偏晶合金材料，所得偏晶合金材料凝固组织分布均匀，未形成明显的分层结构，均匀性提高。

附图说明

图1为微孔设置在坩埚侧壁上时偏晶材料所用的装置，其中，1为热电偶装置，2为电弧熔炼装置，3为通气管路，4为坩埚侧壁微孔，5为水冷装置，6为桶状物体基体，7为旋转装置；

图2为微孔设置在坩埚底面上时偏晶材料所用的装置，其中，1为热电偶装置，2为电弧熔炼装置，3为通气管路，4为坩埚底面微孔，5为水冷载物台，6为旋转装置；

图3为实施例1所得偏晶合金材料的金相显微组织照片；

图4为实施例2所得偏晶合金材料的金相显微组织照片；

图5为实施例3所得偏晶合金材料的金相显微组织照片。

具体实施方式

本发明提供了一种偏晶合金材料的制备方法，包括以下步骤：

将偏晶合金原料在坩埚中熔融，得到熔炼液；

将所述熔炼液在惰性气体的作用下通过坩埚的微孔喷到基材上，得到偏晶合金材料；

所述惰性气体的压强≥7mpa；所述基材的温度为20～30℃。

本发明将偏晶合金原料在坩埚中熔融，得到熔炼液。

本发明对所述偏晶合金原料的种类不做具体限定，本领域技术人员根据要制备的偏晶合金原料进行选择即可；本发明对所述熔融的温度和时间不做具体限定，根据所选用的偏晶合金原料进行设置即可。在本发明的具体实施例中，所述偏晶合金原料优选为bi和al质量比为1：9的偏晶合金原料、al和pb质量比为9：1的偏晶合金原料、al、sn和bi质量比为6：3：1的偏晶合金原料。在本发明的具体实施例中，所述熔融的温度优选为1000℃，所述熔融的时间优选为10min。在本发明中，所述熔融优选在电磁感应熔炼装置中进行。

得到熔炼液后，本发明将所述熔炼液在惰性气体的作用下通过坩埚的微孔喷到基材上，得到偏晶合金材料。

在本发明中，所述惰性气体的压强≥7mpa，优选为10～20mpa；所述惰性气体优选包括氩气和/或氦气，进一步优选为氩气；当所述惰性气体为混合气体时，本发明对混合气体中各气体的体积比不做具体限定，任意体积比均可；所述惰性气体的纯度优选≥99.99％。

在本发明中，所述基材优选为需要负载偏晶合金材料的物体，如桶状物体或块状物体；所述基材的温度为20～30℃；所述基材的温度优选通过水冷装置控制。在本发明中，所述基材优选处于旋转状态；所述基材的线速优选为5～10m/s。

在本发明中，所述坩埚的材质优选为si3n4。在本发明中，所述微孔优选设置在所述坩埚的底部或者侧壁上，具体的微孔的设置位置根据实际进行设置即可，具体地如：当需要对所述桶状物体基材进行偏晶材料附着时，所述微孔优选设置在所述坩埚的侧壁上；所述坩埚侧壁上微孔的孔径优选为1～5mm，底面上的微孔孔径优选为1～5mm；当需要对所述块状物体基材进行偏晶材料附着时，所述微孔优选设置在所述坩埚的底部；所述坩埚底面上微孔的孔径优选为1～5mm，侧壁上微孔的孔径优选为1～5mm。在本发明中，所述熔炼液在惰性气体的作用下通过坩埚的微孔喷到基材上时，所述坩埚的底面和侧面优选不同时工作。

图1为微孔设置在坩埚侧壁上时偏晶材料所用的装置，其中，1为热电偶装置，2为电弧熔炼装置，3为通气管路，4为坩埚侧壁微孔，5为水冷装置，6为桶状物体基体，7为旋转装置。

图2为微孔设置在坩埚底面上时偏晶材料所用的装置，其中，1为热电偶装置，2为电弧熔炼装置，3为通气管路，4为坩埚底面微孔，5为水冷载物台，6为旋转装置。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的偏晶合金材料。在本发明中，所得偏晶合金材料凝固组织分布均匀，未形成明显的分层结构，均匀性提高。

下面结合实施例对本发明提供的偏晶合金材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

利用图2的设备在铁质圆盘表面制备偏晶合金材料：

将质量比为9：1的al-bi偏晶合金原料置于si3n4坩埚内，通过电磁感应熔炼装置升温至1000℃，保温10min，得到熔炼液；

在所述坩埚中冲入压强为10mpa的惰性气体，使坩埚中的熔炼液从坩埚底面上的微孔(孔径为1.5mm)喷至旋转的铁质圆盘(温度为20℃)上，所述铁质圆盘的线速为5m/s，喷5min，得到偏晶合金材料。

图3为本实施例所得偏晶合金材料的金相显微组织照片，从图3可以看出：偏晶合金晶粒弥散分布，凝固组织分布均匀。

实施例2

利用图2所示的设备在铁质圆盘表面制备偏晶合金材料：

将质量比为9：1的al-pb偏晶合金原料置于si3n4坩埚内，通过电磁感应熔炼装置升温至1000℃，保温10min，得到熔炼液；

在所述坩埚中冲入压强为20mpa的惰性气体，使坩埚中的熔炼液从坩埚底面上的微孔(孔径为1.0mm)喷至旋转的铁质圆盘(温度为20℃)上，所述铁质圆盘的线速为10m/s，喷10min，得到偏晶合金材料。

图4为本实施例所得偏晶合金材料的金相显微组织照片，从图4可以看出：黑色的pb相颗粒在al基中的分布密集且均匀，未发生凝固偏析。

实施例3

利用图1所示的设备在铁质圆桶表面制备偏晶合金材料：

将质量比为6：3：1的al-sn-bi偏晶合金原料置于si3n4坩埚内，通过电磁感应熔炼装置升温至1000℃，保温10min，得到熔炼液；

在所述坩埚中冲入压强为7mpa的惰性气体，使坩埚中的熔炼液从坩埚侧壁上的微孔(孔径为5.0mm)喷至旋转的铁质圆桶(温度为30℃)上，所述铁质圆桶的线速为10m/s，喷10min，得到偏晶合金材料。

图5为本实施例所得偏晶合金材料的金相显微组织照片，从图5可以看出：偏晶合金凝固组织均匀分布，晶粒细小，效果理想。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。