1、材料导 报年月 第飞卷 第期乃乙一白一系合金材料制造工艺的新进展王强梁淑华范志康西安理工大学材料科学与工程学院,西安。魂摘要在介绍系合金材 料制造工 艺现状的基拙上,综述 了它 的 一 些新的制造 工艺如 快速 凝固法、口贡射沉积 法、电火花烧结法等,并 分 析了它们的优缺占、关键词合金制造 工艺飞飞兀,。,。,一一沁。,、,、。,。,。、。飞,。、,。,飞。飞、,一,、一、,、飞,。一一、,、川一、。、,一,、。,、引言合金中,组元具有较低的熔 点、高传导性和良好的塑性,有利于提高真空 开关 的开断能力 第组元具 有较高的熔点、机械强度和较低的截流值 保汗了真空开 关具有良好的耐压、抗烧蚀、
2、抗熔 焊及低 截流特州、因而叭此系 台金材料 广泛用作真空触头材料一。但是仇,、组几的各 自特川给合金的制取二带来较 为严重的困难。表为组元的特征常数,图为合金相图由图口知,在、中的固溶 变很低。、时约有只飞泛。的济十仁表、组元特征常数元元素素晶体结构构点阵常数数熔人状状熔点时蒸气帐帐沸点点热 导率率密度度线月彭月长系数数一。工口、咬尹厂厂一面心立方方通通亏亏体心立方方注注弓性性旧旧匕,、,一。于一一一一一月月月月月月月月月月一一一一片片片片片片片井一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一。一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一二二一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一
3、吸一一一一一一一一一一一,含量写图系合金相图中以下 则几乎不溶,不溶于,因而 叭、合金 实际卜是 两相结构的假合金。,和的不溶州,使其 液相 合金凝固时有共晶化和比重偏析倾 向 造 成宏 观偏 析熔点较高,在高温时与普通熔炉材料反应剧烈 而且在熔点温度下有较高 的蒸气压哪。种种因素决 定价合金邓以采用普通熔炼法制取。因此研究者们设计出多种工 艺为泪、以求 获得高性能的合金。本文在全 面分析的基树卜,综述国内外各种制取合金材 料 的新工艺及它右的特点,以期对合金材料的制取提供些参 考、系合金材料制造工艺的现状飞混粉烧结法混粉烧结 法是 一种常规 的粉末冶 金 生产上艺,它广一泛应用于合金材料的制
4、取其工艺过 程为按定比例将定粒 度的粉与粉 在保护 气氛 下允分混合、玉制 成形然后再在保护气氛下烧结。根据不 同的烧结温 度又可 分为固相烧结一和液相烧结一。混粉烧结王强男岁,硕士,主要 从事粉末冶金铜 墓触头材料的研究西安理工大学井信箱,西安招系合金材料制造工艺 的新进展王强等工艺简单,成本低,但难以保证致密化要求。为获得高致密度的合金,通常在混粉烧结后 通过复压等冷加工手段或热挤、热锻和热等静压等热力工 乎段来提高材料的致密度。另外,混粉烧结过程中,由于、,、颗粒靠压缩和摩擦过 程机械结合在一起不 能满足韧性要求熔渗法比熔渗法是制取 难 熔 金属 与低熔点金属假合金 的常用方法。熔渗法
5、制取合金的工艺过程为 将粉或混有少量粉以及其 他添 加组兀 粉末的粉压制、烧结制成熔 渗骨架,在真 空下 于艺。少,右 将 叭熔 渗进骨架 制成合金材料。熔渗法制取、合金工艺简单,但仍存在许多问题易氧化,降低了熔渗 金属与骨架的浸润性,使熔渗困难,易产生闭孔等熔渗缺陷固相烧结桥显著降低骨架的可变形性高温 熔渗 时,在,中溶解度较高,冷却后形 成过饱和固溶体使其传导性能 大欠降低熔 渗法不能 制取高含量 的丁合金其含叭叭般在气沁之间。混合熔铸法,刁将低熔点组兀王熔 化丙加入高熔点组元的粉 末即在粉中还可以加 入其它添 力成分作 为吸气剂、脱氧剂和润湿剂,如、一等粉 与、熔液均匀混合后,在真空下铸
6、成所需的几何形状,降至室温即成。这种工艺能制取含量在刊,斗。之 问的、合余,它具有良好的开断能 力和低截流值但由于易氧化,整 个工艺过程要求在真空条件下进行将按一定比例混合均匀的粉与。粉由扶动式 送粉器送到等离子炬 中,在不 同的基体基体 为湍度刊气体气氛的工艺条件下获得。一,的、合金材 料涂长实验 人明用等离子体喷 涂 工艺制得 的、含金材料具 有较 低的截流值,但,涂层摹度了女 大只有、,飞前 亥工艺仍在发展之中。一送料一电极尽一铜模刁不潇、杀寿靛图自耗电极电弧熔炼示意图系合金材料制造工艺的新进展电弧熔炼法电弧熔炼法是在自耗电极电弧炉内进行 的沙电极是、的混合粉末经等静压 后在知、真空下烧
7、结而成。在真空或惰性气体气氛中,将此 电极 在 直流电弧 的高温作用下迅速熔化,然后将熔 融的液 态金属 在水冷铜模中凝固形成铸锭图。实验表明电弧熔炼法制得 的、合金晶粒很细,大小只有熔渗法获得的工。,因此,它的力学性能和 电学性能均比粉末冶金法制取的合金材料有较大的提高。此外,由于电弧熔炼法是在真空条件下进 行的,故大大降低了材料的含气量,提高了合金的纯 度,但它 需要成本较 高、结构复杂的真空系统和真流电弧 电源因而最终材料成本较局。等离子体喷涂法等离子炬作为种新型 的高温热源能 量集中,可获得比用其它热源高得多的温 度等离子体喷涂图就是 利用等离子炬 的这些特点 采用电弧等离子炬把难熔
8、的金属粉末材料快速熔化,并以极高 的速度喷散成较细的、具有很大动能的颗粒。这些金属 颗粒撞击到基体工件后由于机械变形以及冶金结合等作用,便在基片卜形成一个很薄的涂层。由于等离子炬形成的焰流在喷射过程 中同时 受到 磁 收缩、热收缩和机械压缩效应三种作用使得等离子体喷涂工艺喷涂速度很高,故用它获得的涂层与基体 结合性好,涂层的 强度、密度 也很高。用等离子体喷涂法制取、,合金的工艺过程如下比电电源源图等离子体喷涂原理激光表面合金化法激光是一种高能 量的光源能星集中,可以把难熔金属快速熔化。等用激光 表面合余化法制取叭合金的过程 如 下困由于铜 对激 光右一幸尺高的反射性,为解决这问题,可 顶 先
9、用硅酸盐粘结剂山纤 过 喷红处理 的铜基体表面粘卜一层厚一。的粉,然后用激光束在氦气气氛保护下以一定的速 度照时粉层必要时可币复次到几次。粉及表层在高能激光束长射下快速挤 化并凝固形成合金。用这种方 法 叮了尺得厚加。一加即、含虽为的、正合金层其 硬 度叫达水,是纯 铜在温变下的一倍,少手目该 合余层具有 汉高的强度、乏材料导报年月第卷第期好的耐磨性。激光表面 合 金化法只能用 于制取合金徐层,进行表面改性,不能用于制取 整体,合金材料。目前该方法也处 于发展 之中。快速凝固法快速凝固法制备的合金具有普通铸造法所不具备的冶金特征川。这些特征包括细 晶粒、扩大固溶区、亚稳相和金属玻璃。,和用熔甩
10、技术制作出了含和的细 晶合金比,他们 在氦气气氛中将配比好的合金 在石英柑祸中熔化,将熔体在氦气气 氛 中通过石英喷 嘴喷射到以旋转的铜被合金制成的转盘上,制作出了。“厚、宽的合金 条带,条带 中粒子尺寸小于。用类似方法制作出了含及的合金。由于目前冷却速度的限制,人们 还不能用快速凝固法 直接制备出晶粒尺寸小于如的大块合金材料。喷射沉积法喷射沉积 的过 程也是一个快速凝固的过程,由于在喷射沉积过程中增大液态合 金和冷却 介质的接触面积,从而可以在较大程度卜提高冷速得到 更加精细的显微组织。喷射沉积法制取合金分三个过程仁“金属 的熔化、雾化和 沉积即将,、混 合粉末熔化成液 态金属后,雾化为熔滴
11、颗粒,随即直接 沉积在具有定形状 的收集器卜从 而获得大块整体致密度达理论 密度以 卜的合金,这一过程全部在一密闭的炉体内完成。喷射沉积 法制备的合金具有较高的耐电压 强度,但由于雾化喷射时总存在沉 积颗粒 的位置 不均匀性所以要 得到大面积尺寸均匀的合金 材料,还必须采取许 多技术措施,日前这一方法仍处于进入工业化生产 的初期。机械合金化法机械合金化咬又称高能球磨发明 当初主要用于制备氧化物弥散强化高温合金,习,目前使用该工艺合成了非晶合金、过饱和 固溶体、准晶和纳米材料。在机械合金化过程中,粉末质点在很高的能量下经受反复的冷焊、断裂、破碎以及重新焊接,从而获得粉末的合金化及晶粒的超细化。等
12、川在行星磨中对合金 高能球磨球料比为,球磨后粉末在下 冷从成形,在下热挤压,收缩比为。,所得合 金 硬 度 可 达,断 裂 强度 达。机械合金化法可以制备含量在纬之司的合金。电火花烧结法电火花烧结图朽原理 如下亡,通过将按一定比例预先混合好 的粉与粉及 其它 添 加组元 的混合粉 末填 充于石墨等材质制成的模冲中在上下冲头之 间通以电流,利用粉末 自己加热或利用粒子 间产生的放电能量使高导 电金属处在熔点以下的固态、短时间进行烧结。也可边把上下冲头加压使粉末压缩边进行烧结 也 可 在石墨模和上 下冲头之 间把粉末和松散材料装填并进行烧结 或把松散材料和粉末交替装填,使它们彼此结合。进行电火花烧
13、结时其气氛无论是负压下还是大气压下都行对一原材料要求不严,采用简单的球磨混合即可。电火花烧结可以实现铜与铬的任意组合,且制得的材料晶粒细小,成分均匀,但组织致密度般较 低,只有 当所加珠力大于,、通 过 电流超过时,其相 对 密 度才可达以 上。另外,通 过电火花烧结 可将 其它组分如座粉末与其起烧结,达到简化 工 艺,降低成 本的目的,且由于是次烧结成 形,界 面结 合良好,强度较高,提高材 料的安全性与可靠性。一一一一一一一一一混合粉末一座混合粉末石墨凸模一石墨模通电电极图电火花烧结示意图结束语作为真空触头材料 妾求系合金具有报小的孔隙率,最低 的气体含量良好 的颗 粒问结 合及较高 的力学、电学性能,制造工艺是决定这切的主要原 因之制造诫系合金材料的方法很多,要根据原材 料及设 备条件 选 择台适 的方法、最佳的工艺及工艺参数,利用 最低的成本制取从优良的合金材料。参考文献周武平高压 电器,贾申利王季梅高压电器,李震彪上海 电器技术,王永兴,郭积 岩高压 电器列,弓、,一飞,吐,一,一,、,一哈只一八 碑凡王亚平,张丽娜,丁秉均,等高压电器,、,高一平粉末冶金新技术电火花烧结北京冶金工业出版社,彭兴鼎电工合金,责任编辑张汉民
