基于气雾化法的Sn基及Cu基合金的制备

摘要

近年来非晶合金因为其优异的力学性能、电学性能、软磁性能、抗腐蚀性好、耐离子照射而受到关注，可以应用于精密加工、海洋作业、航空航天、核工业等领域。Cu46Zr42Al7Y5是一种典型的铜-锆基非晶材料，具有强度好，硬度高，耐强酸耐腐蚀等一系列优点，是一种很有前景的新型材料。气雾化法被广泛地用于制备金属及合金粉末，也是用于制取非晶合金的有效途径之一，但是非晶合金的制备由于需要极高的冷却速率以及低氧环境，一直难于实现，本课题通过不断的尝试，最终确定了坩埚、喷嘴以及粉末收集器的设计，并最终搭建了一套简单可行的气雾化设备，既能实现金属合金粉体的制备，也能实现非晶合金的制备，并对金属合金粉体以及非晶合金进行研究分析。
　　本文探索了不同工艺参数，实验表明150℃的熔体热过度最佳，增加雾化气压溶液得到微细粉末，导液管内径对粉末的粒径分布影响不大；实验制取了球形度良好的铜锡化合物粉末，该粉末的相组成包含Cu6Sn5、Cu3Sn和Sn，其微观形貌和内部组织存在明显的尺寸效应，在300℃下氮气保护管式炉热处理后得到了单一相的Cu6Sn5粉末；实验成功制备了非晶态、部分晶态和全晶态Cu46Zr42Al7Y5合金，利用纳米压痕、维氏硬度等手段对比分析了三种状态下的Cu46Zr42Al7Y5合金的力学性能，结果表明全晶态合金的硬度最大、非晶态合金的硬度最小，纳米压痕的负载位移曲线上非晶态合金的锯齿屈服数最多，扫描电镜下，非晶态及部分晶态合金的维氏压痕出现剪切带现象，全晶态合金的维氏压痕没有发现剪切带现象，实验还进一步分析了近距离取得下的压痕形貌，发现剪切带受外加能量的影响；微观组织和断口形貌上，非晶态合金的组织平坦，部分晶态合金的组织存在较大凹凸结构，全晶态合金的组织存在较小的凹凸结构，非晶态合金断口发现明显的河流状花样，部分晶态合金的断口发现较大的凹凸结构和少量解理阶，全晶态合金发现较多河流花样和少量凹凸结构，三种状态下合金都属于脆性断裂。
　　本文所制取的铜锡化合物粉末的形貌、组织尺寸效应与冷却速率以及铜锡相变密切相关，详细机理还有待进一步研究；非晶态Cu46Zr42Al7Y5合金的剪切带形成以及在外加能量输入后消失的内在机理也值得进一步的探索。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2粉末的制备现状

1.3气雾化制粉的发展与现状

1.4金属间化合物粉末及其制备现状

1.5非晶态合金及其制备现状

1.6本课题主要研究内容

第2章 气雾化系统设计原理及工艺研究

2.1概述

2.2实验方法及过程

2.3气雾化系统设计原理

2.4气雾化法工艺研究

2.5本章小结

第3章 Cu6Sn5粉末的制备及性质研究

3.1概述

3.2化合物粉末的制备

3.3化合物粉末的尺寸效应

3.4化合物粉末的热处理

3.5本章小结

第4章 Cu46Zr42Al7Y5非晶合金的制备及性质研究

4.1概述

4.2 Cu46Zr42Al7Y5非晶合金的制备

4.3 Cu46Zr42Al7Y5三态合金的力学性能研究

4.4 Cu46Zr42Al7Y5三态合金的组织分析

4.5 Cu46Zr42Al7Y5三态合金的断口分析

4.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢