[發明專利]一種具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法

有效

• 申請號: 201710026348.1
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106544534B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 王恩剛;張林;滿田囡;項兆龍;王韜;王文斌
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C21/00;C22C18/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于金屬材料制備領域，特別是涉及一種具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法。

背景技術

難混溶合金又稱偏晶合金，是一類具有優異微觀結構、耐磨、電接觸和超導性能的新材料。Al-Pb、Al-Bi等合金作為軸瓦材料應用于汽車工業，Cu-Pb等合金用作超導材料，Cu-Cr等合金應用于電觸頭材料。可見難混溶合金是具有重要工業前景的金屬材料，但由于傳統的鑄造技術極易形成嚴重的重力偏析，致使合金的實際應用性能受到明顯的限制，因此通過適當的方法制備出第二相彌散分布的凝固組織成為亟待解決的難題。

難混溶合金是一類極易發生液-液相偏析的典型合金，其特點是在二元相圖中存在一個兩液相不混溶區。難混溶合金在凝固過程中受到形核、擴散、凝并、Ostwald熟化、Marangoni凝并等影響，導致其凝固組織出現偏析而失去了應用價值。這是難混溶合金一直得不到廣泛工業應用的原因，所以制備第二相彌散分布的合金是目前難混溶合金領域重要的研究方向。

目前為止，解決難混溶合金的宏觀偏析問題有多種制備方法。申請號為200810010028.8的專利文件中公開的“一種具有復合組織偏晶合金絲或棒材的制備方法”，采用快速定向凝固技術，抑制合金中液-液相變過程中彌散相液滴在坩堝表面的異質形核行為，制備了具有復合組織的偏晶合金絲(棒)材。申請號為201010541898.5的專利文件中公開的“自潤滑防輻射Al-Bi合金的制備方法”，將Bi粉球磨到一定尺寸，再將鋁粉倒入一起球磨，最后熱壓燒結制備材料。

雖然現有的難混溶合金的制備方法多種多樣，但在制備彌散分布的難混溶合金過程中仍存在成本高、工藝復雜等問題，解決現存的這些問題仍是一個巨大挑戰。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，制備出第二相組織彌散分布的難混溶合金,解決現有難混溶合金的成分偏析、制備工藝復雜等問題。

本發明的技術方案是：

一種具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，制備的難混溶合金微觀組織由基體和球狀結構的顆粒組成，所述球狀結構的顆粒，是由Bi相包裹著棒狀結構的金屬間化合物NdBi2的顆粒。

所述的具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，具體步驟為：

(1)按難混溶合金的化學成分組成，稱量各合金元素和添加的稀土金屬Nd；

(2)在惰性氣體氣的保護下，采用感應加熱將各合金元素和添加的稀土金屬Nd完全熔化，保溫3～10min后，隨爐冷卻，制得具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金；其中，感應熔煉溫度大于等于難混溶區溶解度曲線溫度30～50℃。

所述的具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，難混溶合金為Al-Bi合金或Zn-Bi合金。

所述的具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，難混溶合金中，Bi的質量百分含量為5～20％。

所述的具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，難混溶合金中，Nd與難混溶合金質量比范圍控制在0.5～1.5％。

本發明具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，其原理如下：

以Al-Bi難混溶合金為例：由于棒狀結構的NdBi₂與Bi相的潤濕性非常好，所以棒狀結構的NdBi₂可作為Bi相的異質形核質點，促進Bi相的形核，使Bi相彌散分布在Al基體中；該理論可用于制備棒球復合結構第二相彌散分布的含Bi相難混溶合金，原位生成的棒狀結構的金屬間化合物NdBi₂促進了難混溶合金中的Bi相形核，獲得了由Bi相包裹著棒狀結構的NdBi₂的球狀顆粒彌散分布的難混溶合金。

本發明具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金的制備方法，與現有技術相比，其有益效果為：

(1)本發明的方法制備了一種新型的棒球復合結構彌散的難混溶合金。

(2)本發明方法制備了第二相彌散分散在基體中難混溶合金。

(3)本發明方法制備的難混溶合金，提高了自身的自潤滑性能，可作為軸承材料應用。

附圖說明

圖1本發明實施例1制備的具有棒球復合結構顆粒的難混溶合金中球狀結構的顆粒的形貌。

圖2本發明實施例2制備的具有棒球復合結構顆粒的Al-10wt％Bi合金和無Nd添加的Al-10wt％Bi合金的磨損表面形貌；其中，a對應無Nd添加的Al-10wt％Bi合金，b對應實施例2具有棒球復合結構顆粒的Al-10wt％Bi合金。