| 题名 | 喷射成形过程及高性能合金材料研究 |
| 作者 | 王晓峰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-02-10 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 赵九洲 |
| 关键词 | 喷射成形 数值模拟 分离粒子法 群体动力学 显微组织 力学性能 强化机制 AZ91镁合金 Cu-Cr合金 Cu-Sn合金 Si-Al合金 |
| 其他题名 | Investigation of spray forming processing and high performance metallic materials |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 喷射成形技术是继传统铸造与粉末冶金之后发展起来的一种新型快速凝固技术，它将金属熔体的雾化和雾化液滴的沉积两个过程合为一体，直接由液态金属制备具有快速凝固组织特征的大块金属实体。本文采用试验与数值模拟相结合的方法研究了雾化液滴和雾化锥的凝固过程，优化设计了喷射成形参数。在此基础上采用喷射成形技术制备了几种合金材料，并且研究了喷射成形材料的后续处理工艺，取得以下主要研究成果： 1. 雾化液滴凝固模型的发展与完善 在分离粒子法的基础上建立了合金雾化液滴冷却凝固过程的数学物理模型，并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合，分析了单个液滴在飞行过程中的传热和凝固行为；进而，采用群体动力学模型模拟了雾化锥的凝固过程，分析和讨论了喷射成形过程动力学参数的影响。研究结果表明，所建立的模型可准确描述雾化液滴的凝固过程出，能够为喷射成形工艺参数选择提供理论指导，有助于利用喷射成形技术研制新型合金材料。 2. 喷射成形AZ91镁合金的研究 采用喷射成形和沉积坯热轧的方法，成功制备了AZ91镁合金，测试了合金的力学性能，分析了合金的强化机理。结果表明：沉积态AZ91镁合金晶粒细小，组织均匀，第二相化合物β-Mg17Al12数量较少，表现出良好的塑性变形能力，350℃热轧道次变形量在10~20%之间。经80%热轧变形后，合金完全致密化。变形使合金晶粒进一步细化，力学性能显著提高。合金轧制后基体中仍保持很高的Al的固溶度，经T5处理后，合金力学性能进一步提高。 3. 喷射成形低Cr铜合金的研究 利用喷射成形工艺制备了Cu-1.2wt.%Cr和Cu-3.2.wt%Cr合金，研究了Cr含量及形变热处理工艺对两种合金组织和力学性能的影响。采用光镜、扫描电镜以及透射电镜对不同热处理状态下组织结构进行了观察和分析。结果表明：喷射成形过程中合金冷却速度快，铜基体中Cr的过饱和固溶效果良好。与铸态合金相比，喷射成形Cu-Cr合金表现出良好的时效行为。共格强化对提高Cu-Cr合金强度作用显著。尽管提高合金中Cr含量可以增加凝固过程中形成的初生Cr粒子相的数量，但是这并不能使合金的强度得到明显的提升。分析认为：喷射成形低Cr铜合金中的Cr含量应当控制在1.2wt%以下 4. 喷射成形Cu-13.5wt.%Sn合金的显微组织和力学性能 采用喷射成形技术成功的制备出Cu-13.5wt.%Sn合金，探讨了采用冷轧技术制备高强度Cu-Sn合金的可行性，研究了该合金轧制组织和力学性能。结果表明，与铸态Cu-13.5wt.%Sn合金相比，沉积态Cu-13.5wt.%Sn合金组织为单相的α固溶体，晶粒细小，组织均匀、无宏观偏析，表现出良好的塑性变形能力，可以进行冷轧变形。冷轧道次变形量在15%左右，总的形变量可达80%。喷射成形技术打破了传统变形和铸造技术的限制，使变形Cu-Sn合金中含Sn量从8wt%上升到13.5wt%。喷射成形Cu-13.5wt.%Sn合金轧制后表现出良好的综合力学性能。该合金具有高强度、低弹性模量的特点，在弹性元件领域具有广泛的应用前景。 5. 新型电子封装材料70wt.%Si-Al的研究 采用喷射沉积技术制备了70wt.%Si-Al合金，进行了热等静压致密化处理，测试了合金的主要性能。试验结果表明：喷射沉积70wt.%Si-Al合金比重低，组织细小均匀，各向同性，Si相粒子尺寸在10~20μm之间，弥散分布。新型70wt.%Si-Al合金具有和Si、GaAs等半导体材料相近的热膨胀系数，热稳定性好，经热等静压后合金的性能进一步提高。喷射沉积70wt.%Si-Al合金具有良好的机械加工性能，可以用作功率芯片、微波电子器件、集成电路块等的封装材料，具有很高的研究与应用价值。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 137 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16964]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王晓峰. 喷射成形过程及高性能合金材料研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
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