雾化气体和冷却速率对镍基合金粉末凝固特性的影响（英文）

分别采用氩气和氮气作为雾化介质,制备得到镍基合金粉末。利用扫描电镜分析2种气体雾化的粉末表面形貌及凝固组织特征。基于牛顿冷却模型,对雾化粉末冷却速度和飞行速度进行数值计算。结果表明:冷却速率决定了凝固微观组织形貌。在较低的冷却速率下,2种气体雾化粉末均呈现发达的枝晶组织,而随着冷却速率的增大,氩气雾化粉末呈现欠发达的枝晶和胞晶混合组织。而氮气雾化粉末仅呈现胞晶组织。不同粒径氩气雾化粉末冷却速率在1.0×10~5~4.24×10~6 K·s~(-1),氮气雾化粉末在1.0×10~5~4.8×10~6 K·s~(-1)。冷却速率随粉末直径增加而减小。在快速凝固过程中,Cr,Co,W,Ni和Al等元素仍沿晶轴偏析,而Ti元素沿晶间偏析。     

气雾化制备非平衡态铝合金粉末冷却速度的计算(英文)

依据对流换热原理,对超音速气体雾化非平衡态铝合金粉末的冷却速度进行了理论计算.获得了一个较简单的理论计算公式,其表达式为|dTd/dt|=12/p·Cp·(Td-Tf)·kg/d2.根据理论公式,氩气和氦气雾化制备铝合金粉的冷却速度分别为104～107和105～108K、s,其结果与前期科研者的计算结果相符,且计算公式更简化.对于氩气雾化制各Al-NiCe-Fe-Cu合金而言,获得非晶态粉末其临界冷却速度为3.74×109K/S.通过测定合金晶态粉末的二次枝晶臂间距,并利用冷却速度和枝晶臂间距之间的经验关系,验算了合金粉末的冷却速度.其结果与理论计算相吻合.     

冷却速度对气雾化非平衡Al-27%Si合金粉末组织形貌特征的影响

采用快速凝固气体雾化技术制备Al-27%Si合金粉末,利用对流传热原理计算合金粉末的冷却速度,采用扫描电镜(SEM)观察分析不同粒度合金粉末的形貌。结果表明:快速凝固气体雾化的冷却速度介于103~106 K/s之间,对合金粉末形貌组织有较大影响。该合金粉末中细小初晶Si相和共晶Si相均匀弥散分布在α-Al基体中,且Si颗粒尺寸随粉末尺寸减小而减小。通过测定合金粉末二次枝晶间距,结合冷却速度与二次枝晶间距之间的经验公式,能较好地预测实验结果。     

超音速电弧熔化气雾化CuAg10粉末的特性

利用超音速电弧熔化气雾化法制备了CuAg10合金粉末,对合金粉末的组织结构、粒度分布特征、X射线衍射特性、晶格常数及形貌特征等进行了系统研究.结果表明:粉末组织为二次枝晶臂间距很小的枝晶,雾化时的冷却速度达105K/s;合金粉末粒度均匀细小,形状多为球形、类球状, 平均尺寸为44μm;在雾化过程中形成了过饱和(Cu)和(Ag).     

超音速电弧喷射雾化银合金熔滴的传热与冷却

对超音速电弧喷射雾化Ag-Cu共晶型和Ag-Ni、Ag-Fe偏晶型合金雾化熔滴的传热与冷却进行了分析.考虑到熔滴冷却过程中, 表面热传导存在上限, 内部存在一定热阻, 熔滴冷却应为近似牛顿冷却方式, 在前人工作基础上, 对牛顿冷却方式的换热系数和冷却速率的表达公式进行了经验修正, 并用其它冷却速率测量方法进行了验证;计算了Ag合金雾化熔滴的换热系数和冷却速率, 结果显示, 超音速电弧喷射雾化快速凝固Ag合金粉末的冷却速率达到105～7K/s, 表明超音速电弧喷射雾化工艺的冷却速率比常规气雾化法高得多, 是制备高性能快速凝固合金粉末的新方法.     

利用同步辐射研究冷速对Mg-6Gd合金枝晶演化的影响

采用同步辐射原位成像技术对Mg-6Gd(wt%)合金在不同冷速下凝固过程中枝晶的形成进行了原位观测和研究。结果表明:在温度梯度固定在5 K/mm且冷速在0.033～1.5 K/s时,随着冷速的增大,依次可以得到柱状晶、柱状晶向等轴晶转变和等轴晶的生长过程,并且柱状晶生长速度与冷速的大小成正比,一次枝晶臂间距与冷速成反比;枝晶形核数目与冷速平方倒数1/R~2之间存在特定的关系;而重力、温度和溶质差的存在是造成枝晶漂移、碰撞及旋转的主要原因。     

Pb-Bi包晶合金定向凝固微观组织演化

对Pb-(26,28,30,34)Bi(质量分数,%,下同)包晶合金进行平界面生长的低速定向凝固到枝晶状生长的高速定向凝固实验,研究了Pb-Bi包晶合金的微观组织形成及其演化。实验结果表明,在温度梯度G=30K/mm条件下,当凝固速度V=0.25μm/s时,初生α相和包晶β相均以平界面生长,凝固组织的演化过程为:单相初生α相→两相竞争组织→β单相。V=0.5μm/s时,定向凝固组织的演化过程为:单相初生α相→胞状α相+胞间包晶β相→α+β两相竞争组织→β单相。在G=20K/mm条件下,当凝固速度V=1μm/s时,初生α相以胞状领先生长,包晶β相则在胞状α间形核生长,并包裹住α胞。当凝固速度增加至V≥2μm/s时,初生α相由胞状转变为枝晶状,包晶β相则在枝晶间包围α枝晶。     

等离子旋转电极雾化熔滴的热量传输与凝固行为

建立了在等离子旋转电极雾化 (PREP)制取合金粉末的过程中雾化熔滴的轨道运动方程 ,讨论了雾化熔滴在凝固过程中的热量传输与凝固行为 ,并确定了定量计算换热系数所需的雾化熔滴初始速度。用数值求解方法计算了FGH95高温合金雾化熔滴在PREP过程中的速度及其在凝固过程中的温度、固相分数、冷却速率等凝固参数。结果表明 :在作者提出的工艺参数下 ,FGH95合金熔滴的冷却速率达 10 4 K/s量级以上 ,合金过热度对冷却速率的影响主要在全液态阶段 ,而冷却速率和固相分数对氩氦气体的混合比例极其敏感     

喷射成形高锰ZA35合金过喷粉末形貌及组织特征

采用扫描电子显微镜对喷射成形高锰ZA35合金过喷粉末的形貌及组织进行研究,分析了粉末的粒度组成,计算了粉末的冷却速度,用X射线衍射分析合金相组成。结果表明,过喷粉末尺寸越小,越接近球形,圆整度越好,雾化压力1.0MPa比0.8MPa条件下所得粉末平均粒度更细小;粉末平均冷却速度为104～105K/s,高锰ZA35合金的微观组织主要由富含锰元素的基体α-Al相和η-Zn相组成。     

生长速度对Ti-45%Al包晶合金定向凝固组织的影响

通过电磁感应加热和液态金属冷却相结合的实验方法制备了Ti-45%Al(at%)包晶合金的定向凝固试样,并观察在不同生长速度下的微观组织和界面形态。结果发现,抽拉速度为10μm/s时,界面以胞晶形式生长,最终组织的α2 γ片层与生长方向垂直;抽拉速度为50μm/s时,观察到明显的枝晶生长界面,α2 γ片层与生长方向成45°夹角。低速下的胞状间距明显大于高速下的枝晶间距,说明快速凝固有利于减小枝晶间距。     

Heat transfer analysis of atomized droplets during high velocity arc spraying

The heat transfer problem of the atomized droplets during high velocity arc spraying (HVAS) was modeled and solved by a numerical method using a Fe-Al alloy, and the influences of several important process parameters on the heat transfer behaviors of the atomized droplets were analyzed. The results show that the initial cooling rates of different size droplets range from 105 to 107 K/s, thus producing the coating microstructure with the features of rapid solidification. The droplet size, atomization gas pressure and droplet superheat have great influences on the heat transfer behavior of the droplet. The droplet temperature and cooling rate are much sensitive to the droplet sizes, but insensitive to the atomization gas pressure and droplet superheat. It can be predicted that the properties of HVAS coatings will be improved by decreasing droplet size as well as increasing atomization gas pressure and droplet superheat in certain extents.     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spraywatch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律。结果表明,计算结果与实测数据基本吻合。雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化。直径为34μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×10⁶ K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spray watch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律.结果表明,计算结果与实测数据基本吻合.雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化.直径为34 μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×106K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征.     

Characterization of cooling rate and microstructure of CuSn melt droplet in drop on demand process

Different sized single droplets of Cu–6%Sn alloy were prepared by drop on demand (DOD) technique. The secondary dendrite arm spacing was measured and correlated with the droplet cooling rate by a semi-empirical formula. The microstructure of droplets was observed by optical microscopy (OM) and electro backscatter diffraction (EBSD). The dendrite feature of single droplets depends on solidification rate, cooling medium and flight distance. When droplets collide with each other at temperatures between solidus and liquidus, the dendrites and grains are refined obviously possibly because the collision enhances the heat transfer. The cooling rate of colliding droplets is estimated to be more than 4×10⁴ K/s based on a Newton's cooling model. The dendrites grow along the colliding direction because of the temperature gradient induced by the internal flow inside the droplets.     

气雾化镍基高温合金粉体的过冷度和显微组织特征

雾化技术是一种获得微细球形合金粉体的有效方法,其中雾化过程中的过冷度是影响粉体性能的重要因素。本文借助DSC等实验手段,研究了粉体尺寸和冷却速度对粉体过冷度和显微组织的影响,以及粉体尺寸,冷却速度和过冷度直间的关系。结果表明,粉体尺寸和冷却速度越小,粉体冷却时的过冷度越大。同时,较大的过冷度会显著降低粉体中树枝晶的臂间距。另外,粉体尺寸越小,粉体中的胞状晶的比例越高,晶粒的尺寸也显著减小。     

快速冷却条件下Cu-Co合金的凝固

利用气体雾化方法研究了Cu-20%Co(质量分数)合金的快速凝固行为,获得了富Co相以微细球形粒子形式分布于基体的合金粉末.建立了Cu-Co雾化液滴快速凝固过程模型,模拟分析了雾化液滴凝固的动力学细节.结果表明:所建模型能很好地描述Cu-Co合金雾化液滴冷却凝固过程;液一液相变过程中组织演变是弥散相液滴形核、长大,碰撞凝并和空间迁移共同作用的结果;雾化液滴尺寸越大,冷却越慢,富Co相液滴的形核速率越低,凝固后富Co相的弥散度越差.     

高速电弧喷涂雾化熔滴的热传输行为

提出了高速电弧喷涂(HVAS)雾化过程熔滴的热传输理论模型,并用一种FeAl合金进行数值分析。结果表明,雾化过程中熔滴的液态冷却速度在105~107K穝-1数量级,预示涂层将具有快速凝固组织特征;熔滴尺寸、雾化气流初始速度、熔滴过热度及喷涂距离对雾化熔滴的热传输行为均有很大的影响;在一定范围内增大雾化气流压力,增大熔滴过热度,缩短喷涂距离,可以有效地改善高速电弧喷涂层的性能。     

喷射成形过程中雾化熔滴的凝固行为

通过对高温合金喷射成形过喷粉末凝固组织的分析，结合热传输分析结果，研究了喷射形过程中雾化熔滴的生核与生长动力学行为。研究结果表明：雾化过程中以异质生核为主，先凝固小颗粒与大尺寸熔滴相碰撞而成晶核在生核机制中起重要作用，不同粒度粉末均呈快速凝固枝晶生长形态，并给出了组织细化程度与冷却速度之间的定量关系。     

双级雾化快速凝固高硅铝合金粉末形貌及组织特征

采用双级雾化装置制备了四种铝合金粉末，分析了粉末的粒度组成，颗粒形貌和微观组织，计算了粉末的冷却速度，双级雾化粉末的平均粒度比单级气体雾化粉末细两倍，平均冷却速度高一个数量级；Ａｌ－Ｓｉ二元合金中，细小颗粒的微观组织主要由不同Ｓｉ含量的块状过饱和固溶体组成。