粉末冶金铝合金烧结致密化过程

邱婷婷¹，吴茂^1,2,3，杜智渊¹，曲选辉^1,2,3

1. 北京科技大学新材料技术研究院2. 现代交通金属材料与加工技术北京实验室3. 先进粉末冶金材料与技术北京市重点实验室

摘 要：以纯Al粉为主要原料,添加Cu单质粉末以及Al-Mg、Al-Si中间合金粉,利用粉末冶金压制烧结方法制备出相对密度98%以上的Al-Mg-Si-Cu系铝合金.研究表明,烧结致密化过程主要分为3个阶段:初始阶段（室温⁴60℃）,坯体内首先形成Al-Mg合金液相,液相中的Mg原子分别扩散至Al或Al-Si粉末中,与Al2O3反应并破除氧化膜,形成Al-Mg-O等化合物;同时,Al-Cu发生互扩散,形成Al2Cu等金属间化合物.第二阶段（460⁵60℃）,Al-Cu、Al-Si液相快速填充颗粒缝隙或孔洞,坯体相对密度显著提高;此阶段的致密化机制主要是毛细管力引起的颗粒重排,以及溶解析出导致的晶界平直化.第三阶段（560⁶00℃）,随温度的升高,液相润湿性提高,晶粒快速长大,使得大尺寸孔洞填充,烧结体基本实现全致密,此阶段的致密化主要由填隙机制控制.在铝合金晶界处发现了Mg Al2O4和Mg Al Cu O氧化物的存在,推测Al粉表面氧化膜的破除机制与合金成分有关.由于Al-Cu液相在Al表面的润湿速率远高于Al N的生长速率,因为在本体系中未发现Al N的存在.

关键词：粉末冶金;固相扩散;液相烧结;氧化膜;氮化铝;